本實(shí)用新型涉及隧道修建技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種封閉的預(yù)支護(hù)隧道結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

淺埋軟土大跨度礦山法隧道一直是隧道專業(yè)領(lǐng)域存在的工程難題，其主要的施工難點(diǎn)是：軟弱地層自穩(wěn)性較差，隧道施工引起的地層變形難以控制，開挖洞徑容易收縮侵限，同時(shí)引起地表的沉降較大。

現(xiàn)有的淺埋礦山法隧道一般采用管棚、注漿等超前支護(hù)，增強(qiáng)支護(hù)剛度，然后采用分塊開挖減少每次開挖坑道的跨度等方法來控制地層變形。以上既有技術(shù)手段可滿足一般條件下的淺埋大跨度礦山法隧道，但在沉降要求高，工程環(huán)境復(fù)雜的情況下，存在以下問題：

1)現(xiàn)有的管棚等超前預(yù)支護(hù)措施，由于直徑、間距受限，施工工序復(fù)雜等原因，導(dǎo)致超前支護(hù)剛度增加的幅度有限；

2)礦山法隧道一般初期支護(hù)均采用型鋼(格柵鋼架)+噴射混凝土的形式，但由于型鋼的布設(shè)間距不宜過小(否則鋼架之間的空間無法噴射混凝土)，同時(shí)型鋼的尺寸增加的空間有限，在隧道開挖后至施作二次襯砌的這段時(shí)間內(nèi)，初期支護(hù)對于地層變形的控制能力有限；

3)采用分塊開挖時(shí)，初期支護(hù)也需要分塊施工，相鄰初期支護(hù)由于施工時(shí)間上的差異，導(dǎo)致初期支護(hù)間變形后常常產(chǎn)生銜接困難，進(jìn)而無法形成整體的拱形承載結(jié)構(gòu)，達(dá)不到預(yù)期的剛度。

針對上述問題，目前一種為增加超前支護(hù)和初期支護(hù)剛度而施作的大直徑鋼管管幕法逐漸被推廣應(yīng)用?，F(xiàn)有的工程案例中，一般在隧道開挖范圍的上方采用頂管或盾構(gòu)施工大直徑鋼管管幕，然后在鋼管內(nèi)采用凍結(jié)、注漿等輔助工法進(jìn)行地層加固，或?qū)摴軝M向切開，焊接相鄰鋼管并澆筑鋼筋混凝土形成類似護(hù)拱的支護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)下方的隧道開挖。但上述改進(jìn)后的方法在應(yīng)用時(shí)仍然存在以下問題：

1)施工的大直徑管幕仍屬于隧道的超前支護(hù)以及初期支護(hù)，其施工完成后仍需進(jìn)行分塊開挖及二次襯砌施作，對于工期影響較大；

2)改進(jìn)后的管幕加固盡管支護(hù)剛度提升較大，但是在軟土地層中開挖時(shí)，由于隧道頂部的荷載作用于管幕上，傳遞至管幕拱腳處時(shí)，不可避免產(chǎn)生應(yīng)力集中，而軟弱地層承載力通常較低，可能導(dǎo)致隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)整體下沉，進(jìn)而導(dǎo)致地表沉降加大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是要解決上述背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)用于隧道修建存在容易沉降、需分塊施工拖延工期、需施作二次襯砌等問題，提供一種封閉的預(yù)支護(hù)隧道結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種封閉的預(yù)支護(hù)隧道結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括圍繞在待開挖隧道限界外側(cè)的環(huán)形管幕結(jié)構(gòu)；所述的管幕結(jié)構(gòu)包括多根沿隧道軸線方向布設(shè)的鋼管，多根鋼管沿隧道的圓周方向間隔布置圍繞在隧道限界外側(cè)形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，相鄰鋼管之間焊接有兩片沿隧道圓周方向布置的鋼板；所述的相鄰鋼管之間的兩片鋼板沿隧道的徑向方向平行間隔布置，兩片鋼板之間的空間通過開設(shè)于鋼管側(cè)壁上的安裝槽與鋼管內(nèi)部空間連通，鋼板與鋼管形成圍繞在隧道限界外側(cè)的環(huán)狀連通空腔；所述的連通空腔內(nèi)澆筑有鋼筋混凝土。

進(jìn)一步的所述的相鄰鋼管之間的兩片鋼板之間設(shè)置有立柱；所述的立柱為沿隧道徑向方向布設(shè)的用于支撐鋼板的桿狀結(jié)構(gòu)，立柱的兩端分別焊接在相鄰的兩塊鋼板上，立柱澆筑于混凝土內(nèi)。

進(jìn)一步的所述的相鄰鋼管之間的鋼板沿隧道的軸向方向連續(xù)布置。

進(jìn)一步的所述的連通空腔內(nèi)穿設(shè)有多根沿隧道軸向方向間隔布置的環(huán)形鋼筋；所述的環(huán)形鋼筋沿隧道的圓周方向穿過安裝槽布置于鋼管和鋼板之間，環(huán)形鋼筋澆筑于混凝土內(nèi)。

