一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構及其施工方法
【專利摘要】一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構及其施工方法，該結構受力明確，施工方便，可有效解決復雜地質條件下超大跨度隧道拱腳位移不易控制導致拱部結構沉降過大引起襯砌開裂的問題，以確保隧道施工和運營的穩定及安全性。包括由內而外設置的超前支護結構、初期支護結構和二次襯砌結構。拱部初期支護結構、拱部二次襯砌結構的左側拱腳支承于左側托梁上且與之連接，右側拱腳則支承于右側托梁上且與之連接；左側托梁、右側托梁下分別沿隧道延伸方向間隔設置左側樁基、右側樁基，左側樁基、右側樁基的上端分別與左側托梁、右側托梁固結，下端則位于地基穩定巖土層內。
【專利說明】
一種超大跨度樁基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構及其施工方法
技術領域
[0001]本發明涉及隧道開挖支護，特別涉及一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構及其施工方法，適用于超大跨度隧道，尤其適用于復雜地質條件下上覆荷載大、地層沉降控制較為嚴格的超大跨度隧道。
【背景技術】
[0002]進入二十一世紀后我國鐵路建設高速發展，隨著西南山區高速鐵路的快速和大規模修建，由于受曲線半徑大、地形地質條件復雜、環保要求高等多種因素的制約，鐵路沿線部分地段設站條件極為困難。因此，為提高艱險山區修建高速鐵路選線、設站的自由度，使得山區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愈多。
[0003]目前，鐵路單、雙線隧道及公路隧道其開挖的基本方法有主要有:全斷面法、臺階法、上下導坑法、上導坑法、中隔壁法、交叉中隔壁法及雙側壁導坑法等。而采用上述施工方法，均是施作初期支護后施作二次襯砌，最后形成曲墻帶仰拱(底板)的復合襯砌結構。但對于跨度達到20?35m甚至更大跨度的隧道，尤其當圍巖地層較為軟弱破碎時，若采用上述開挖施工方法及襯砌結構形式非常困難。由于開挖跨度大，圍巖荷載較普通雙線隧道大的多，采用傳統的襯砌結構和開挖方式，開挖后拱腳下沉大，拱頂變形不宜控制，甚至導致襯砌開裂、失穩，造成坍塌事故。施工安全、工期進度均不能得到有效保證。因此，對超大跨度隧道，為了保證確保施工安全，提高施工質量，必須采用合理襯砌結構及開挖施工方法。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供了一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構，該結構受力明確，施工方便，可有效解決復雜地質條件下超大跨度隧道拱腳位移不易控制導致拱部結構沉降過大引起襯砌開裂的問題，以確保隧道施工和運營的穩定及安全性。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下:
[0006]本發明的一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構，包括由內而外設置的超前支護結構、初期支護結構和二次襯砌結構，其特征是:所述二次襯砌結構包括拱部二次襯砌結構和仰部二次襯砌結構，所述初期支護結構包括拱部初期支護結構、左側邊墻初期支護結構、右側邊墻初期支護結構和仰拱初期支護結構;拱部初期支護結構、拱部二次襯砌結構的左側拱腳支承于左側托梁上且與之連接，右側拱腳則支承于右側托梁上且與之連接;左側托梁、右側托梁下分別沿隧道延伸方向間隔設置左側粧基、右側粧基，左側粧基、右側粧基的上端分別與左側托梁、右側托梁固結，下端則位于地基穩定巖土層內。
[0007]在上述技術方案中，所述拱部二次襯砌結構、左側邊墻初期支護結構和右側邊墻初期支護結構靠隧道側設置防排水系統，防排水系統外設置拱墻鋪裝層。
[0008]本發明所要解決的另一技術問題提供一種上述超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構的施工方法，該方法包括如下步驟:
