專利名稱：四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及隧道初期支護構造，特別涉及一種軟巖四線大跨隧道初期支護構造。
背景技術：
進入二十一世紀后我國鐵路建設高速發(fā)展，隨著山區(qū)高速鐵路的快速和大規(guī)模修建。由于受曲線半徑大、地形地質(zhì)條件復雜、環(huán)保要求高等多種因素的制約，鐵路沿線部分地段設站條件極為困難。因此，為提高艱險山區(qū)修建高速鐵路選線、設站的自由度，使得山區(qū)車站布置型式更為靈活、車站功能更易得到保證，特大跨度四線車站隧道的修建將愈來愈多。軟巖的物理力學性質(zhì)復雜，巖石抗壓強度較低，單軸抗壓強度一般在30MPa以下， 節(jié)理裂隙發(fā)育，孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構造面切割及風化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層，該類巖石多為泥巖、頁巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖。在重力、地形和地質(zhì)構造運動等作用下往往形成較高的地應力，一旦隧道開挖后應力釋放，將出現(xiàn)圍巖膨脹，產(chǎn)生顯著塑性變形，給隧道工程造成危害。對于軟巖地層四線大跨隧道，采用傳統(tǒng)的初期支護結(jié)構(系統(tǒng)錨桿+鋼架+噴砼)，一方面，由于跨度大，巖質(zhì)軟，開挖后變形不宜控制。其特點是變形量大、變形速度快、 持續(xù)時間很長，支護易開裂，甚至失穩(wěn)造成坍塌事故；另一方面，為了保證安全，施工中必須限制拆撐步長，采用跳拆等措施，導致施工不靈活，工作面狹窄。隧道初期支護是主要的永久受力結(jié)構，且對保證隧道施工期間的安全至關重要， 因此必須做到安全、快速、可靠。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，可有效控制四線大跨隧道拱頂沉降和支護開裂問題，以確保隧道施工和運營的穩(wěn)定性及安全性，同時減少施工臨時支護，工序干擾少，有利于大型機械作業(yè)，施工速度快。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下本實用新型的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，包括覆蓋圍巖的噴射混凝土層和沿隧道開挖方向間隔布設的全環(huán)鋼架，以及沿拱墻面布設錨固于圍巖中的系統(tǒng)錨桿， 全環(huán)鋼架埋設于噴射混凝土層內(nèi)，其特征是在隧道拱部鋼架與臨時豎撐連接處沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架連接的第一組預應力錨索；在邊墻部位沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架連接的第二組預應力錨索；在隧道拱腳處附近沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架連接的第三組預應力錨索。本實用新型的有益效果是，采用索拱聯(lián)合初期支護結(jié)構，通過拱部撐索轉(zhuǎn)換實現(xiàn)臨時支撐的安全拆除，突破了傳統(tǒng)軟巖隧道施工中拆撐步長、跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性，并為后續(xù)施工提供了較大的工作面；對拱腳、邊墻部位，利用錨索代替臨時橫撐，避免軟巖大跨度隧道臨時橫撐施作，一方面使得開挖更靈活，另一方面規(guī)避了臨時橫撐拆除風險；通過“外錨”代替“內(nèi)撐”達到“減跨”之目的，從而形成無內(nèi)撐的超大跨結(jié)構；由錨索與鋼架、噴射混凝土、系統(tǒng)錨桿等初支共同受力而組成的聯(lián)合支護體系，作為隧道永久支護的一部分，使結(jié)構安全度更高。
本說明書包括如下三幅附圖圖1是本實用新型四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造的斷面示意圖；圖2是圖1中A局部的放大視圖；圖3是本實用新型四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造中環(huán)全鋼架與預應力錨索的連接方式示意圖。圖中示出零部件、部位名稱及所對應的標記噴射混凝土層10、初噴層11、復噴層 12、鋼筋網(wǎng)13、拱部超前支護14、全環(huán)鋼架20、第一組預應力錨索31、第二組預應力錨索32、 第三組預應力錨索33、拱部系統(tǒng)錨桿34、邊墻系統(tǒng)錨桿35、鋼墊板40。