進(jìn)一步的所述的鋼管內(nèi)徑滿足人員進(jìn)入其內(nèi)部切割、澆筑鋼筋混凝土工作的空間要求。

一種封閉的預(yù)支護(hù)隧道結(jié)構(gòu)施工方法，其特征在于：所述的施工方法包括以下步驟：

1)、在待開挖的隧道限界外側(cè)，沿隧道軸向方向插打鋼管，依順序間隔施作鋼管直至形成圍繞在隧道限界外側(cè)的環(huán)形結(jié)構(gòu)；

2)、從鋼管內(nèi)部在鋼管側(cè)壁開設(shè)安裝槽，在安裝槽中插入兩塊鋼板，將鋼板的兩端分別焊接在相鄰的兩根鋼管上，兩塊鋼板沿隧道徑向間隔分布，鋼板與鋼管形成封閉的環(huán)形連通空腔；

3)、施工人員進(jìn)入到鋼管內(nèi)部開挖相鄰鋼管之間的兩塊鋼板之間的土體，在兩塊鋼板之間施作內(nèi)支撐；

4)、向連通空腔內(nèi)澆筑混凝土，混凝土流入鋼管內(nèi)和鋼板之間形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；

5)待混凝土養(yǎng)護(hù)完成后，完成隧道預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。

進(jìn)一步的所述的步驟1中，鋼管插打施工的順序?yàn)椋合炔宕蚴┕に淼老藿绲撞康匿摴?，再插打施工隧道限界兩?cè)的鋼管，最后插打施工隧道限界頂部的鋼管。

進(jìn)一步的所述的步驟2中，相鄰鋼管之間的鋼板的施工方法為：先施工位于隧道限界下方鋼管之間的鋼板，其次施工隧道限界兩側(cè)鋼管之間的鋼板，最后施工隧道限界頂部鋼管之間的鋼板。

進(jìn)一步的所述的步驟3中，在兩塊鋼板之間施作內(nèi)支撐的方法為：在兩塊鋼板之間焊接立柱，將立柱的兩端分別焊接在相鄰的兩根鋼管之間的兩塊鋼板上，使立柱在隧道徑向方向上支撐鋼板。

進(jìn)一步的所述的步驟4中，向連通空腔內(nèi)澆筑混凝土形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的方法為：在連通空腔內(nèi)沿隧道的圓周方向架設(shè)環(huán)形鋼筋，將鋼筋焊接在鋼管的內(nèi)壁上，然后向連通空腔內(nèi)澆筑混凝土，混凝土流入到鋼管內(nèi)和鋼板之間與立柱和鋼筋形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)有：1、本專利可將大斷面隧道開挖轉(zhuǎn)化為小直徑盾構(gòu)開挖，可有效控制開挖初期的地層變形。

2、本專利隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度較大，在形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行隧道開挖，可采用全斷面開挖的方式，可明顯提高隧道施工速度。

3、本專利下部的結(jié)構(gòu)同上部結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)整體，則施工過程中作用在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載以及結(jié)構(gòu)本身的自重可由下部的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的全部土體承受，大大減小了應(yīng)力集中的程度，可有效控制施工時(shí)隧道的整體沉降以及地表的沉降變形。

4、本專利由于支護(hù)結(jié)構(gòu)形成了封閉的組合結(jié)構(gòu)，在施工完成后可直接作為永久的襯砌主體結(jié)構(gòu)，節(jié)省了施作二次襯砌的成本。

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，能夠形成穩(wěn)定的隧道開挖預(yù)支護(hù)，有利于隧道的快速開挖，且無需進(jìn)行二次襯砌，降低了施工的成本，具有極大的推廣價(jià)值。

附圖說明

圖1：本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)放大示意圖；

其中：1—鋼管；2—鋼板；3—立柱；4—鋼筋；5—混凝土；6—連通空腔；7—安裝槽；a—隧道限界。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1～2，一種封閉的預(yù)支護(hù)隧道結(jié)構(gòu)，包括圍繞在待開挖隧道限界(如圖1中所示的a，為隧道的建筑限界)外側(cè)的環(huán)形管幕結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例的管幕結(jié)構(gòu)為環(huán)狀拱形結(jié)構(gòu)，具有良好的穩(wěn)定性，沉降小，特別是位于隧道限界下方的部位，由于環(huán)形管幕具有底部支撐，管幕結(jié)構(gòu)上方和兩側(cè)的壓力可傳遞到管幕結(jié)構(gòu)的底部進(jìn)行消散，相當(dāng)于在現(xiàn)有技術(shù)上增大了受力面積，降低了壓強(qiáng)。

