專利名稱：淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道的初期支護(hù)構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速鐵路隧道，特別涉及淺埋下穿高速公路拱部為黃土、背景技術(shù)鄭州至西安鐵路客運(yùn)專線，線路全長(zhǎng)458.8km,是我國(guó)在黃土地區(qū)新 建的運(yùn)營(yíng)速度為350km/h的第一條鐵路客運(yùn)專線。全線隧道共計(jì)38座， 總長(zhǎng)約77km,其中黃土隧道占隧道總長(zhǎng)50km。該客運(yùn)專線隧道內(nèi)鋪設(shè) 無砟軌道，要求隧道內(nèi)線路有高度的平順性，工后沉降要求不大于15mm, 不同結(jié)構(gòu)物間的差異沉降不應(yīng)大于5mm,沉降控制標(biāo)準(zhǔn)高，必須采用有 效的襯砌結(jié)構(gòu)，避免因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)期間基底受擾動(dòng)后產(chǎn)生較大的工后沉降。在 隧道下穿高速公路的情況下，更要通過初期支護(hù)構(gòu)造有效地控制隧道施工 的沉降值和地表沉降值，以確保隧道穿越高速公路的安全性，并使工程造 價(jià)控制在合理的范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的初期支護(hù)構(gòu)造是以單層大管棚(O108mm)作為超前支護(hù)結(jié)構(gòu) 層，以全環(huán)噴射混凝土作為外襯(C25砼、厚35cm),外襯內(nèi)設(shè)全環(huán)型鋼 鋼架加強(qiáng)支護(hù)，鋼架間距通常為0.5m—榀。其不足之處是淺埋黃土隧道 施工的沉降值較大、地表沉降較難控制，而且只適用于上下地層均勻單一 的隧道中，對(duì)于隧道穿越拱部為黃土、拱部以下為巖層的不均勻地層的情 況則針對(duì)性不強(qiáng)，表現(xiàn)為拱部黃土地層加固措施不強(qiáng)，隧道下半部分堅(jiān)硬 巖層的支護(hù)強(qiáng)度又偏強(qiáng)。以鄭州至西安鐵路客運(yùn)專線黃龍村隧道為例，該 隧道覆蓋層11 ~ 18m，采用弧形導(dǎo)坑法開挖，小導(dǎo)管超前支護(hù)及單層鋼架 加強(qiáng)支護(hù)，施工過程中地表出現(xiàn)兩條平行于隧道中線的縱向裂縫和掌子面 前方一條橫向裂縫，縫寬3 20mm，裂縫長(zhǎng)20 25m,路面變形較大， 對(duì)公路的安全運(yùn)營(yíng)構(gòu)成影響。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種淺埋下穿高速公路不均勻地 層超大斷面隧道的初期支護(hù)構(gòu)造，可有效地控制隧道施工的沉降和地表沉 降，以確保隧道施工和公路運(yùn)營(yíng)的安全性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明淺埋下穿高速 公路不均勻地層超大斷面隧道初期支護(hù)構(gòu)造，包括超前支護(hù)結(jié)構(gòu)和初期支 護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征是所述超前支護(hù)結(jié)構(gòu)是由徑向間隔布設(shè)的外大管棚、內(nèi) 大管棚復(fù)合構(gòu)成；所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是由通過噴射混凝土形成的拱部外支 護(hù)層、全環(huán)內(nèi)支護(hù)層復(fù)合構(gòu)成，并在其邊墻段布設(shè)邊墻系統(tǒng)錨桿。本發(fā)明的有益效果是，采用雙層大管棚超前支護(hù)可增大管棚剛度， 減小管棚間距，避免管間土體剝落，有效地減小開挖變形對(duì)地表的影 響；通過邊墻系統(tǒng)錨桿改善初期支護(hù)受力和增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性，拱部外支 護(hù)層、全環(huán)內(nèi)支護(hù)層復(fù)合構(gòu)成隧道外襯，增強(qiáng)了初期支護(hù)剛度和抵抗變形 的能力；有效地解決了大斷面黃土隧道施工的技術(shù)難題，可將隧道施工的 沉降值和地表沉降值控制30mm內(nèi)，并確保隧道施工和公路運(yùn)營(yíng)的安全性。


