CN221032631U - 一种隧道溶洞用新型支撑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及隧道工程技术领域，具体是一种隧道溶洞用新型支撑结构，其包括围岩层，围岩层围成的溶洞的底部沉积有沉积层，还包括下部支撑结构、中部连接结构和上部支撑结构；所述下部支撑结构包括埋设于沉积层中且沿周向均匀分布的N根立管，其中N为大于2的正整数，每根立管的顶端均平齐且低于沉积层的上表面，每根立管的底端均嵌设于溶洞底部的围岩层中；所述上部支撑结构包括位于溶洞内部且沿周向均匀分布的N根立杆，相邻两根立杆之间固定连接有沿上下均匀分布的M根连接杆，其中M为大于2的正整数，每根立杆的底端均平齐；解决了现有的溶洞支撑结构的低效、安全风险高、基础不牢固及造价较高的问题。

Description

一种隧道溶洞用新型支撑结构

技术领域

本实用新型涉及隧道工程技术领域，具体是一种隧道溶洞用新型支撑结构。

背景技术

在隧道工程穿越灰岩地层时，难免会遇到岩溶问题，当岩层产状为水平或缓倾时，地下水以水平运动为主，岩溶形态也主要是水平发育溶洞，所以隧道在水平溶洞发育的地层中施工时，爆破振动对溶洞影响较大，因此对溶洞的支撑保护是隧道安全施工的关键。

溶洞支撑结构的设计和施工较困难的原因主要有以下几个方面：一是由于溶洞的形状和地质特征具有不确定性，而勘测条件有限，所以对支撑结构形式的应变要求较高；二是岩溶经过长期的溶蚀作用，所形成的溶洞底部一般都沉积有较厚的沉积层，支撑结构的基础必须坐落在沉积层中，但勘测设计比较困难；三是溶洞支撑结构是隧道施工的辅助安全措施，如果结构复杂会导致施工工期较长，对隧道的整体造价和时间效益影响较大。

近十年来，随着川藏铁路隧道施工技术的发展，工程行业对不良地质的处治有了新的要求，尤其是对溶洞支撑结构的设计越来越重视，现有的溶洞支撑结构主要有两种：一是采用砌石结构支撑溶洞，通过人工开挖基础，并从溶洞底部砌砌石柱直至溶洞顶部来实现支撑，必要时在砌石柱中部配置钢筋以增加砌石柱的抗震动能力；二是采用千斤顶机械设备对溶洞进行支撑，并在隧道施工完成后，将千斤顶机械设备进行回收再利用。

然而实践表明，现有的溶洞支撑结构存在以下问题：一是砌石结构从硬化到达到支撑发挥作用需要较长时间，导致施工工期较长，人工消耗量大，同时砌筑基础的施工风险较高，工人安全问题较突出；二是由于溶洞多为不规则大小，因此千斤顶机械设备的使用效能较低，如选用多种类型和规格的千斤顶设备，又会增加采购和运输的难度，而且遇到需要永久支护的情况时，其造价明显较高。

因此有必要发明一种隧道溶洞用新型支撑结构来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有的溶洞支撑结构的低效、安全风险高、基础不牢固及造价较高的问题，提供了一种隧道溶洞用新型支撑结构。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种隧道溶洞用新型支撑结构，包括围岩层，围岩层围成的溶洞的底部沉积有沉积层，还包括下部支撑结构、中部连接结构和上部支撑结构；

所述下部支撑结构包括埋设于沉积层中且沿周向均匀分布的N根立管，其中N为大于2的正整数，每根立管的顶端均平齐且低于沉积层的上表面，每根立管的底端均嵌设于溶洞底部的围岩层中；

所述上部支撑结构包括位于溶洞内部且沿周向均匀分布的N根立杆，相邻两根立杆之间固定连接有沿上下均匀分布的M根连接杆，其中M为大于2的正整数，每根立杆的底端均平齐，每根立杆的顶端均固定有一块支撑板，且每块支撑板的上表面均紧贴溶洞顶部的围岩层的下表面；

