本實(shí)用新型涉及隧道開(kāi)挖支護(hù)，特別涉及一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，適用于超大跨度隧道，尤其適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下上覆荷載大、地層沉降控制較為嚴(yán)格的超大跨度隧道。

背景技術(shù)：

進(jìn)入二十一世紀(jì)后我國(guó)鐵路建設(shè)高速發(fā)展，隨著西南山區(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(fù)雜、環(huán)保要求高等多種因素的制約，鐵路沿線部分地段設(shè)站條件極為困難。因此，為提高艱險(xiǎn)山區(qū)修建高速鐵路選線、設(shè)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，三線、四線甚至更大跨度的車站隧道的修建將愈來(lái)愈多。

目前，鐵路單、雙線隧道及公路隧道其開(kāi)挖的基本方法有主要有：全斷面法、臺(tái)階法、上下導(dǎo)坑法、上導(dǎo)坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。而采用上述施工方法，均是施作初期支護(hù)后施作二次襯砌，最后形成曲墻帶仰拱(底板)的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。但對(duì)于跨度達(dá)到20～35m甚至更大跨度的隧道，尤其當(dāng)圍巖地層較為軟弱破碎時(shí)，若采用上述開(kāi)挖施工方法及襯砌結(jié)構(gòu)形式非常困難。由于開(kāi)挖跨度大，圍巖荷載較普通雙線隧道大的多，采用傳統(tǒng)的襯砌結(jié)構(gòu)和開(kāi)挖方式，開(kāi)挖后拱腳下沉大，拱頂變形不宜控制，甚至導(dǎo)致襯砌開(kāi)裂、失穩(wěn)，造成坍塌事故。施工安全、工期進(jìn)度均不能得到有效保證。因此，對(duì)超大跨度隧道，為了保證確保施工安全，提高施工質(zhì)量，必須采用合理襯砌結(jié)構(gòu)及開(kāi)挖施工方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)受力明確，施工方便，可有效解決復(fù)雜地質(zhì)條件下超大跨度隧道拱腳位移不易控制導(dǎo)致拱部結(jié)構(gòu)沉降過(guò)大引起襯砌開(kāi)裂的問(wèn)題，以確保隧道施工和運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定及安全性。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

本實(shí)用新型的一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)而外設(shè)置的超前支護(hù)結(jié)構(gòu)、初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和二次襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是：所述二次襯砌結(jié)構(gòu)包括拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)和仰部二次襯砌結(jié)構(gòu)，所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)、左側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)、右側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和仰拱初期支護(hù)結(jié)構(gòu)；拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)、拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)的左側(cè)拱腳支承于左側(cè)托梁上且與之連接，右側(cè)拱腳則支承于右側(cè)托梁上且與之連接；左側(cè)托梁、右側(cè)托梁下分別沿隧道延伸方向間隔設(shè)置左側(cè)樁基、右側(cè)樁基，左側(cè)樁基、右側(cè)樁基的上端分別與左側(cè)托梁、右側(cè)托梁固結(jié)，下端則位于地基穩(wěn)定巖土層內(nèi)。

在上述技術(shù)方案中，所述拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)、左側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和右側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)靠隧道側(cè)設(shè)置防排水系統(tǒng)，防排水系統(tǒng)外設(shè)置拱墻鋪裝層。

本實(shí)用新型的有益效果是，拱部圍巖豎向荷載通過(guò)拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)由樁基托梁結(jié)構(gòu)傳至基底圍巖，仰拱不承受由拱墻結(jié)構(gòu)傳來(lái)的圍巖豎向荷載，因此仰拱曲率半徑可根據(jù)基底圍巖情況盡量放大，甚至采用底板結(jié)構(gòu)，可以大大減小開(kāi)挖工程量；首先施作拱部?jī)蓚?cè)小導(dǎo)洞，于導(dǎo)洞內(nèi)施作業(yè)兩側(cè)樁基托梁，將樁基托梁作為拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)的承載基礎(chǔ)，有效地解決了超大跨度隧道施工中拱部支護(hù)易下沉變形的問(wèn)題；與傳統(tǒng)施工方法相比，在拱部二次施作前不需拆除拱部臨時(shí)豎撐，待二襯達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再拆除拱部臨時(shí)豎撐，消除傳統(tǒng)施工方法拆除撐前后支護(hù)結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換可能造成的塌方風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)突破了傳統(tǒng)軟巖隧道施工中拆撐步長(zhǎng)、跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性。

