CN205936642U - 大断面隧道新型多层衬砌构造 - Google Patents

Abstract

大断面隧道新型多层衬砌构造，以有效控制隧道净空变形及地表沉降，减小支护体系转换过程施工风险，实现在恶劣地质环境条件下安全、快速修建大断面隧道。包括由内而外设置的预加固支护结构、初期支护结构。所述初期支护结构外设置二次支护结构，二次支护结构外设置三次衬砌结构，二次支护结构和三次衬砌结构之间铺设防水层。所述初期支护结构采用内设钢架的喷射混凝土结构，所述二次支护结构采用钢筋混凝土结构或内设钢架的喷射混凝土结构，所述三次衬砌结构采用混凝土结构或钢筋混凝土结构。

Description

大断面隧道新型多层衬砌构造

技术领域

本实用新型涉及隧道衬砌构造，特别涉及一种软弱不良地质、特殊地质或浅埋下穿既有构(建)筑物条件下的大断面隧道衬砌构造。

背景技术

为适应我国经济和社会的快速发展，缓解运输能力紧张，实现大能力快速运输，减少环境污染，进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展，时速160km及200km以上高标准大断面双线铁路修建越来越多。同时，随着高标准铁路向山区发展，由于受曲线半径大、地形地质条件复杂、环保要求高等多种因素的制约，铁路沿线部分地段设站条件极为困难，大断面车站隧道的修建也将越来越多。

对于大断面隧道，当位于浅埋段，穿越土层、岩石风化层或下穿既有构(建)筑物，施工中需严格控制地表沉降，施工时不可能一次开挖成洞；当位于深埋段，穿越软弱不良地质体、构造发育带、地应力复杂地段，支护变形不易控制，施工时亦不可能一次开挖成洞。

因此，针对以上情况，施工中应遵循“分层分块开挖，导洞快速封闭，逐步形成隧道设计体形”的原则，采用诸如CRD法、双侧壁导坑法等分部开挖方法，隧道开挖完成后，形成“十字形”、“井字形”甚至更为复杂的临时支护体系。但在施作二次衬砌前，必须首先拆除隧道内的临时支撑，临时支撑的拆除必然会打破结构系统原有的平衡，临时支护所承担的外力只能通过初期支护进行二次转换以期达到新的平衡状态。在体系转换过程中，由于临时支护应力的突然释放，可能造成初期支护的破坏，导致隧道的整体垮塌，是施工最为危险的时刻，因此往往被人们称之为“天窗时间”。如何保证“天窗时间”的支护结构的稳定性，除了在单次拆撑距离上进行优化外，还没有更好的办法。

如何降低支护体系转换过程风险，保证施工安全，将“安全快速通过” 原则、支护体系转换风险控制及“简洁明快”统一在一种支护体系结构下，成为应对软弱不良地质、特殊地质或浅埋下穿既有构(建)筑物条件下大断面隧道修建的迫切需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种大断面隧道新型多层衬砌构造，以有效控制隧道净空变形及地表沉降，减小支护体系转换过程施工风险，实现在恶劣地质环境条件下安全、快速修建大断面隧道。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型的大断面隧道新型多层衬砌构造，包括由内而外设置的预加固支护结构、初期支护结构，其特征是：所述初期支护结构外设置二次支护结构，二次支护结构外设置三次衬砌结构，二次支护结构和三次衬砌结构之间铺设防水层；所述初期支护结构采用内设钢架的喷射混凝土结构，所述二次支护结构采用钢筋混凝土结构或内设钢架的喷射混凝土结构，所述三次衬砌结构采用混凝土结构或钢筋混凝土结构。

本实用新型的有益效果是，施作二次支护前，不拆除临时支护体系，在二次支护施工完成达到设计强度后，切除所有临时支护，再施作防水层，最后浇筑三次衬砌，以达到防水和安全储备的作用；有效解决了初期支护刚度较小的问题，控制了浅埋段下穿既有构(建)筑物隧道净空变形及地表沉降，降低了深埋隧道穿越软弱富水、构造发育、地应力紊乱地段初支变形大、极易发生塌方的风险；规避了传统衬砌施工中的“天窗时间”，大大减小支护体系转换过程施工风险，保证施工安全。

附图说明

本说明书包括如下七幅附图：

图1是本实用新型大断面隧道新型多层衬砌构造实施例一的断面结构示意图；

图2是图1中A局部的放大图；

图3是图1中B局部的放大图；

图4是本实用新型大断面隧道新型多层衬砌构造造实施例二的断面 结构示意图；

图5是图2中C局部的放大图；

图6是实施例1的施工状态示意图；

图7是实施例2的施工状态示意图；

初期支护拱墙段10，拱墙喷射混凝土层10a，拱墙钢架10b，拱墙系统锚杆10c，锁脚锚杆10d；初期支护仰拱段11，仰拱喷射混凝土层11a，仰拱钢架11b；二次支护拱墙段20，二次支护仰拱段21；三次衬砌拱墙段30，三次衬砌仰拱段31；拱部预加固支护结构40，边墙预加固支护结构41，仰拱预加固支护结构42，防水层50。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