所述中部连接结构包括一个混凝土基础，N根立管的顶部、N根立杆的底部均埋设于混凝土基础内，所述中部连接结构还包括固定连接于每根立管的顶端的连接板Ⅰ、固定连接于每根立杆的底端的连接板Ⅱ，且N块连接板Ⅰ与N块连接板Ⅱ一一对应地通过螺栓与配套的螺母固定连接。

进一步地，所述连接杆均为水平放置，且每根立杆的相邻一侧的M根连接杆与该立杆相邻另一侧的M根连接杆的位置均一一对应。

进一步地，所述下部支撑结构的轴心位置设置有一根中心立管，中心立管的顶端同时与N根立管的顶端平齐，且中心立管的顶端固定有一块锚固板，中心立管的底端嵌设于溶洞底部的围岩层中。

进一步地，所述混凝土基础的内部配置有若干层连接钢筋。

进一步地，所述立管、中心立管中均填充有水泥砂浆。

进一步地，所述立管、中心立管均为钢管；所述立杆为工字钢或H型钢；所述连接杆为角钢；所述连接板Ⅰ、连接板Ⅱ、锚固板均为钢板。

本实用新型结构设计合理可靠，整体结构稳定，承载力好，而且在安装完成后，其承载能力能够迅速发挥作用以满足隧道施工期间所需的支撑要求，实现了高效支撑溶洞的目的，不仅节约了施工工期，提高了生产效率, 而且能够产生很好的经济效益；同时适用于不同大小和形状的溶洞，适用性能进一步提升；除此之外，还具有施工工艺简单的优点，无爆破和开挖工程，对原有溶洞结构影响较小，保障了施工的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的立面结构示意图。

图2是本实用新型的结构细部示意图。

图3是沿图2中I-I线的剖面图。

图4是沿图2中Ⅱ-Ⅱ线的剖面图。

图5是沿图2中Ⅲ-Ⅲ线的剖面图。

图6是图2中A处的局部放大示意图。

图中：1-围岩层，2-沉积层，3-立管，4-立杆，5-连接杆，6-混凝土基础，7-连接板Ⅰ，8-连接板Ⅱ，9-螺栓，10-螺母，11-中心立管，12-锚固板，13-连接钢筋。

具体实施方式

一种隧道溶洞用新型支撑结构，如附图1~附图6所示，包括围岩层1，围岩层1围成的溶洞的底部沉积有沉积层2，还包括下部支撑结构、中部连接结构和上部支撑结构；

所述下部支撑结构包括埋设于沉积层2中且沿周向均匀分布的N根立管3，其中N为大于2的正整数，每根立管3的顶端均平齐且低于沉积层2的上表面，每根立管3的底端均嵌设于溶洞底部的围岩层1中；

所述上部支撑结构包括位于溶洞内部且沿周向均匀分布的N根立杆4，相邻两根立杆4之间固定连接有沿上下均匀分布的M根连接杆5，其中M为大于2的正整数，每根立杆4的底端均平齐，每根立杆4的顶端均固定有一块支撑板，且每块支撑板的上表面均紧贴溶洞顶部的围岩层1的下表面；

所述中部连接结构包括一个混凝土基础6，N根立管3的顶部、N根立杆4的底部均埋设于混凝土基础6内，所述中部连接结构还包括固定连接于每根立管3的顶端的连接板Ⅰ7、固定连接于每根立杆4的底端的连接板Ⅱ8，且N块连接板Ⅰ7与N块连接板Ⅱ8一一对应地通过螺栓9与配套的螺母10固定连接。