本說明書包括如下 一幅附圖護(hù)構(gòu)造的斷面圖。圖中示出構(gòu)件、部位名稱及所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記外大管棚11、內(nèi)大管棚 12、邊墻系統(tǒng)錨桿20、拱部外支護(hù)層21、鎖腳錨桿21a、全環(huán)內(nèi)支護(hù)層22。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。參照?qǐng)Dl，本發(fā)明淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道的初期 支護(hù)構(gòu)造，包括超前支護(hù)結(jié)構(gòu)和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。所述超前支護(hù)結(jié)構(gòu)是由徑 向間隔布設(shè)的外大管棚11、內(nèi)大管棚12復(fù)合構(gòu)成，釆用雙層大管棚超前 支護(hù)可增大管棚剛度，減小管棚間距，避免管間土體剝落，有效地減小 開挖變形對(duì)地表的影響。所述外襯的邊墻段外的土體內(nèi)布設(shè)邊墻系統(tǒng)錨桿20,所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是由通過噴射混凝土形成的拱部外支護(hù)層21、全環(huán) 內(nèi)支護(hù)層22復(fù)合構(gòu)成，以增強(qiáng)初期支護(hù)剛度和抵抗變形的能力，并在其 邊墻段布設(shè)邊墻系統(tǒng)錨桿20,以改善初期支護(hù)受力和增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性。 本發(fā)明可有效地將隧道施工的沉降值和地表沉降值控制30mm內(nèi)，并確保 隧道施工和/>^各運(yùn)營(yíng)的安全性。為有效地控制黃土圍巖的變形和增強(qiáng)初期支護(hù)的穩(wěn)定性，所述拱部外 支護(hù)層21內(nèi)縱向間隔設(shè)置鋼架加強(qiáng)支護(hù)，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設(shè)置 縱向連接鋼筋；拱部外支護(hù)層21在其拱腳部橫向加寬，并設(shè)置鎖腳錨桿21a 將鋼架錨固在圍巖上。由于加寬的拱腳部增大了拱腳受力面積，鋼架、鎖 腳錨桿21a的設(shè)置提高了拱腳承的載力，因此能更為有效地控制拱部初期 支護(hù)下沉。所述全環(huán)內(nèi)支護(hù)層22內(nèi)縱向間隔設(shè)置全環(huán)格柵鋼架加強(qiáng)支護(hù)， 相鄰兩全環(huán)檔4冊(cè)鋼架間環(huán)向間隔設(shè)置縱向連"t姿鋼筋。下面以鄭州至西安客運(yùn)專線觀音堂隧道為實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。 觀音堂隧道全長(zhǎng)1978m,為客運(yùn)專線雙線隧道，其中DK208 + 440 DK208 + 600共160m下穿連云港至霍爾果斯高速公^各觀音堂至三門峽 段，最大開挖斷面180m2，最大開挖跨度16.14m,隧道與高速公路夾角 約27° ,隧道覆蓋層厚度為ll~13.06m。下穿段地質(zhì)情況為上伏弱至中 等膨脹黏質(zhì)黃土，穿越輝石安山巖夾砂巖、泥巖、灰?guī)r全風(fēng)化至弱風(fēng)化帶 層，節(jié)理發(fā)育，地下水發(fā)育，巖體破碎。觀音堂隧道初期支護(hù)構(gòu)造及具體參數(shù)如下1. 拱部設(shè)置由外大管棚11、內(nèi)大管棚12構(gòu)成的超前支護(hù)結(jié)構(gòu)，鋼管 管徑①159,壁厚均為8mm，管棚中對(duì)中間距40cm，管棚外插角控制在1° 范圍內(nèi)，每環(huán)管棚施工完成后方可進(jìn)行隧道掘進(jìn)施工。2. 拱部外支護(hù)層21內(nèi)縱向間隔設(shè)置I25a型鋼鋼架加強(qiáng)支護(hù)，鋼架間 距0.5m—榀，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設(shè)置①22縱向連接鋼筋，縱向連 接鋼筋環(huán)向間距1.0m。其拱腳部橫向加寬80cm,每榀鋼架兩側(cè)大拱腳處 各設(shè)4根①22鎖腳錨桿21 a將鋼架錨固在圍巖上，鎖腳錨桿21 a每根長(zhǎng) 4. 0m。噴射混凝土外層21采用C25砼，厚度為35cm,內(nèi)設(shè)①8鋼筋網(wǎng)。3. 全環(huán)內(nèi)支護(hù)層22內(nèi)縱向間隔設(shè)置全環(huán)格柵鋼架加強(qiáng)支護(hù)，格柵鋼架間距1 .Om —榀，相鄰兩全環(huán)格柵鋼架通過連接鋼筋連接，連接鋼筋采 用等邊三角形布置。第二全環(huán)噴射混凝土層22采用C25砼，厚度為25cm。4.邊墻段布設(shè)邊墻系統(tǒng)錨桿20,采用砂漿錨桿，其長(zhǎng)度為4mm,間 距1.5xl.5m,呈梅花型布設(shè)。觀音堂隧道采用三臺(tái)階分部開挖法，于2008年11月IO日順利貫 通，成功地穿越了淺埋、交通繁忙的連霍高速公路，施工中未發(fā)生安 全、質(zhì)量事故，隧道下沉(最大12mm)和地表下沉(最大8mm)均滿足 設(shè)計(jì)最大30mm的指標(biāo)要求，同時(shí)建設(shè)工期提前50天。有效地解決了大 斷面黃土隧道施工的技術(shù)難題，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，在未 來類似工程中具有很好的應(yīng)用前景。以上所述只是用圖解說明本發(fā)明淺埋下穿高速公路不均勻地層超大 斷面隧道的初期支護(hù)構(gòu)造的一些原理，并非是要將本發(fā)明局限在所示和所 述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等 同物，均屬于本發(fā)明所申請(qǐng)的專利范圍。