参照图1及图2，本实用新型的大断面隧道新型多层衬砌构造，包括由内而外设置的预加固支护结构、初期支护结构。所述初期支护结构外设置二次支护结构，二次支护结构外设置三次衬砌结构，二次支护结构和三次衬砌结构之间铺设防水层。所述初期支护结构采用内设钢架的喷射混凝土结构，所述二次支护结构采用钢筋混凝土结构或内设钢架的喷射混凝土结构，所述三次衬砌结构采用混凝土结构或钢筋混凝土结构。即在开挖完成后施作二次支护结构前不拆除临时支护体系，在二次支护结构施工完成达到设计强度后，切除临时支护体系，然后铺设防水层，最后浇筑三次衬砌结构。

参照图1和图2，根据不同的地质条件，所述预加固支护结构包括拱部预加固支护结构40、边墙预加固支护结构41及仰拱预加固支护结构42中的至少一种结构，由超前水平旋喷加固体、地表注浆围岩加固体、超前帷幕注浆加固体或超前管棚注浆支护单独或复合构成。

参照图1和图2，根据不同的地质条件，所述预加固支护结构包括拱部预加固支护结构40，或者包括拱部预加固支护结构40及边墙预加固支护结构41，或者包括拱部预加固支护结构40、边墙预加固支护结构41及仰拱预加固支护结构42，所述预加固支护结构由超前管棚注浆支护、超前水平旋喷加固体、地表注浆围岩加固体或超前帷幕注浆加固体单独或 复合构成。

参照图1、图3和图4，所述初期支护仰拱段11包括覆盖仰拱围岩的仰拱喷射混凝土层11a和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于仰拱喷射混凝土层11a内的仰拱钢架11b。仰拱喷射混凝土层11a内加设钢筋网。

参照图1和图2，所述二次支护结构包括二次支护拱墙段20及二次支护仰拱段21，二次支护拱墙段20及仰拱段21采用钢筋混凝土结构或内设钢架的喷射混凝土结构。所述三次衬砌结构包括三次衬砌拱墙段30，或者包括三次衬砌拱墙段30及三次衬砌仰拱段31，三次衬砌拱墙段30、三次衬砌仰拱段31采用混凝土或钢筋混凝土结构。

实施例1

改建铁路贵(阳)昆(明)线六盘水至沾益段三联隧道。

该三联隧道全长12214m，进口DK300+419.12处下穿既有运营内昆线路基段，埋深约3.7m，且该段洞顶穿越人工填土。DK300+387～+445段段衬砌构造如图1所示，具体支护参数如下：

1、本段采用双侧壁导坑法施工，开挖完成后，形成如图6所示“井字形”支护体系，施作二次支护前，不拆除洞内临时支护，在二次支护施作完成达到设计强度后，拆除“井字形”临时支护，再施作三次衬砌。

2、拱部预加固支护结构40采用大管棚，壁厚均为5.5mm。管棚倾角0°，采用导向系统定位。大管棚施工完成后方可进行隧道掘进施工。

3、拱墙初期支护结构10采用C25喷砼形成喷射混凝土层10a，厚度为25cm，其内设置钢筋网，网格间距20cm×20cm，纵向间隔设置I20b型钢钢架10b加强支护，间距0.6m一榀，相邻两榀钢架间环向间隔设置纵向连接钢筋，环向间距1.0m。边墙脚设置锁脚锚管10d，长5m。拱墙系统锚杆采用小导管，长3.5m，间距1.0m。

4、仰拱初期支护结构11采用C25喷砼形成喷射混凝土层11a，厚度为25cm，其内设置钢筋网，网格间距20cm×20cm，纵向间隔设置I20b型钢钢架11b加强支护，间距0.6m一榀，相邻两榀钢架间环向间隔设置纵向连接钢筋，环向间距1.0m。