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。參照圖1，本實用新型的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，包括覆蓋圍巖的噴射混凝土層10和沿隧道開挖方向間隔布設的全環(huán)鋼架20，以及沿拱墻面布設錨固于圍巖中的系統(tǒng)錨桿，全環(huán)鋼架20埋設于噴射混凝土層10。在隧道拱部鋼架與臨時豎撐連接處沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架20連接的第一組預應力錨索31，以替換拱部臨時豎撐；在邊墻部位沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架20連接的第二組預應力錨索32，在隧道拱腳處附近沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架20連接的第三組預應力錨索33，以代替臨時橫撐。拱頂兩側(cè)第一組預應力錨索31以索換撐，突破了傳統(tǒng)軟巖隧道施工中拆撐步長、 跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性，另一方面達到“減跨”目的，從而形成無內(nèi)撐的超大跨結(jié)構，為保證四線大跨隧道拱部支護結(jié)構穩(wěn)定、減小體系轉(zhuǎn)換的風險、解決軟巖四線大跨隧道施工中拱頂沉降不宜控制，支護結(jié)構易變形開裂甚至塌方的問題。邊墻部位及拱腳附近布設的第二組預應力錨索32和第三組預應力錨索33以索代撐，兼起鎖腳作用，同時減少臨時橫撐，工序干擾少，加快施工進度。確保了施工全過程處于安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、快速的可控狀態(tài)，又能創(chuàng)造良好的社會效益。參照圖2，所述噴射混凝土層10通常采用C25砼，由初噴層11、復噴層12復合構成，全環(huán)鋼架20埋設于復噴層12內(nèi)，初噴層11厚度通常為3 5cm。全環(huán)鋼架20在開挖面初噴形成初噴層11后架設，利用系統(tǒng)錨桿34及35進行定位，再復噴至設計厚度形成復噴層12。參照圖2，所述的全環(huán)鋼架20采用全環(huán)型鋼鋼架，沿隧道開挖方向間隔設置，相鄰兩榀鋼架間通過環(huán)向間隔設置的縱向連接鋼筋固定連接。縱向連接鋼筋一般采用Φ22πιπι 的鋼筋，環(huán)向間隔Im設置。參照圖1，所述系統(tǒng)錨桿包括拱部系統(tǒng)錨桿34及邊墻系統(tǒng)錨桿35，沿拱墻面梅花形布設且錨固于圍巖中。拱部系統(tǒng)錨桿34通常采用Φ 25mm中空注漿錨桿，邊墻錨桿35通常采用Φ 22mm砂漿錨桿。拱部系統(tǒng)錨桿34、邊墻系統(tǒng)錨桿35的長度及間距應根據(jù)隧道跨度、開挖工法、圍巖地質(zhì)情況等綜合確定，并根據(jù)拱墻各個部位不同受力情況采用不同長度。參照圖3，第一組預應力錨索31、第二組預應力錨索32和第三組預應力錨索33通過鋼墊板40與全環(huán)鋼架20固定連接。第一組預應力錨索31、第二組預應力錨索32和第三組預應力錨索33的長度、布置密度及噸位應根據(jù)隧道跨度、開挖工法，圍巖情況綜合確定。參照圖2，所述拱部超前支護14通常采用Φ42πιπι超前小導管、Φ60πιπι中管棚或 Φ 75mm中管棚。下面以改建鐵路貴(陽)昆(明)線六盤水至沾益段烏蒙山二號隧道為實施例進一步說明本實用新型。烏蒙山二號隧道全長12260m，為六沾鐵路最長隧道，受扒挪塊車站地形限制和運營管理需要，扒挪塊車站伸入烏蒙山二號隧道出口段，形成四線車站隧道，長 538m。最大開挖跨度達28. 42m，最大開挖面積為354. 30m2。該段通過地層主要為泥質(zhì)灰?guī)r夾泥灰?guī)r、泥巖、砂巖、頁巖、頁巖夾砂巖。由于該隧跨度大，巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體較破碎?，F(xiàn)僅列舉烏蒙山二號隧道DD88+140 +240段(V級深埋段)初期支護構造及具體參數(shù)如下噴射混凝土層10采用C25砼，厚度為40cm，設置全環(huán)鋼架20加強支護，縱向間距 0.6m，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設置Φ22πιπι縱向連接鋼筋，連接鋼筋環(huán)向間距1.0m。第一組預應力錨索31、第二組預應力錨索32和預應力錨索33縱向間距1. an。鋼墊板40尺寸 30cmX60cmX4cmo所述系統(tǒng)系統(tǒng)錨桿，對拱部采用Φ 25mm中空注漿錨桿，對邊墻采用采用 Φ 22mm砂漿錨桿，并對根據(jù)受力情況對拱頂、拱腰及邊墻部位分別采用不同長度。