[0009]①開挖拱部左側導洞，開挖后立即施作相應的拱部左側初期支護和拱部左側臨時支護，并施工沿隧道縱向間隔布設的左側粧基，于粧頂澆筑左側托梁；
[0010]②沿隧道縱向滯后拱部左側導洞掌子面一定距離開挖拱部右側導洞，開挖后立即施作相應的拱部右側初期支護和拱部右側臨時支護，并施工沿隧道縱向間隔布設的右側粧基，于粧頂澆筑右側托梁；
[0011]③開挖拱部核心土上臺階，開挖后立即施作相應的拱部中間初期支護；
[0012]④灌筑拱部二次襯砌結構；
[0013]⑤開挖拱部核心土下臺階，并拆除相應的拱部左側臨時支護和拱部右側臨時支護；
[0014]⑥分臺階開挖下部核心土一部、下部核心土二部和下部核心土三部，待下部核心土三部開挖后施作仰拱初期支護結構；
[0015]⑦施作仰拱二次襯砌結構；
[0016]⑧待仰拱二次襯砌結構砼初凝后灌筑仰拱填充層至設計高度并修建中心水溝；
[0017]⑨鋪設防排水系統后一次性模筑拱墻鋪裝層；
[0018]⑩施工側溝及電纜溝槽等附屬工程。
[0019]重復上述步驟①?⑩若干次，直至隧道該工法設計段落全長開挖完工。
[0020]本發明具有如下有益效果:
[0021]1、首先施作拱部兩側小導洞，于導洞內施作業兩側粧基托梁，將粧基托梁作為拱部初期支護結構和拱部二次襯砌結構的承載基礎，有效地解決了超大跨度隧道施工中拱部支護易下沉變形的問題。
[0022]2、與傳統施工方法相比，在拱部二次施作前不需拆除拱部臨時豎撐，待二襯達到設計強度后，再拆除拱部臨時豎撐，消除傳統施工方法拆除撐前后支護結構受力轉換可能造成的塌方風險，同時突破了傳統軟巖隧道施工中拆撐步長、跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性。
[0023]3、拱部圍巖豎向荷載通過拱部支護結構由粧基托梁結構傳至基底圍巖，仰拱不承受由拱墻結構傳來的圍巖豎向荷載，因此仰拱曲率半徑可根據基底圍巖情況盡量放大，甚至采用底板結構，可以大大減小開挖工程量。
【附圖說明】
[0024]本說明書包括如下十五幅附圖:
[0025]圖1為本發明一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構示意圖。
[0026]圖2是圖1中A局部的放大圖。
[0027]圖3為本發明一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌的施工方法的施工工序正面不意圖O
[0028]圖4?圖12為本發明一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌施工方法的施工步驟分解示意圖。
[0029]圖中示構件、部位名稱及所對應的標記:拱部左側導洞I，拱部右側導洞2，拱部核心土上臺階3a，拱部核心土下臺階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;左側粧基5a，右側粧基5b，左側托梁6a，右側托梁6b，拱部二次襯砌結構7、拱墻鋪裝層8、仰拱二次襯砌結構9、仰拱填充層10;拱部初期支護結構20，拱部左側初期支護20a、拱部右側初期支護20b、拱部中間初期支護20c;拱部噴射混凝土層201，拱部左側噴射混凝土層201a、拱部右側噴射混凝土層201b、拱部中間噴射混凝土層201c;拱部鋼架202，拱部左側鋼架202a、拱部右側鋼架202b、拱部中間鋼架202c;拱部系統錨桿203，拱部左側系統錨桿203a、拱部右側系統錨桿203b、拱部中間系統錨桿203c;邊墻初期支護21，左側邊墻初期支護結構21 a、右側邊墻初期支護結構21 b;邊墻噴射混凝土層211，左側邊墻噴射混凝土層21 la、右側邊墻噴射混凝土層21 Ib ；邊墻系統錨桿212，左側邊墻系統錨桿212a、右側邊墻系統錨桿212b;仰拱初期支護結構22;拱部左側臨時支護40a，拱部右側臨時支護40b，臨時噴射混凝土 401a、401b，臨時鋼架402a、402b ；防排水系統50。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