5、二次支护拱墙段20及仰拱段21采用采用C30钢筋混凝土。拱墙段20厚40cm，仰拱段21厚80cm。

6、三次衬砌仅设置拱墙段，采用C30钢筋混凝土，厚40cm。

采用本实用新型的支护结构，在施工中有效控制了隧道净空变形及地表沉降，有效控制了支护体系转换过程施工风险，既保证了施工安全，又保证了既有线的运营安全。

实施例2

厦门至深圳铁路客运专线梁山隧道。

梁山隧道全长9888m，该隧DK96+495～535段发育一富水深埋软弱构造带(L7)，宽度约25m，倾角约75°，充填物质为砂性、黏性土体互层，埋深270m，并风化至地表，该隧道采用传统方法施工时左侧迂回导坑未能顺利通过，发生了大规模的突水涌泥和地表塌陷，导致施工陷入停顿。采用本实用新型的衬砌结构后，根据施工过程中进行的围岩及结构变形监测显示，未发现结构变形等情况，安全实现了隧道通过该地层的贯通。该段衬砌构造如图2所示，具体支护参数如下：

1、本段采用十字交叉隔壁后拆式工法施工，开挖完成后，形成如图7所示“十字形”支护体系，在二次支护施作完成达到设计强度后，拆除洞内“十字形”临时支护，再施作三次衬砌。

2、采用全环水平旋喷超前预加固，即拱部预加固支护结构40、边墙预加固支护结构41及仰拱预加固支护结构42均采用水平旋喷加固，采用 钻头钻进，初始开孔角度1％。

3、拱墙初期支护结构10采用C25耐腐蚀纤维喷砼形成喷射混凝土层10a，厚度为35cm，其内设置钢筋网，网格间距20cm×20cm，纵向间隔设置I25a型钢钢架10b加强支护，间距0.5m一榀，相邻两榀钢架间环向间隔设置纵向连接钢筋，环向间距1.0m。拱脚脚设置 锁脚锚管10d，长5m。拱墙系统锚杆采用小导管，长5m，间距1.0m。

4、仰拱初期支护结构11采用C25耐腐蚀纤维喷砼形成喷射混凝土层11a，厚度为35cm，其内设置钢筋网，网格间距20cm×20cm， 纵向间隔设置I25a型钢钢架11b加强支护，间距0.5m一榀，相邻两榀钢架间环向间隔设置纵向连接钢筋，环向间距1.0m。

5、二次支护拱墙段20及仰拱段21采用采用C35耐腐蚀钢筋混凝土，厚80cm。

6、三次衬砌拱墙段30及仰拱段31，均采用C30耐腐蚀钢筋混凝土，厚50cm。

以上所述只是用图解说明本实用新型大断面隧道新型多层衬砌构造的一些原理，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。

Claims (8)

1.大断面隧道新型多层衬砌构造，包括由内而外设置的预加固支护结构、初期支护结构和二次衬砌结构，其特征是：所述二次衬砌结构铺设防水层，防水层外设置三次衬砌结构。

2.如权利要求1所述的大断面隧道新型多层衬砌构造，其特征是：所述预加固支护结构包括拱部预加固支护结构(40)、边墙预加固支护结构(41)及仰拱预加固支护结构(42)中的至少一种结构，由超前水平旋喷加固体、地表注浆围岩加固体、超前帷幕注浆加固体或超前管棚注浆支护单独或复合构成。

3.如权利要求1所述的大断面隧道新型多层衬砌构造，其特征是：所述的初期支护结构由初期支护拱墙段(10)、初期支护仰拱段(11)构成，初期支护拱墙段(10)包括覆盖拱墙围岩的拱墙喷射混凝土层(10a)和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于拱墙喷射混凝土层(10a)内的拱墙钢架(10b)，以及沿拱墙梅花形布置的拱墙系统锚杆(10c)。

4.如权利要求3所述的大断面隧道新型多层衬砌构造，其特征是：所述拱墙喷射混凝土层(10a)内加设钢筋网。

5.如权利要求3所述的大断面隧道新型多层衬砌构造，其特征是：所述初期支护仰拱段(11)包括覆盖仰拱围岩的仰拱喷射混凝土层(11a)和沿隧道开挖方向间隔布设且埋设于仰拱喷射混凝土层(11a)内的仰拱钢架(11b)。

6.如权利要求5所述的大断面隧道新型多层衬砌构造，其特征是：所述仰拱喷射混凝土层(11a)内加设钢筋网。

7.如权利要求1所述的大断面隧道新型多层衬砌构造，其特征是：所述二次衬砌结构包括二次衬砌拱墙段(20)及二次衬砌仰拱段(21)，二次衬砌拱墙段(20)及仰拱段(21)采用钢筋混凝土结构或内设钢架的喷射混凝土结构。

8.如权利要求1所述的大断面隧道新型多层衬砌构造，其特征是：所述的三次衬砌结构包括三次衬砌拱墙段(30)，或者包括三次衬砌拱墙段(30)及三次衬砌仰拱段(31)，三次衬砌拱墙段(30)、三次衬砌仰拱 段(31)采用钢筋混凝土结构。