CN217999598U - 节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，以解决现有的支护结构施工效率低，施工成本高的问题。为此，本实用新型提供的开挖支护结构，包括上台阶超前中心洞室、上台阶左洞室、上台阶右洞室、下台阶左洞室和下台阶右洞室，所述上台阶左洞室和上台阶右洞室对称布置在所述上台阶超前中心洞室的两侧，所述上台阶超前中心洞室贯通隧道上台阶；所述上台阶超前中心洞室、上台阶左洞室、上台阶右洞室、下台阶左洞室和下台阶右洞室均设有初期支护，上台阶超前中心洞室的左右两侧设有临时支护，下台阶左洞室和下台阶右洞室的底部均设有仰拱，初期支护与仰拱闭合成环形成隧道支撑结构。

Description

节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构

技术领域

本实用新型属于隧道工程施工技术领域，尤其涉及一种节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构。

背景技术

随着我国公路交通需求的不断增加，已建成或正在修建的大跨度公路隧道越来越多。其中在穿越节理化岩层的大跨度公路隧道建设过程中，由于节理化岩体以及大跨度隧道具有的双重特性，使得如何在充分发挥节理化岩体自稳能力的前提下，高效、快速地实现隧道的安全建设已经成为了大跨度公路隧道施工中备受关注的重点问题。同时当大跨隧道临近既有公路隧道时，将需要进一步考虑大跨隧道施工对既有隧道结构安全影响。由于相关施工技术研究甚少，且现行的规范和标准均无统一规定，目前针对节理化岩层大跨度公路隧道的施工多参考借鉴双侧壁导坑法、CD法等大跨度隧道施工方法，虽然能够保障大跨度隧道施工安全，但是常造成隧道建设过程中开挖支护工序繁杂、施工效率低下，施工成本较高等问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，以解决现有的支护结构施工效率低，施工成本高的问题。

为此，本实用新型提供的节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，包括上台阶超前中心洞室、上台阶左洞室、上台阶右洞室、下台阶左洞室和下台阶右洞室，所述上台阶左洞室和上台阶右洞室对称布置在所述上台阶超前中心洞室的两侧，所述上台阶超前中心洞室贯通隧道上台阶；

所述上台阶超前中心洞室、上台阶左洞室、上台阶右洞室、下台阶左洞室和下台阶右洞室均设有初期支护，所述上台阶超前中心洞室的左右两侧设有临时支护，所述下台阶左洞室和下台阶右洞室的底部均设有仰拱，所述初期支护与所述仰拱闭合成环形成隧道支撑结构。

具体的，所述初期支护上还设有二次衬砌。

具体的，所述初期支护与所述二次衬砌顶部之间还设有注浆钢管。

具体的，所述初期支护包括钢筋网片、锚杆、喷射混凝土层，所述锚杆锚入围岩内部，并将所述钢筋网片覆盖在围岩表面，所述喷射混凝土层覆盖在所述钢筋网片上。

具体的，所述钢筋网片采用Φ8钢筋焊接成网，网格间距20×20cm。

具体的，所述喷射混凝土层包括初喷混凝土和复喷混凝土，所述钢筋网片位于所述初喷混凝土和复喷混凝土之间。

与现有技术相比，本实用新型至少一个实施例具有如下有益效果：利用节理化围岩自稳性好的特点,上台阶超前中心洞室先行开挖，随后施工隧道其余洞室，不仅能有效减小对围岩的扰动，实现快速施工，施工成本低,且有利于隧道通风；同时施作的初期支护与仰拱及时闭合，构成稳固的初期支护体系，能够有效抑制围岩变位；另外，在进行爆破施工时，现场可以分成多个作业面进行，将集中爆破变为分散爆破，减少了对围岩的扰动以及对既有线结构安全影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构示意图；