權(quán)利要求
1.淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道初期支護(hù)構(gòu)造，包括超前支護(hù)結(jié)構(gòu)和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征是所述超前支護(hù)結(jié)構(gòu)是由徑向間隔布設(shè)的外大管棚(11)、內(nèi)大管棚(12)復(fù)合構(gòu)成；所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是由通過噴射混凝土形成的拱部外支護(hù)層(21)、全環(huán)內(nèi)支護(hù)層(22)復(fù)合構(gòu)成，并在其邊墻段布設(shè)邊墻系統(tǒng)錨桿(20)。
2. 如權(quán)利要求1所述淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道初 期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述拱部外支護(hù)層(21)內(nèi)縱向間隔設(shè)置鋼架加 強(qiáng)支護(hù)，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設(shè)置縱向連接鋼筋。
3. 如權(quán)利要求2所述淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道初 期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述拱部外支護(hù)層(21 )在其拱腳部橫向加寬， 并設(shè)置鎖腳錨桿(21a)將鋼架錨固在圍巖上。
4. 如權(quán)利要求2或3所述淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧 道初期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述拱部外支護(hù)層(21 )采用C25砼，厚 度為35cm;所述鋼架采用125a型鋼鋼架。
5. 如權(quán)利要求1所述淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道初 期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述全環(huán)內(nèi)支護(hù)層(22)內(nèi)縱向間隔設(shè)置全環(huán)格 柵鋼架加強(qiáng)支護(hù)，相鄰兩全環(huán)格柵鋼架通過連接鋼筋連接，連接鋼筋采用 等邊三角形布置。
6. 如權(quán)利要求5所述淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道初 期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述全環(huán)內(nèi)支護(hù)層(22)采用C25砼，厚度為25cm。
7. 如權(quán)利要求1所述淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道初 期支護(hù)構(gòu)造，其特征是所述邊墻系統(tǒng)錨桿(20)采用砂漿錨桿，其長(zhǎng)度 為4mm,間距1.5xl.5m,呈梅花型布設(shè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道初期支護(hù)構(gòu)造，旨在可有效地控制隧道施工的沉降和地表沉降。它包括超前支護(hù)結(jié)構(gòu)和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述超前支護(hù)結(jié)構(gòu)是由徑向間隔布設(shè)的外大管棚(11)、內(nèi)大管棚(12)復(fù)合構(gòu)成；所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是由通過噴射混凝土形成的拱部外支護(hù)層(21)、全環(huán)內(nèi)支護(hù)層(22)復(fù)合構(gòu)成，并在其邊墻段布設(shè)邊墻系統(tǒng)錨桿(20)。本發(fā)明的有益效果是，能有效地減小開挖變形對(duì)地表的影響，改善初期支護(hù)受力和增強(qiáng)土體的穩(wěn)定性，有效地解決了大斷面黃土隧道施工的技術(shù)難題，可將隧道施工的沉降值和地表沉降值控制30mm內(nèi)，并確保隧道施工和公路運(yùn)營(yíng)的安全性。
文檔編號(hào)E21D21/00GK101592032SQ20091005981
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者渝 喻, 楊建民, 趙萬強(qiáng), 陳赤坤, 陶偉明, 揚(yáng) 高, 棋 黃 申請(qǐng)人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司