一種適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，包括預(yù)應(yīng)力錨桿、自鉆式中空注漿錨桿、底層鋼拱架、上層鋼拱架、泡沫混凝土、鋼筋混凝土和箍具；所述預(yù)應(yīng)力錨桿打設(shè)在隧道兩側(cè)的拱腳部位；所述自鉆式中空注漿錨桿打設(shè)在隧道的底板部位；所述底層鋼拱架和上層鋼拱架均是由兩層型鋼通過(guò)箍具疊加搭接而成，所述底層鋼拱架鋪設(shè)在隧道內(nèi)，所述上層鋼拱架鋪設(shè)在底層鋼拱架上。本實(shí)用新型的施工步驟簡(jiǎn)單，所需成本較低，可操作性強(qiáng)，能夠有效的增大隧道基底的預(yù)留變形量及釋放基底的圍巖應(yīng)力，防止隧道底鼓等狀況的發(fā)生。
【專利說(shuō)明】一種適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于隧道及地下工程領(lǐng)域，具體涉及一種適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)交通建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，穿越軟弱圍巖的隧道越來(lái)越多，給我國(guó)隧道設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
[0003]而軟巖隧道最大的特點(diǎn)在于其圍巖自承能力較低，極易因承載力不足而發(fā)生大變形；同時(shí)，軟巖中一般含有遇水膨脹的礦物成分，當(dāng)隧道基底圍巖含水量增加時(shí)，會(huì)發(fā)生“膨壓效應(yīng)”，增大圍巖變形量，極易導(dǎo)致隧道基底隆起、仰拱開(kāi)裂、路面翻漿、冒泥等狀況，嚴(yán)重影響了行車安全。
[0004]目前，常規(guī)的軟巖隧道仰拱結(jié)構(gòu)采用“強(qiáng)支硬頂”的支護(hù)方案，即采用高強(qiáng)度型鋼，加密型鋼設(shè)置間距，并強(qiáng)調(diào)“及時(shí)封閉成環(huán)”，提高仰拱中現(xiàn)澆混凝土的早期強(qiáng)度。然而，常規(guī)的仰拱結(jié)構(gòu)并不能釋放隧道基底圍巖應(yīng)力，且其預(yù)留的變形量較小，不能有效避免基底隆起、仰拱開(kāi)裂等狀況，已不適應(yīng)軟巖隧道工程的發(fā)展。
[0005]因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，亟需提供一種適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)顯得尤為重要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一能夠增大預(yù)留變形量，有效的避免基底隆起、仰拱開(kāi)裂等狀況的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型的發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]提供一種適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，包括預(yù)應(yīng)力錨桿、自鉆式中空注漿錨桿、底層鋼拱架、上層鋼拱架、泡沫混凝土、鋼筋混凝土和箍具；所述預(yù)應(yīng)力錨桿打設(shè)在隧道兩側(cè)的拱腳部位；所述自鉆式中空注漿錨桿打設(shè)在隧道的底板部位；所述底層鋼拱架和上層鋼拱架均是由兩層型鋼通過(guò)箍具疊加搭接而成，所述底層鋼拱架鋪設(shè)在隧道基底上，所述上層鋼拱架鋪設(shè)在底層鋼拱架上；且所述泡沫混凝土填充在底層鋼拱架與上層鋼拱架之間，所述鋼筋混凝土澆注在上層鋼拱架上。
[0009]作為優(yōu)選，所述底層鋼拱架和上層鋼拱架均為U型鋼拱架；將兩者均設(shè)置為U型鋼拱架，一方面為了配合隧道基底輪廓的形狀，安裝與拆卸都比較方便；另一方面兩者都是由型鋼搭接而成，U型結(jié)構(gòu)適合搭接，并且制造工藝簡(jiǎn)單。
[0010]作為優(yōu)選，所述預(yù)應(yīng)力錨桿和自鉆式中空注漿錨桿均以隧道的中軸線對(duì)稱分布，且預(yù)應(yīng)力錨桿共設(shè)有6根，而自鉆式中空注漿錨桿共設(shè)有14根；對(duì)稱分布的預(yù)應(yīng)力錨桿和自鉆式中空注漿錨桿能夠提高隧道基底圍巖的承載力。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述鋼筋混凝土為C25鋼筋混凝土 ；C25鋼筋混凝土使上層鋼拱架具有更好的承載能力，增加整體結(jié)構(gòu)的牢固度。
[0012]作為優(yōu)選，所述泡沫混凝土內(nèi)還加入有碳纖維；碳纖維能夠有效的增加泡沫混凝土變形后的殘余強(qiáng)度
[0013]作為優(yōu)選，所述箍具為卡纜式箍具。
[0014]作為優(yōu)選，所述預(yù)應(yīng)力錨桿的環(huán)向間距為0.5-1.5m，縱向間距為lm_2m ;而優(yōu)選其環(huán)向間距為lm，縱向間距為1.5m。