所述拱部超前支護14采用Φ75πιπι中管棚。采用該初期支護結(jié)構，在施工中，保證了拱部支護結(jié)構穩(wěn)定、減小了體系轉(zhuǎn)換的風險、有效解決軟巖四線大跨隧道施工中拱頂沉降不宜控制，支護結(jié)構易變形開裂甚至塌方的問題。突破了傳統(tǒng)軟巖隧道施工中拆撐步長、跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性，加快了施工速度。確保了施工全過程處于安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、快速的可控狀態(tài)，又能創(chuàng)造良好的社會效益，具有廣闊的推廣應用前景。以上所述只是用圖解說明本實用新型四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造的一些原理，并非是要將本實用新型局限在所示和所述的具體結(jié)構和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應修改以及等同物，均屬于本實用新型所申請的專利范圍。
權利要求1.四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，包括覆蓋圍巖的噴射混凝土層(10)和沿隧道開挖方向間隔布設的全環(huán)鋼架00)，以及沿拱墻面布設錨固于圍巖中的系統(tǒng)錨桿，全環(huán)鋼架00)埋設于噴射混凝土層(10)內(nèi)，其特征是在隧道拱部鋼架與臨時豎撐連接處沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架00)連接的第一組預應力錨索(31)；在邊墻部位沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架OO)連接的第二組預應力錨索 (32)；在隧道拱腳處附近沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架OO)連接的第三組預應力錨索(33)。
2.如權利要求1所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，其特征是所述系統(tǒng)錨桿包括拱部系統(tǒng)錨桿(34)和邊墻系統(tǒng)錨桿(35)，均呈梅花型布設。
3.如權利要求2所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，其特征是所述拱部系統(tǒng)錨桿(34)采用Φ 25mm中空注漿錨桿。
4.如權利要求2所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，其特征是所述邊墻系統(tǒng)錨桿(3 采用Φ 22mm砂漿錨桿。
5.如權利要求1所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，其特征是所述噴射混凝土層(10)由初噴層(11)、復噴層(12)復合構成，全環(huán)鋼架OO)埋設于復噴層(12)內(nèi)。
6.如權利要求1所述的四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，其特征是第一組預應力錨索(31)、第二組預應力錨索(3 和第三組預應力錨索(3 通過鋼墊板00)與全環(huán)鋼架OO)固定連接。
專利摘要四線大跨隧道索拱聯(lián)合初期支護構造，可有效控制四線大跨隧道拱頂沉降和支護開裂問題，以確保隧道施工和運營的穩(wěn)定性及安全性，同時減少施工臨時支護，工序干擾少，有利于大型機械作業(yè)，施工速度快。它包括覆蓋圍巖的噴射混凝土層(10)和沿隧道開挖方向間隔布設的全環(huán)鋼架(20)，以及沿拱墻面布設錨固于圍巖中的系統(tǒng)錨桿，全環(huán)鋼架(20)埋設于噴射混凝土層(10)內(nèi)。在隧道拱部鋼架與臨時豎撐連接處沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架(20)連接的第一組預應力錨索(31)，在邊墻部位、拱腳處附近分別沿隧道開挖方向間隔設置錨固于圍巖并與全環(huán)鋼架(20)連接的第二組預應力錨索(32)、第三組預應力錨索(33)。
文檔編號E21D11/10GK202073581SQ201120165038
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權日2011年5月23日
發(fā)明者于茂春, 仇文革, 卿偉宸, 唐國榮, 朱勇, 李澤龍, 楊昌宇, 鄭偉, 鄭杰元, 陶偉明, 高揚 申請人:中鐵二院工程集團有限責任公司