本發(fā)明屬于市政工程暗挖隧道設(shè)計(jì)與施工，具體涉及一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)及其修建方法。

背景技術(shù)：

1、市政工程暗挖隧道埋深淺、跨度大，洞身多置于軟弱的第四紀(jì)土層，修建過(guò)程中開(kāi)挖工法與支護(hù)措施選擇不當(dāng)極易誘發(fā)坍塌事故。工法設(shè)計(jì)一般遵循化大為小、化整為零、以時(shí)間換空間的開(kāi)挖理念，多采取諸如雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法、crd法、十字交叉中隔壁法等導(dǎo)坑分部開(kāi)挖法。

2、施工期間隧道內(nèi)部需設(shè)置大量的臨時(shí)減跨支撐，不再具備采用大型機(jī)械作業(yè)的操作空間，施工單位長(zhǎng)期面臨施工效率低、作業(yè)周期長(zhǎng)、工期壓力大等難題，工程效益與經(jīng)濟(jì)效益不容樂(lè)觀。

3、隧道貫通后仍需依靠空間效應(yīng)拆撐換拱作業(yè)，原有處理平衡狀態(tài)的支護(hù)體系被瞬間打破，一旦拆撐方式與順序設(shè)計(jì)不當(dāng)，圍巖應(yīng)力與支護(hù)內(nèi)力難以再次調(diào)整至平衡狀態(tài)，殘余初期支護(hù)不足以承受上覆地層荷載，同樣會(huì)誘發(fā)塌方災(zāi)害。

4、此外，少量隧道會(huì)選擇埋撐澆筑二次襯砌，雖然能規(guī)避拆撐換拱作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，但是埋撐節(jié)點(diǎn)的防水質(zhì)量與止水效果通常難以保證，隧道投入運(yùn)營(yíng)后襯砌滲漏水情況非常嚴(yán)重，運(yùn)維整改難度大、成效差、頻次高，長(zhǎng)此以往會(huì)造成受力鋼筋腐蝕、結(jié)構(gòu)耐久性降低，嚴(yán)重威脅隧道行車(chē)安全與運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定。

5、綜上所述，傳統(tǒng)的隧道開(kāi)挖方法與支護(hù)方式具有開(kāi)挖慢、支護(hù)難、支撐多、工序雜、變形大、工期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高等弊端，利用本發(fā)明所提出的索梁懸吊結(jié)構(gòu)可以有效解決上述難題，具有顯著的工程、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有隧道開(kāi)挖方法開(kāi)挖慢、支護(hù)難、支撐多、工序雜、變形大、工期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題，提出了一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)及其修建方法，本發(fā)明方法的覆地層荷載由初期支護(hù)和懸吊索梁共同承擔(dān)，隧道內(nèi)部無(wú)需設(shè)置冗余支撐減跨，即可保證支護(hù)安全與圍巖穩(wěn)定，規(guī)避后續(xù)拆撐換拱作業(yè)坍塌風(fēng)險(xiǎn)或埋撐節(jié)點(diǎn)襯砌滲漏水安全隱患，同時(shí)滿(mǎn)足洞內(nèi)大型機(jī)械無(wú)撐快速施工的目的。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)，包括初期支護(hù)和二次襯砌，所述初期支護(hù)和二次襯砌之間間隔設(shè)置有多組雙拼腰梁，隧道上方地表凹槽垂直于開(kāi)挖方向間隔設(shè)置且凹槽內(nèi)部設(shè)置有多組雙拼鋼梁，雙拼腰梁和雙拼鋼梁之間間隔設(shè)置有多組預(yù)應(yīng)力錨索，預(yù)應(yīng)力錨索自下而上依次穿過(guò)雙拼腰梁、初期支護(hù)、洞頂圍巖、雙拼鋼梁，兩端分別用配套錨具錨定，將初期支護(hù)懸吊于地面雙拼鋼梁之上。

3、優(yōu)選的，所述多組雙拼鋼梁的布置間距是洞內(nèi)初期支護(hù)內(nèi)置格柵鋼架布置間距的整數(shù)倍，兩者平面投影重合、不得錯(cuò)位。

4、優(yōu)選的，所述多組雙拼腰梁沿著隧道環(huán)向，均勻分布在隧道拱腳180°以上范圍，兩側(cè)拱腳格柵鋼架設(shè)置鎖腳錨管，每組雙拼腰梁沿平行于隧道開(kāi)挖方向連續(xù)鋪設(shè)。