附圖說(shuō)明

本說(shuō)明書包括如下十五幅附圖：

圖1為本實(shí)用新型一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中A局部的放大圖。

圖3為本實(shí)用新型一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復(fù)合襯砌的施工方法的施工工序正面示意圖。

圖4～圖12為本實(shí)用新型一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復(fù)合襯砌施工方法的施工步驟分解示意圖。

圖中示構(gòu)件、部位名稱及所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記：拱部左側(cè)導(dǎo)洞1，拱部右側(cè)導(dǎo)洞2，拱部核心土上臺(tái)階3a，拱部核心土下臺(tái)階3b，下部核心土一部4a，下部核心土二部4b，下部核心土三部4c；左側(cè)樁基5a，右側(cè)樁基5b，左側(cè)托梁6a，右側(cè)托梁6b，拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)7、拱墻鋪裝層8、仰拱二次襯砌結(jié)構(gòu)9、仰拱填充層10；拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)20，拱部左側(cè)初期支護(hù)20a、拱部右側(cè)初期支護(hù)20b、拱部中間初期支護(hù)20c；拱部噴射混凝土層201，拱部左側(cè)噴射混凝土層201a、拱部右側(cè)噴射混凝土層201b、拱部中間噴射混凝土層201c；拱部鋼架202，拱部左側(cè)鋼架202a、拱部右側(cè)鋼架202b、拱部中間鋼架202c；拱部系統(tǒng)錨桿203，拱部左側(cè)系統(tǒng)錨桿203a、拱部右側(cè)系統(tǒng)錨桿203b、拱部中間系統(tǒng)錨桿203c；邊墻初期支護(hù)21，左側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21a、右側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21b；邊墻噴射混凝土層211，左側(cè)邊墻噴射混凝土層211a、右側(cè)邊墻噴射混凝土層211b；邊墻系統(tǒng)錨桿212，左側(cè)邊墻系統(tǒng)錨桿212a、右側(cè)邊墻系統(tǒng)錨桿212b；仰拱初期支護(hù)結(jié)構(gòu)22；拱部左側(cè)臨時(shí)支護(hù)40a，拱部右側(cè)臨時(shí)支護(hù)40b，臨時(shí)噴射混凝土401a、401b，臨時(shí)鋼架402a、402b；防排水系統(tǒng)50。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)而外設(shè)置的超前支護(hù)結(jié)構(gòu)、初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和二次襯砌結(jié)構(gòu)。所述二次襯砌結(jié)構(gòu)包括拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)7和仰部二次襯砌結(jié)構(gòu)9，所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)20、左側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21a、右側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21b和仰拱初期支護(hù)結(jié)構(gòu)22；拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)20、拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)7的左側(cè)拱腳支承于左側(cè)托梁6a上且與之連接，右側(cè)拱腳則支承于右側(cè)托梁6b上且與之連接；左側(cè)托梁6a、右側(cè)托梁6b下分別沿隧道延伸方向間隔設(shè)置左側(cè)樁基5a、右側(cè)樁基5b，左側(cè)樁基5a、右側(cè)樁基5b的上端分別與左側(cè)托梁6a、右側(cè)托梁6b固結(jié)，下端則位于地基穩(wěn)定巖土層內(nèi)。

拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)20、二次襯砌結(jié)構(gòu)不用落底，直接支撐在下部樁基托梁結(jié)構(gòu)上，拱部圍巖豎向荷載通過(guò)拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)由樁基托梁結(jié)構(gòu)傳至基底圍巖，仰拱不承受由拱墻結(jié)構(gòu)傳來(lái)的圍巖豎向荷載，因此仰拱曲率半徑可根據(jù)基底圍巖情況盡量放大，甚至采用底板結(jié)構(gòu)，可以大大減小開(kāi)挖工程量。而左側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21a、右側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21b僅是用于封閉并穩(wěn)定托梁與樁基間的圍巖，左側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21a、右側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21b與拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)20不相連接，也沒(méi)有受力上的聯(lián)系，這一點(diǎn)與現(xiàn)有隧道結(jié)構(gòu)中的全環(huán)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)不同。

參照?qǐng)D1和圖2，所述拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)7、左側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21a和右側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21b外設(shè)置防排水系統(tǒng)50，防排水系統(tǒng)50外設(shè)置三次襯砌結(jié)構(gòu)8，仰部二次襯砌結(jié)構(gòu)9以上設(shè)置仰拱填充層10。