本实用新型中上部支撑结构和下部支撑结构的组合结构设计，能够适应各种不规则溶洞内的不同高度和沉积层2的不同厚度，适用性好，同时在安装完成后，其承载能力能够迅速发挥作用以满足隧道施工期间所需的支撑要求，实现了高效支撑溶洞的目的，不仅节约了施工工期，提高了生产效率, 而且能够产生很好的经济效益；立管3的结构设计能够将上部的承载力均匀传递到溶洞底部的围岩层1中，从而显著提高了本支撑结构整体的稳定性和承载力；连接杆5的结构设计可以加固立杆4，使上部支撑结构稳定；混凝土基础6，连接板Ⅰ7，连接板Ⅱ8，螺栓9，螺母10的组合结构设计联结了上部支撑结构和下部支撑结构，使两者连接牢固，进一步增强了整体的稳定性；本支撑结构的施工工艺均采用隧道常用的压管施工工艺、注浆施工工艺、焊接施工工艺、浇筑砼施工工艺和喷射砼施工工艺，施工质量和时间易控制，无爆破和开挖工程，对原有溶洞结构影响较小，保障了施工的安全性。

如附图1~附图3所示，所述连接杆5均为水平放置，且每根立杆4的相邻一侧的M根连接杆5与该立杆4相邻另一侧的M根连接杆5的位置均一一对应。

如附图1、附图2、附图5所示，所述下部支撑结构的轴心位置设置有一根中心立管11，中心立管11的顶端同时与N根立管3的顶端平齐，且中心立管11的顶端固定有一块锚固板12，中心立管11的底端嵌设于溶洞底部的围岩层1中。

该结构设计与N根立管3配合形成稳定结构，进一步提高了下部支撑结构的承载力。

如附图1~附图2、附图4~附图5所示，所述混凝土基础6的内部配置有若干层连接钢筋13。

连接钢筋13的结构设计通过联结N根立管3的上部，同时联结N根立杆4的下部，进一步提高了中部连接结构的刚度和稳定性，并防止混凝土基础6开裂。

如附图1~附图2、附图5~附图6所示，所述立管3、中心立管11中均填充有水泥砂浆。

水泥砂浆具有较高的强度和硬度，可以增加钢管的截面积以及下部支撑结构抗弯刚度和稳定性，减少其在受力时的变形。

如附图1 ~附图6所示，所述立管3、中心立管11均为钢管；所述立杆4为工字钢或H型钢；所述连接杆5为角钢；所述连接板Ⅰ7、连接板Ⅱ8、锚固板12均为钢板。

钢管、角钢、钢板、工字钢或H型钢均为隧道工程中的常见材料，现场备材时间较短，从而可以缩短施工工期。

以下将采用4根立杆4、4根立管3的具体实施例来详细说明本实用新型。

施工时，下部支撑结构中的4根立管3、1根中心立管11均选用直径为108mm、壁厚为6mm的钢管，且5根钢管的布置方式如附图5所示，然后采用压管法将5根钢管均压入沉积层2中并使其底端均进入溶洞底部的围岩层1中，压入到要求位置后，即可在钢管中充填水泥砂浆，然后在5根钢管的顶部采用直径为22mm的连接钢筋13进行连接，在如附图5中所示的连接钢筋13的位置进行布置，并设置两层，两层连接钢筋13的间距为15cm，接着在4根钢管的顶端各焊接一块预留有3处孔径为22mm的孔洞的连接板Ⅰ7，并在中心立管11的顶端焊接一块锚固板12。

上部支撑结构中的4根立杆4均选用规格型号为I20a的工字钢，且4根工字钢的布置方式如附图3所示，然后焊接相邻两根工字钢之间的连接杆5，并在相邻两层连接杆5之间的每对对角工字钢之间均加设一根斜支撑杆，如附图2~附图3所示，接着在4根工字钢的底部均采用直径为22mm的连接钢筋13进行连接，如附图4中所示的连接钢筋13的位置进行布置，并设置两层，两层连接钢筋13的间距为15cm，然后在4根工字钢的底端各焊接一块预留有3处孔径为22mm的孔洞的连接板Ⅱ8，并将4块连接板Ⅰ7与4块连接板Ⅱ8一一对应地通过规格型号为AM20×70的螺栓9与配套的螺母10进行固定连接，接着在每根工字钢的顶端均焊接一块支撑板，并使支撑板的上表面紧贴溶洞顶部的围岩层1的下表面。