图2是本实用新型实施例涉及的初期支护示意图；

其中：Ⅰ、上台阶超前中心洞室；Ⅱ、上台阶左洞室；Ⅲ、上台阶右洞室；Ⅳ、下台阶左洞室；Ⅴ、下台阶右洞室；1、超前中心洞室初期支护；2、上台阶左洞室初期支护；3、上台阶右洞室初期支护；4、下台阶左洞室初期支护；5、下台阶右洞室初期支护；6、临时支护；7、仰拱；8、二次衬砌；9、仰拱回填；10、钢筋网片；11、锚杆；12、喷射混凝土层；121、初喷混凝土；122、复喷混凝土。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1，一种节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，包括上台阶超前中心洞室Ⅰ、上台阶左洞室Ⅱ、上台阶右洞室Ⅲ、下台阶左洞室Ⅳ和下台阶右洞室Ⅴ，上台阶左洞室Ⅱ和上台阶右洞室Ⅲ对称布置在上台阶超前中心洞室Ⅰ的两侧，上台阶超前中心洞室Ⅰ贯通隧道上台阶，上台阶超前中心洞室Ⅰ、上台阶左洞室Ⅱ、上台阶右洞室Ⅲ、下台阶左洞室Ⅳ和下台阶右洞室Ⅴ均设有初期支护，上台阶超前中心洞室Ⅰ的左右两侧设有临时支护6，下台阶左洞室Ⅳ和下台阶右洞室Ⅴ的底部均设有仰拱7，初期支护与仰拱7闭合成环形成隧道支撑结构，初期支护上还设有二次衬砌8。

上述节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构的施工过程如下：首先将隧道分为上下两部分，在上台阶中部位置划分一个断面尺寸为宽×高＝7.01m×7.24m的超前中心洞室，且底部与下台阶上部高度一致，先行开挖超前中心洞室，同时施作初期支护和临时支护6，形成超前导洞。待超前导洞开挖一定距离后，采用上下台阶法依次交错施工上台阶左右侧、下台阶左右侧，也即施工上台阶左洞室Ⅱ、上台阶右洞室Ⅲ、下台阶左洞室Ⅳ和下台阶右洞室Ⅴ，并施作相应的初期支护，仰拱7、填充紧跟及时闭合，构成稳固的初期支护体系，有效抑制围岩变位。

具体施工工序为：1、开挖中部超前中心洞室；2、施作中部超前中心洞室初期支护和临时支护6；3、跳槽开挖上台阶左洞室Ⅱ；4、施作上台阶左洞室初期支护1；5、跳槽开挖上台阶右洞室Ⅲ；6、施作上台阶右洞室初期支护2；7、跳槽开挖下台阶左洞室Ⅳ；8、施作下台阶左洞室初期支护3；9、跳槽开挖下台阶右洞室Ⅴ；10、施作下台阶右洞室初期支护4；11、浇筑仰拱7；12、仰拱回填9，仰拱7及隧道填充施工在隧道底部开挖支护完成后，及时全幅分段施工，为确保洞内交通不中断，采用仰拱栈桥方式，拱墙二次衬砌8采用液压衬砌台车及时进行跟进；13、整体模铸二次衬砌8。

本实施例中，上台阶超前中心洞室Ⅰ先行开挖，随后施工隧道其余洞室，能有效减小对围岩的扰动，实现快速施工，且有利于隧道通风；同时施作的初期支护与仰拱7及时闭合，构成稳固的初期支护体系，能够有效抑制围岩变位；另外，在进行爆破施工时，现场可以分成多个作业面进行，将集中爆破变为分散爆破，减少了对围岩的扰动以及对既有线结构安全影响。

其中，仰拱7及隧道填充施工在隧道底部开挖支护完成后，及时全幅分段施工，为确保洞内交通不中断，采用仰拱栈桥方式。拱墙二次衬砌8采用液压衬砌台车及时进行跟进。仰拱7混凝土达到设计强度70％后，方可灌注隧底填充混凝土。隧道仰拱7上部填充砼施工前先清洗仰拱7上虚渣及杂物，排除积水，填充砼表面要求平整，横坡、纵坡与设计一致，仰拱7施工缝与填充砼施工缝相互错开，要求施工缝顺直、平整及凿毛清洗，同时设置止水带防水。仰拱7施工缝与填充砼施工时，同时根据设计要求施工排水管、机电预埋件、预留侧向盲沟。仰拱7施作完成后，利用多功能作业平台人工铺设防水板，绑扎钢筋后，采用液压整体式衬砌台车进行二次衬砌8，采用边墙、拱部一次性整体灌注施工。二次衬砌8混凝土泵送入模。仰拱7采用仰拱栈桥以抗干扰作业，实现仰拱7超前。根据设计，隧道衬砌根据新奥法原理在初期支护完成后适时进行。