如圖1～2所示，本實(shí)施例的管幕結(jié)構(gòu)包括多根沿隧道軸線方向布設(shè)的鋼管1，鋼管1的施工可以使用盾構(gòu)法或是頂進(jìn)法進(jìn)行，多根鋼管1沿隧道的圓周方向間隔布置圍繞在隧道限界外側(cè)形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，相鄰鋼管1之間通過鋼板2連接形成封閉的環(huán)形預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的鋼管1內(nèi)徑滿足人員進(jìn)入其內(nèi)部切割、澆筑鋼筋混凝土工作的空間要求。

相鄰鋼管1之間設(shè)置有兩片鋼板2，兩片鋼板2沿隧道的徑向方向平行間隔布置，鋼板2本身沿隧道的圓周方向布設(shè)，鋼板2的兩端分別焊接在相鄰的兩根鋼管1外壁。本實(shí)施例的鋼板2安裝是先從鋼管1的內(nèi)部進(jìn)行開槽，通過切割的方式在鋼管1的側(cè)壁開設(shè)安裝槽7，然后將鋼板2的兩端分別焊接在安裝槽7沿隧道徑向方向的兩側(cè)管壁上，通過鋼板2連接將所有的鋼管1連接成為整體結(jié)構(gòu)，兩塊鋼板2之間的空間與鋼管1內(nèi)部空間連通形成環(huán)形的連通空腔6。

本實(shí)施例在鋼板2之間設(shè)置有立柱3，立柱3為沿隧道徑向方向布設(shè)的用于支撐鋼板2的桿狀結(jié)構(gòu)，立柱3的兩端分別焊接在相鄰的兩塊鋼板2上。通過立柱3支撐鋼板2，能夠增強(qiáng)鋼板2在沿隧道徑向方向的受壓強(qiáng)度，避免了在壓力過大的情況下，兩塊鋼板2被擠壞。

本實(shí)施例在相鄰鋼管1之間設(shè)置連續(xù)的鋼板2，鋼板2沿隧道的軸向方向連續(xù)布置，因此，本實(shí)施例的管幕結(jié)構(gòu)在隧道軸向方向上只有一個(gè)連通空腔6，通過在連通空腔6內(nèi)灌注混凝土5形成圍繞在隧道限界外側(cè)的鋼筋混凝土管幕結(jié)構(gòu)。

另外，連通空腔6內(nèi)穿設(shè)有多根沿隧道軸向方向間隔布置的環(huán)形鋼筋4，環(huán)形鋼筋4沿隧道的圓周方向穿過所有的鋼管1將其連接為整體結(jié)構(gòu)。環(huán)形鋼筋4通過安裝槽7穿過所有的鋼管1和相鄰鋼管1之間的兩塊鋼板2之間，環(huán)形鋼筋4澆筑在混凝土5內(nèi)形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)置能夠增強(qiáng)整個(gè)管幕結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。立柱3也澆筑在混凝土5內(nèi)。

本實(shí)施例的鋼板2沿隧道的軸向方向貫穿整個(gè)施工區(qū)域，也可以沿隧道的軸向間隔布置多塊鋼板2，鋼板2間隔布置，實(shí)際上，連續(xù)滿鋪鋼板2的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好。

本實(shí)施例通過在連通空腔6內(nèi)澆筑混凝土5形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有利于對整個(gè)隧道施工的保護(hù)，避免了二次襯砌的進(jìn)行，極大程度的節(jié)省了成本。

本實(shí)施例的管幕結(jié)構(gòu)施工方法包括以下步驟：

1、在待開挖的隧道限界外側(cè)，沿隧道軸向方向插打鋼管1，先插打施工隧道限界底部的鋼管1，再插打施工隧道限界兩側(cè)的鋼管1，最后插打施工隧道限界頂部的鋼管1，依該順序間隔施作鋼管1直至形成圍繞在隧道限界外側(cè)的環(huán)形結(jié)構(gòu)，

2、從鋼管1內(nèi)部在鋼管1側(cè)壁開設(shè)安裝槽7，在安裝槽7中插入兩塊鋼板2，先施工位于隧道限界下方鋼管1之間的鋼板2，其次施工隧道限界兩側(cè)鋼管1之間的鋼板2，最后施工隧道限界頂部鋼管1之間的鋼板2，按照該順序依次施工鋼板2，將鋼板2的兩端分別焊接在相鄰的兩根鋼管1上，兩塊鋼板2沿隧道徑向間隔分布，鋼板2與鋼管1形成封閉的環(huán)形連通空腔6，

3、施工人員進(jìn)入到鋼管1內(nèi)，開挖相鄰鋼管1之間的兩塊鋼板2之間的土體，在兩塊鋼板2之間焊接立柱3，使立柱3沿隧道的徑向方向支撐鋼板2，

4、在連通空腔6內(nèi)沿隧道的圓周方向架設(shè)環(huán)形鋼筋4，將鋼筋4焊接在鋼管1的內(nèi)壁上，

5、向連通空腔6內(nèi)澆筑混凝土，混凝土流入鋼管1內(nèi)和鋼板2之間與鋼筋4、立柱3形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，

6待混凝土養(yǎng)護(hù)完成后，完成隧道預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。