在上部支撑结构的焊接完成后，在如附图2、附图4、附图5所示的虚线所组成的虚线范围施作模板，并浇筑C25混凝土形成混凝土基础6，最后对上部支撑结构施作喷射混凝土，且喷射混凝土在工字钢、连接杆5、斜支撑杆的表面的厚度不小于2cm，由此完成了本支撑结构的施工；克服了现有的溶洞支撑结构的低效、安全风险高、基础不牢固及造价较高的问题。

具体实施过程中，可在溶洞底部开挖简易沟渠，将地下水引离施工作业部位；本支撑结构根据实际溶洞大小调整个数和间距；所述钢管采用外径为89mm～108mm、壁厚为4mm～8mm的热轧钢管，钢管可根据溶洞内沉积层2的厚度选择钢管的长度，且钢管嵌设在溶洞底部的围岩层1中的长度不小于5倍钢管直径；所述水泥砂浆采用M20的水泥砂浆；所述工字钢应根据溶洞的宽度和高度选择采用型号为I14～I22的工字钢，且上部支撑结构中工字钢均采用钢管顶端和对应工字钢底端的连接方式，分节延申至溶洞顶部；所述连接钢筋13应选择采用直径为16mm～25mm的钢筋；所述混凝土基础6采用C25的混凝土进行浇筑；所述角钢均采用边长为63mm、壁厚为4mm的等边角钢。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种隧道溶洞用新型支撑结构，包括围岩层（1），围岩层（1）围成的溶洞的底部沉积有沉积层（2），其特征在于：还包括下部支撑结构、中部连接结构和上部支撑结构；

所述下部支撑结构包括埋设于沉积层（2）中且沿周向均匀分布的N根立管（3），其中N为大于2的正整数，每根立管（3）的顶端均平齐且低于沉积层（2）的上表面，每根立管（3）的底端均嵌设于溶洞底部的围岩层（1）中；

所述上部支撑结构包括位于溶洞内部且沿周向均匀分布的N根立杆（4），相邻两根立杆（4）之间固定连接有沿上下均匀分布的M根连接杆（5），其中M为大于2的正整数，每根立杆（4）的底端均平齐，每根立杆（4）的顶端均固定有一块支撑板，且每块支撑板的上表面均紧贴溶洞顶部的围岩层（1）的下表面；

所述中部连接结构包括一个混凝土基础（6），N根立管（3）的顶部、N根立杆（4）的底部均埋设于混凝土基础（6）内，所述中部连接结构还包括固定连接于每根立管（3）的顶端的连接板Ⅰ（7）、固定连接于每根立杆（4）的底端的连接板Ⅱ（8），且N块连接板Ⅰ（7）与N块连接板Ⅱ（8）一一对应地通过螺栓（9）与配套的螺母（10）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种隧道溶洞用新型支撑结构，其特征在于：所述连接杆（5）均为水平放置，且每根立杆（4）的相邻一侧的M根连接杆（5）与该立杆（4）相邻另一侧的M根连接杆（5）的位置均一一对应。

3.根据权利要求1所述的一种隧道溶洞用新型支撑结构，其特征在于：所述下部支撑结构的轴心位置设置有一根中心立管（11），中心立管（11）的顶端同时与N根立管（3）的顶端平齐，且中心立管（11）的顶端固定有一块锚固板（12），中心立管（11）的底端嵌设于溶洞底部的围岩层（1）中。

4.根据权利要求1所述的一种隧道溶洞用新型支撑结构，其特征在于：所述混凝土基础（6）的内部配置有若干层连接钢筋（13）。

5.根据权利要求3所述的一种隧道溶洞用新型支撑结构，其特征在于：所述立管（3）、中心立管（11）中均填充有水泥砂浆。

6.根据权利要求3所述的一种隧道溶洞用新型支撑结构，其特征在于：所述立管（3）、中心立管（11）均为钢管；所述立杆（4）为工字钢或H型钢；所述连接杆（5）为角钢；所述连接板Ⅰ（7）、连接板Ⅱ（8）、锚固板（12）均为钢板。