在一些实施例中，为防止初期支护与二次衬砌8之间出现空洞或不密实，隧道二次衬砌8施工完成并达到70％强度后，隧道衬砌背后进行回填注浆。施工中采用在衬砌顶部混凝土内预埋φ42注浆钢管。注浆钢管纵向间隔5m，注浆材料采用M10水泥砂浆，其配合比根据现场试验确定，回填注浆压力为0.5MPa。注浆前先做注水试验，主要检查注浆管路是否牢固可靠、注浆系统仪表是否正常及衬砌实体溢水位置。预埋钢管位置要固定准确，通过点焊的方法固定。同时，为防止钢管堵塞，在钢管头要进行包裹，在进行注浆前打开封端。

参见图2，在实际设计中，初期支护包括钢筋网片10、锚杆11、喷射混凝土层12，锚杆11锚入围岩内部，并将钢筋网片10覆盖在围岩表面，喷射混凝土层12覆盖在钢筋网片10上。

具体的，钢筋网片10可以采用Φ8钢筋焊接成网，网格间距20×20cm，喷射混凝土层12包括初喷混凝土121和复喷混凝土122，钢筋网片10位于初喷混凝土121和复喷混凝土122之间。

上述初期支护的施工过程如下：

1、锚杆施工工艺

a、药卷锚杆施工工艺：围岩面开挖→初喷砼→定钻孔位置→锚杆钻孔→清孔(高压风)、量孔深→药卷浸水、用杆体送入孔内→锚杆顶入(或捶击)→安装托板、紧固螺帽。

药卷锚杆施工应在初喷混凝土后进行，以保证锚杆垫板有较平整的基面。锚杆杆体使用前应平直、除锈、除油.

b、中空注浆锚杆施工工艺

施工前先根据设计定出孔位、做出标记，孔位允许误差为±150mm；锚杆孔位按照设计布设完成后，利用凿岩机进行钻孔，成孔后利用高压风清孔，清除干净孔内碎石、泥土；锚杆钻设完成后进行相应项目检查，钻孔的方向、深度、直径必须符合设计施工要求，检查完成后临时堵塞眼孔；将安装好锚头中空注浆锚杆插入孔底，安装止浆塞、垫板、螺母，然后连接注浆管，锚杆的安装作业应及时进行；

用注浆泵通过尾部向孔内注浆，浆液采用水灰比为1:0.45的M20水泥砂浆，注浆压力控制在0.3～1.0MPa；注浆应自下而上逐根进行，注浆后用止塞孔塞入钻孔，用速封水泥封孔，水泥浆体强度达到10MPa后上紧螺母，要求注浆40min后锚杆的锚固力≥50kN。

b、液压锚杆钻车施工

为了进一步提高生产工效，减轻凿岩工的工作量，提高开挖作业的凿岩效率，特引进液压锚杆钻车。

液压锚杆钻机工作原理：由防爆电机拖动泵站上的油泵，使油箱中的液压油经过过滤器，分别进入4台油泵，其中2个泵为一组，供出压力油进入组合操作阀，分别带动油马达旋转带动钻杆进行钻孔及驱动多级油缸组成的支腿进行伸缩，支腿上配置的控制阀控制支腿快速缩回。实现整个钻孔过程。另外2个泵带动另外一台钻机工作。

系统锚杆施作后完成后，进行钢筋网片的安装施工，钢筋类型及网格间距按设计要求施作。钢筋网根据被支护岩面的实际起伏状况铺设，并在初喷混凝土后进行，钢筋网采用Φ8钢筋焊接成网，网格间距20×20cm，在洞外分块加工，长宽尺寸100×200cm，完后运入洞内使用，钢筋网根据被支护岩面的实际起伏状铺设，在初喷砼后进行，与被支护岩面间隙约3cm。

2、钢筋网片安装

系统锚杆施作后完成后，进行钢筋网片的安装施工，钢筋类型及网格间距按设计要求施作。钢筋网根据被支护岩面的实际起伏状况铺设，并在初喷混凝土后进行。

钢筋网采用Φ8钢筋焊接成网，网格间距20×20cm，在洞外分块加工，长宽尺寸100×200cm，完后运入洞内使用，钢筋网根据被支护岩面的实际起伏状铺设，在初喷砼后进行，与被支护岩面间隙约3cm。