[0015]作為優(yōu)選，所述自鉆式中空注漿錨桿的環(huán)向間距為0.5-1.5m,縱向間距均為0.5-1.5m ;優(yōu)選其環(huán)向間距與縱向間距均為lm。
[0016]作為優(yōu)選，所述箍具的環(huán)向間距為1.5-2.5m ;優(yōu)選其環(huán)向間距為2m。
[0017]作為優(yōu)選，所述鋼筋混凝土的厚度為0.4-0.6m ;優(yōu)選其厚度0.5m。
[0018]本實(shí)用新型還提供該適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)的安裝方法，包括以下步驟:
[0019](I)打設(shè)高強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力錨桿:在隧道兩側(cè)拱腳部位各打設(shè)3根高強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿型號(hào)選用Φ 22mm，長(zhǎng)度為2.8m，環(huán)向間距1.0m，縱向排距為1.5m ；
[0020](2)打設(shè)自鉆式中空注漿錨桿:在隧道底部打設(shè)14根自鉆式中空注漿錨桿，以隧道中軸線對(duì)稱分布，錨桿型號(hào)選用R32N型，其環(huán)向、縱向間距均為1.0m ；
[0021](3)鋪設(shè)U型鋼拱架:首先根據(jù)仰拱開(kāi)挖輪廓，焊接好U型的底層鋼拱架和上層鋼拱架，然后將底層鋼拱架鋪設(shè)在開(kāi)挖好的仰拱輪廓上，并在其上環(huán)向焊接若干鋼筋，厚度為25cm ;其次鋪設(shè)上層鋼拱架，鋼筋在底層鋼拱架和上層鋼拱架之間起支撐作用；
[0022](4)填充泡沫混凝土:在底層鋼拱架和上層鋼拱架之間填充泡沫混凝土，為保證泡沫混凝土具有較高的殘余強(qiáng)度，可在其中加入適量的碳纖維；
[0023](5)澆注C25鋼筋混凝土:在上層鋼拱架的上方澆注C25鋼筋混凝土，厚度為0.5m。
[0024]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:本實(shí)用新型的施工步驟簡(jiǎn)單，所需成本較低，可操作性強(qiáng)，能夠有效的增大隧道基底的預(yù)留變形量及釋放基底的圍巖應(yīng)力，防止隧道底鼓等狀況的發(fā)生；并且通過(guò)填充泡沫混凝土和澆注鋼筋混凝土及設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿和自鉆式中空注漿錨桿，不僅能夠完成隧道基底與軟弱圍巖的協(xié)調(diào)變形，更能夠有效的減少因基底滲水而引起的膨脹效應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是底層鋼拱架和上層鋼拱架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]其中，1-預(yù)應(yīng)力錨桿、2-自鉆式中空注漿錨桿、3-底層鋼拱架、4-上層鋼拱架、5-泡沫混凝土、6-鋼筋混泥土、7-箍具、8-型鋼。

【具體實(shí)施方式】
[0028]結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0029]實(shí)施例
[0030]一種適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，包括預(yù)應(yīng)力錨桿1、自鉆式中空注漿錨桿2、底層鋼拱架3、上層鋼拱架4、泡沫混凝土 5、鋼筋混凝土 6和箍具7 ;所述預(yù)應(yīng)力錨桿I打設(shè)在隧道兩側(cè)的拱腳部位；所述自鉆式中空注漿錨桿2打設(shè)在隧道的底板部位；所述底層鋼拱架3和上層鋼拱架4均是由兩層型鋼8通過(guò)箍具7疊加搭接而成，所述底層鋼拱架3鋪設(shè)在隧道的基底上，所述上層鋼拱架4鋪設(shè)在底層鋼拱架3上；且所述泡沫混凝土 5填充在底層鋼拱架3與上層鋼拱架4之間，所述鋼筋混凝土 6澆注在上層鋼拱架4上。
[0031]其中，底層鋼拱架3和上層鋼拱架4均為U型鋼拱架；U型鋼拱架的具體形狀根據(jù)隧道基底的輪廓制造而成。
[0032]其中，預(yù)應(yīng)力錨桿I和自鉆式中空注漿錨桿2均以隧道的中軸線對(duì)稱分布，且所述預(yù)應(yīng)力錨桿I共設(shè)有6根，自鉆式中空注漿錨桿2共設(shè)有14根；高強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力錨桿I能夠增加隧道基底圍巖的承載力，而通過(guò)自鉆式中空注漿錨桿的注漿功能可以有效的減少軟弱圍巖出現(xiàn)裂縫等狀況的發(fā)生，并能夠避免地下水滲入基底部位引起膨脹效應(yīng)。
[0033]其中，鋼筋混凝土 6為C25鋼筋混凝土。
[0034]其中，泡沫混凝土 6內(nèi)還加入有碳纖維。
[0035]其中，箍具7為卡纜式箍具。
[0036]其中，預(yù)應(yīng)力錨桿I的環(huán)向間距為lm，縱向間距為1.5m ；