參照?qǐng)D2，所述拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)20包括覆蓋拱部圍巖的拱部噴射混凝土層201和沿隧道開(kāi)挖方向間隔布設(shè)且埋設(shè)于拱部噴射混凝土層201內(nèi)的拱部鋼架202，以及沿拱部梅花形布置的系統(tǒng)錨桿203。相鄰兩榀拱部鋼架202間由環(huán)向間隔設(shè)置的縱向連接筋連接；所述拱部噴射混凝土層201內(nèi)加設(shè)鋼筋網(wǎng)。

參照?qǐng)D3，所述左側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21a包括覆蓋相鄰兩左側(cè)樁基5a之間的邊墻圍巖的左側(cè)邊墻噴射混凝土層211a，以及沿左側(cè)邊墻面梅花形布置的左側(cè)邊墻系統(tǒng)錨桿212a。所述右側(cè)邊墻初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21b包括覆蓋相鄰兩右側(cè)樁基5b之間的邊墻圍巖的右側(cè)邊墻噴射混凝土層211b，以及沿右側(cè)邊墻面梅花形布置的右側(cè)邊墻系統(tǒng)錨桿212b。所述左側(cè)邊墻噴射混凝土層211a及右側(cè)邊墻噴射混凝土層211b內(nèi)加設(shè)環(huán)向鋼筋網(wǎng)。

參照?qǐng)D3至圖12，本實(shí)用新型的一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)按如下步驟進(jìn)行施工：

①開(kāi)挖左側(cè)拱部導(dǎo)洞1，開(kāi)挖后立即施作相應(yīng)的左側(cè)拱部初期支護(hù)20a和左側(cè)拱部臨時(shí)支護(hù)40a，并施工沿隧道縱向間隔布設(shè)的左側(cè)樁基5a，于樁頂澆筑左側(cè)托梁6a；

②沿隧道縱向滯后左側(cè)拱部導(dǎo)洞1掌子面一定距離開(kāi)挖右側(cè)拱部導(dǎo)洞2，開(kāi)挖后立即施作相應(yīng)的右側(cè)拱部初期支護(hù)20b和右側(cè)拱部臨時(shí)支護(hù)40b，并施工沿隧道縱向間隔布設(shè)的右側(cè)樁基5b，于樁頂澆筑右側(cè)托梁6b；

③開(kāi)挖拱部核心土上臺(tái)階3a，開(kāi)挖后立即施作相應(yīng)的中間拱部初期支護(hù)20c；

④灌筑拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)7；

⑤開(kāi)挖拱部核心土下臺(tái)階3b，并拆除相應(yīng)的左側(cè)拱部臨時(shí)支護(hù)40a和右側(cè)拱部臨時(shí)支護(hù)40b；

⑥分臺(tái)階開(kāi)挖下部核心土一部4a、下部核心土二部4b和下部核心土三部4c，待下部核心土二部4c開(kāi)挖后施作仰拱初期支護(hù)結(jié)構(gòu)22；

⑦施作仰部二次襯砌結(jié)構(gòu)9；

⑧待仰部二次襯砌結(jié)構(gòu)9砼初凝后灌筑仰拱填充層10至設(shè)計(jì)高度并修建中心水溝；

⑨鋪設(shè)防排水系統(tǒng)50后一次性模筑三次襯砌結(jié)構(gòu)8；

⑩施工側(cè)溝及電纜溝槽等附屬工程。

重復(fù)上述步驟①～⑩若干次，直至隧道該工法設(shè)計(jì)段落全長(zhǎng)開(kāi)挖完工。

首先施作拱部?jī)蓚?cè)小導(dǎo)洞，于導(dǎo)洞內(nèi)施作業(yè)兩側(cè)樁基托梁，將樁基托梁作為拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)的承載基礎(chǔ)，有效地解決了超大跨度隧道施工中拱部支護(hù)易下沉變形的問(wèn)題。與傳統(tǒng)施工方法相比，在拱部二次施作前不需拆除拱部臨時(shí)豎撐，待二襯達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再拆除拱部臨時(shí)豎撐，消除傳統(tǒng)施工方法拆除撐前后支護(hù)結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換可能造成的塌方風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)突破了傳統(tǒng)軟巖隧道施工中拆撐步長(zhǎng)、跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性。