3、喷射混凝土

隧道喷射混凝土采用湿喷工艺施工，喷射设备使用湿喷机。喷射前处理危石，检查开挖断面净空尺寸，当受喷面有涌水、淋水、集中出水点时，先进行引排水处理。喷射混凝土在洞外采用集中拌合站拌制，由砼汽车运至喷射点，由湿喷射机施喷。施工按初喷和复喷进行，开挖后即进行初喷，安装好锚杆、钢筋网和钢构支撑后，再进行复喷，直至满足达到设计厚度要求。

本实施例中，相比双侧壁导坑法采用的钢拱架“内撑”支护措施，不仅不存在钢拱架与围岩密贴不好，容易出现初支壁后脱空的问题，而且也不会存在钢拱架材料消耗大，支护效果不佳的问题。同时具有施工速度块，施工技术要求和成本低的优势。

应用例

贵州九家湾隧道揭露围岩自稳性较好，采用原设计的双侧壁导坑法施工，存在超挖大、与围岩不适应的情况，特别是在围岩自稳情况下，采用钢拱架“内撑”支护措施，钢拱架与围岩密贴不好，容易出现初支壁后脱空；采用钢拱架材料消耗大，支护效果不佳。同时双侧壁导坑法施工速度慢，施工技术要求和成本均高。

为在确保隧道结构、施工人员以及设备安全前提下，提高隧道开挖进度，降低施工成本，九家湾隧道采用本申请实施例支护结构。其中实际导洞尺寸宽×高＝8.5m×8.33m，导洞开挖面积67.86m2，上左、上右台阶单侧扩挖面积为33.32m2，下台阶高度为5.38m，分左右侧开挖，开挖面积为49.45m2。相比原有施工方法，施工工期比原计划缩短了34天，加快了施工进度；施工费用相较于原设计减少了269.74万元，有效的降低了施工成本；保证了隧道施工安全，不仅可以保证隧道施工质量，而且能够有效且快速地完成隧道开挖与支护，并取得较大的经济和社会效益。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (6)

1.节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，其特征在于：包括上台阶超前中心洞室(Ⅰ)、上台阶左洞室(Ⅱ)、上台阶右洞室(Ⅲ)、下台阶左洞室(Ⅳ)和下台阶右洞室(Ⅴ)，所述上台阶左洞室(Ⅱ)和上台阶右洞室(Ⅲ)对称布置在所述上台阶超前中心洞室(Ⅰ)的两侧，所述上台阶超前中心洞室(Ⅰ)贯通隧道上台阶；

所述上台阶超前中心洞室(Ⅰ)、上台阶左洞室(Ⅱ)、上台阶右洞室(Ⅲ)、下台阶左洞室(Ⅳ)和下台阶右洞室(Ⅴ)均设有初期支护，所述上台阶超前中心洞室(Ⅰ)的左右两侧设有临时支护(6)，所述下台阶左洞室(Ⅳ)和下台阶右洞室(Ⅴ)的底部均设有仰拱(7)，所述初期支护与所述仰拱(7)闭合成环形成隧道支撑结构。

2.根据权利要求1所述的节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，其特征在于：所述初期支护上还设有二次衬砌(8)。

3.根据权利要求2所述的节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，其特征在于：所述初期支护与所述二次衬砌(8)顶部之间还设有注浆钢管。

4.根据权利要求1-3任一项所述的节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，其特征在于：所述初期支护包括钢筋网片(10)、锚杆(11)、喷射混凝土层(12)，所述锚杆(11)锚入围岩内部，并将所述钢筋网片(10)覆盖在围岩表面，所述喷射混凝土层(12)覆盖在所述钢筋网片(10)上。

5.根据权利要求4所述的节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，其特征在于：所述钢筋网片(10)采用Φ8钢筋焊接成网，网格间距20×20 cm。

6.根据权利要求4所述的节理化岩层大跨度隧道导洞先行分部台阶开挖支护结构，其特征在于：所述喷射混凝土层(12)包括初喷混凝土(121)和复喷混凝土(122)，所述钢筋网片(10)位于所述初喷混凝土(121)和复喷混凝土(122)之间。

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