[0037]其中，自鉆式中空注漿錨桿2的環(huán)向間距為lm，縱向間距為lm。
[0038]其中，箍具7的環(huán)向間距為2m。
[0039]其中，鋼筋混凝土 6的厚度為0.5m。
[0040]本實(shí)用新型的底層鋼拱架和上層鋼拱架均是利用卡纜式的箍具將上、下兩層型鋼進(jìn)行搭接疊加而成，使上、下兩層型鋼之間產(chǎn)生摩擦力，而當(dāng)U型鋼拱架所受軸力大于其軸力限值時(shí)，上、下型鋼會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑移，并在箍具法向約束作用下產(chǎn)生抗滑力，隨著鋼拱架變形量的增大，圍巖應(yīng)力得到釋放，相對(duì)滑動(dòng)的力也隨之減小，而U型的鋼拱架的滑移也逐漸停止，恢復(fù)平衡狀態(tài)，從而增大了隧道基底預(yù)留變形量，有效防止隧道底鼓等狀況的發(fā)生。
[0041]其次，在底層鋼拱架和上層鋼拱架之間填充泡沫混凝土作為高壓縮性材料，可使得U型鋼拱架與隧道基底軟弱圍巖能夠進(jìn)行協(xié)調(diào)變形，泡沫混凝土可作為有效的緩沖介質(zhì)，調(diào)節(jié)變形量。
[0042]另外在隧道的兩側(cè)拱腳和底板分別打設(shè)高強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力錨桿和自鉆式中空注漿錨桿一方面提高了隧道基底圍巖的承載力，另一方面通過(guò)自鉆式中空注漿錨桿的注漿有效減少了軟弱圍巖中的節(jié)理、裂隙，避免地下水滲入基底部位引起膨壓效應(yīng)。
[0043]而且本實(shí)用新型的施工步驟簡(jiǎn)單，所需成本較低，可操作性強(qiáng)，對(duì)于軟巖隧道基底各種不理狀況都有較好的防治效果，并且其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益較高。
[0044]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括預(yù)應(yīng)力錨桿(I)、自鉆式中空注漿錨桿(2)、底層鋼拱架(3)、上層鋼拱架(4)、泡沫混凝土(5)、鋼筋混凝土(6)和箍具(7)；所述預(yù)應(yīng)力錨桿(I)打設(shè)在隧道兩側(cè)的拱腳部位；所述自鉆式中空注漿錨桿(2)打設(shè)在隧道的底板部位；所述底層鋼拱架(3)和上層鋼拱架(4)均是由兩層型鋼(8)通過(guò)箍具(7)疊加搭接而成，所述底層鋼拱架(3)鋪設(shè)在隧道的基底上，所述上層鋼拱架(4)鋪設(shè)在底層鋼拱架(3)上；且所述泡沫混凝土(5)填充在底層鋼拱架(3)與上層鋼拱架(4)之間，所述鋼筋混凝土(6)澆注在上層鋼拱架(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述底層鋼拱架(3)和上層鋼拱架(4)均為U型鋼拱架。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述預(yù)應(yīng)力錨桿(I)和自鉆式中空注漿錨桿(2)均以隧道的中軸線對(duì)稱分布，且所述預(yù)應(yīng)力錨桿共設(shè)有6根，自鉆式中空注漿錨桿共設(shè)有14根。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鋼筋混凝土(6)為C25鋼筋混凝土。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述泡沫混凝土(6)內(nèi)還加入有碳纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述箍具(7)為卡纜式箍具。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述預(yù)應(yīng)力錨桿Cl)的環(huán)向間距為0.5-1.5m，縱向間距為lm-2m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述自鉆式中空注漿錨桿(2)的環(huán)向間距為0.5-1.5m，縱向間距為0.5-1.5m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述箍具(7)的環(huán)向間距為1.5-2.5m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的適用于軟巖隧道的仰拱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鋼筋混凝土(6)的厚度為0.4-0.6m。
【文檔編號(hào)】E21D11/38GK204060720SQ201420476275
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】薛曉輝, 申俊敏, 韓大千, 張軍, 隋來(lái)才, 宿鐘鳴, 侯豪斌, 孫志杰, 李永永 申請(qǐng)人:山西省交通科學(xué)研究院, 山西交科公路勘察設(shè)計(jì)院