5、優(yōu)選的，所述每組雙拼腰梁需密貼初期支護(hù)基面且滯后掌子面一定距離安裝。

6、優(yōu)選的，所述預(yù)應(yīng)力錨索打設(shè)位置位于在初期支護(hù)內(nèi)部的格柵鋼架與雙拼腰梁的交匯點(diǎn)位，呈矩形布置的方式。

7、優(yōu)選的，所述雙拼腰梁與雙拼鋼梁均預(yù)留可供預(yù)應(yīng)力錨索穿過(guò)的孔道。

8、本發(fā)明所要保護(hù)的另一個(gè)就是方案為：一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)的修建方法，按照以下步驟進(jìn)行：

9、s1：隧道拱部土體分塊開(kāi)挖，施作初期支護(hù)與臨時(shí)減跨支撐，打設(shè)兩側(cè)拱腳鎖腳錨管；

10、s2：滯后掌子面一定距離，密貼初期支護(hù)基面鋪設(shè)平行于開(kāi)挖方向的雙拼腰梁；

11、s3：根據(jù)設(shè)計(jì)孔位緊扣雙拼腰梁打設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索直至擊穿地表；

12、s4：在地表凹槽埋設(shè)垂直于開(kāi)挖方向的雙拼鋼梁；

13、s5：將待預(yù)應(yīng)力錨索穿過(guò)雙拼鋼梁預(yù)留孔道，張拉配套錨具并鎖定至設(shè)計(jì)值；

14、s6：拆除臨時(shí)減跨支撐，依靠初期支護(hù)與索梁懸吊結(jié)構(gòu)共同承載上覆地層荷載；

15、s7：開(kāi)挖剩余預(yù)留核心土和下臺(tái)階土體，施作相應(yīng)的初期支護(hù)，施作初期支護(hù)；

16、s8：噴混掛網(wǎng)施作雙拼腰梁高度范圍內(nèi)的肥槽回填直至基面平整；

17、s9：密貼肥槽回填基面依次鋪設(shè)防水層、綁扎鋼筋、架立模板、模筑二次襯砌；

18、s10：養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除模板，完成整個(gè)隧道襯砌的施工。

19、優(yōu)選的，所述步驟s3中，預(yù)應(yīng)力錨索穿過(guò)初期支護(hù)內(nèi)置格柵鋼架打設(shè)時(shí)，應(yīng)注意避讓格柵主筋以免對(duì)其造成損壞。

20、優(yōu)選的，所述步驟s5中預(yù)應(yīng)力錨索穿過(guò)雙拼鋼梁后由地表端張拉鎖定至設(shè)計(jì)后，回填地表凹槽至原狀地面。

21、優(yōu)選的，所述步驟s1中隧道拱部土體分塊開(kāi)挖后，會(huì)剩余預(yù)留核心土和下臺(tái)階土體，臨時(shí)減跨支撐設(shè)置在預(yù)留核心土上，預(yù)留核心土頂部基面兼做拱部高位預(yù)應(yīng)力錨索和洞內(nèi)雙拼腰梁的安裝平臺(tái)。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為。

23、1、本發(fā)明克服了傳統(tǒng)導(dǎo)坑分步開(kāi)挖法不具備采用大型機(jī)械作業(yè)空間的缺點(diǎn)，能夠顯著縮短工期、提高效率、節(jié)約投資。

24、2、本發(fā)明的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)，在運(yùn)營(yíng)期間無(wú)需面臨埋撐節(jié)點(diǎn)襯砌滲漏水的安全隱患，提高隧道服役年限和結(jié)構(gòu)耐久性，降低后期運(yùn)維成本與整改頻次。

25、3、索梁懸吊與初期支護(hù)形成聯(lián)合承載體系，將上覆地層荷載傳遞至地表彈性地基雙拼鋼梁之上，隧道內(nèi)部無(wú)需設(shè)置臨時(shí)減跨支撐，避免后期拆撐換拱作業(yè)的坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

26、4、預(yù)應(yīng)力錨索張拉鎖定會(huì)對(duì)初期支護(hù)產(chǎn)生拉力作用，減小初期支護(hù)傳遞給二次襯砌的接觸壓力，提高復(fù)合式襯砌的安全儲(chǔ)備。

27、5、本發(fā)明修建方法完全不受地質(zhì)條件約束，適合所有類(lèi)型地質(zhì)環(huán)境中修建的市政暗挖隧道。

技術(shù)特征：

1.一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)，包括初期支護(hù)(1)和二次襯砌(3)，其特征在于：所述初期支護(hù)(1)和二次襯砌(3)之間間隔設(shè)置有多組雙拼腰梁(7)，隧道上方地表凹槽垂直于開(kāi)挖方向間隔設(shè)置且凹槽內(nèi)部設(shè)置有多組雙拼鋼梁(5)，雙拼腰梁(7)和雙拼鋼梁(5)之間間隔設(shè)置有多組預(yù)應(yīng)力錨索(4)，預(yù)應(yīng)力錨索(4)自下而上依次穿過(guò)雙拼腰梁(7)、初期支護(hù)(1)、洞頂圍巖、雙拼鋼梁(5)，預(yù)應(yīng)力錨索(4)兩端分別用配套錨具(6)錨定，將初期支護(hù)(1)懸吊于地面雙拼鋼梁(5)之上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述多組雙拼鋼梁(5)的布置間距是洞內(nèi)初期支護(hù)(1)內(nèi)置格柵鋼架(9)布置間距的整數(shù)倍，兩者平面投影重合、不得錯(cuò)位。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述多組雙拼腰梁(7)沿著隧道環(huán)向均勻分布在拱腳180°以上范圍，兩側(cè)拱腳格柵鋼架(9)設(shè)置鎖腳錨管(8)，每組雙拼腰梁(7)沿平行于隧道開(kāi)挖方向連續(xù)鋪設(shè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述每組雙拼腰梁(7)需密貼初期支護(hù)(1)的基面且滯后掌子面安裝。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述預(yù)應(yīng)力錨索(4)打設(shè)位置位于初期支護(hù)(1)內(nèi)部的格柵鋼架(9)與雙拼腰梁(7)的交匯點(diǎn)位，呈矩形布置的方式。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述雙拼腰梁(7)與雙拼鋼梁(5)均預(yù)留可供預(yù)應(yīng)力錨索(4)穿過(guò)的孔道。

7.一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)的修建方法，其特征在于：按照以下步驟進(jìn)行：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)的修建方法，其特征在于：所述步驟s3中，預(yù)應(yīng)力錨索(4)穿過(guò)初期支護(hù)(1)內(nèi)置格柵鋼架(9)打設(shè)時(shí)，需避讓格柵主筋。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)的修建方法，其特征在于：所述步驟s5中預(yù)應(yīng)力錨索(4)穿過(guò)雙拼鋼梁(5)后由地表端張拉鎖定至設(shè)計(jì)后，回填地表凹槽至原狀地面。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)的修建方法，其特征在于：所述步驟s1中隧道拱部土體(10)分塊開(kāi)挖后，會(huì)剩余預(yù)留核心土(11)和下臺(tái)階土體(13)，臨時(shí)減跨支撐(12)設(shè)置在預(yù)留核心土(11)上，預(yù)留核心土(11)頂部基面兼做拱部高位預(yù)應(yīng)力錨索(4)和洞內(nèi)雙拼腰梁(7)的安裝平臺(tái)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種淺埋隧道地表洞內(nèi)索梁懸吊結(jié)構(gòu)及其修建方法，屬于市政工程暗挖隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)領(lǐng)域；采用技術(shù)方案包括嵌入地表凹槽且垂直于開(kāi)挖方向的雙拼鋼梁、密貼洞內(nèi)初期支護(hù)基面平行于開(kāi)挖方向的雙拼腰梁、緊扣雙拼腰梁將初期支護(hù)懸吊在雙拼鋼梁上的預(yù)應(yīng)力錨索及其配套錨具，上覆地層荷載由洞內(nèi)初期支護(hù)和索梁懸吊結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)，無(wú)需在隧道內(nèi)部設(shè)置冗余的減跨豎撐與水平橫撐，即可策隧道支護(hù)安全與圍巖穩(wěn)定，完全可以規(guī)避傳統(tǒng)暗挖工法拆撐換拱作業(yè)引起的坍塌風(fēng)險(xiǎn)以及埋撐節(jié)點(diǎn)襯砌滲漏水引發(fā)的行車(chē)運(yùn)營(yíng)安全隱患，且索梁懸吊結(jié)構(gòu)可以適用于各種地層，基本不受工程地質(zhì)環(huán)境制約，同時(shí)亦能滿(mǎn)足洞內(nèi)大型機(jī)械無(wú)撐快速施工的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：高鑫,衣淑麗,胡鳳菊,林紅利,梁倩,王璐,張鵬鵬,楊依偉,滕世斌,藍(lán)立杰,徐翠翠,王文濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島黃海學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9