[0031]參照圖1，本發明的一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構，包括由內而外設置的超前支護結構、初期支護結構和二次襯砌結構。所述二次襯砌結構包括拱部二次襯砌結構7和仰部二次襯砌結構9，所述初期支護結構包括拱部初期支護結構20、左側邊墻初期支護結構21a、右側邊墻初期支護結構21b和仰拱初期支護結構22;拱部初期支護結構20、拱部二次襯砌結構7的左側拱腳支承于左側托梁6a上且與之連接，右側拱腳則支承于右側托梁6b上且與之連接;左側托梁6a、右側托梁6b下分別沿隧道延伸方向間隔設置左側粧基5a、右側粧基5b，左側粧基5a、右側粧基5b的上端分別與左側托梁6a、右側托梁6b固結，下端則位于地基穩定巖土層內。
[0032]拱部初期支護結構20、二次襯砌結構不用落底，直接支撐在下部粧基托梁結構上，拱部圍巖豎向荷載通過拱部支護結構由粧基托梁結構傳至基底圍巖，仰拱不承受由拱墻結構傳來的圍巖豎向荷載，因此仰拱曲率半徑可根據基底圍巖情況盡量放大，甚至采用底板結構，可以大大減小開挖工程量。而左側邊墻初期支護結構21a、右側邊墻初期支護結構21b僅是用于封閉并穩定托梁與粧基間的圍巖，左側邊墻初期支護結構21a、右側邊墻初期支護結構21b與拱部初期支護結構20不相連接，也沒有受力上的聯系，這一點與現有隧道結構中的全環初期支護結構不同。
[0033]參照圖1和圖2，所述拱部二次襯砌結構7、左側邊墻初期支護結構21a和右側邊墻初期支護結構21b外設置防排水系統50，防排水系統50外設置三次襯砌結構8，仰部二次襯砌結構9以上設置仰拱填充層10。
[0034]參照圖2，所述拱部初期支護結構20包括覆蓋拱部圍巖的拱部噴射混凝土層201和沿隧道開挖方向間隔布設且埋設于拱部噴射混凝土層201內的拱部鋼架202，以及沿拱部梅花形布置的系統錨桿203。相鄰兩榀拱部鋼架202間由環向間隔設置的縱向連接筋連接;所述拱部噴射混凝土層201內加設鋼筋網。
[0035]參照圖3，所述左側邊墻初期支護結構21a包括覆蓋相鄰兩左側粧基5a之間的邊墻圍巖的左側邊墻噴射混凝土層211a，以及沿左側邊墻面梅花形布置的左側邊墻系統錨桿212a。所述右側邊墻初期支護結構21b包括覆蓋相鄰兩右側粧基5b之間的邊墻圍巖的右側邊墻噴射混凝土層211b，以及沿右側邊墻面梅花形布置的右側邊墻系統錨桿212b。所述左側邊墻噴射混凝土層211a及右側邊墻噴射混凝土層211b內加設環向鋼筋網。
[0036]參照圖3至圖12，本發明的一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構的施工方法，包括如下步驟:
[0037]①開挖左側拱部導洞I，開挖后立即施作相應的左側拱部初期支護20a和左側拱部臨時支護40a，并施工沿隧道縱向間隔布設的左側粧基5a，于粧頂澆筑左側托梁6a;
[0038]②沿隧道縱向滯后左側拱部導洞I掌子面一定距離開挖右側拱部導洞2，開挖后立即施作相應的右側拱部初期支護20b和右側拱部臨時支護40b，并施工沿隧道縱向間隔布設的右側粧基5b，于粧頂饒筑右側托梁6b ；
[0039]③開挖拱部核心土上臺階3a，開挖后立即施作相應的中間拱部初期支護20c;
[0040]④灌筑拱部二次襯砌結構7;
[0041]⑤開挖拱部核心土下臺階3b，并拆除相應的左側拱部臨時支護40a和右側拱部臨時支護40b;
[0042]⑥分臺階開挖下部核心土一部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開挖后施作仰拱初期支護結構22;
[0043]⑦施作仰部二次襯砌結構9;
[0044]⑧待仰部二次襯砌結構9砼初凝后灌筑仰拱填充層10至設計高度并修建中心水溝；
[0045]⑨鋪設防排水系統50后一次性模筑三次襯砌結構8;
[0046]⑩施工側溝及電纜溝槽等附屬工程。
[0047]重復上述步驟①?⑩若干次，直至隧道該工法設計段落全長開挖完工。
[0048]首先施作拱部兩側小導洞，于導洞內施作業兩側粧基托梁，將粧基托梁作為拱部初期支護結構和拱部二次襯砌結構的承載基礎，有效地解決了超大跨度隧道施工中拱部支護易下沉變形的問題。與傳統施工方法相比，在拱部二次施作前不需拆除拱部臨時豎撐，待二襯達到設計強度后，再拆除拱部臨時豎撐，消除傳統施工方法拆除撐前后支護結構受力轉換可能造成的塌方風險，同時突破了傳統軟巖隧道施工中拆撐步長、跳拆等限制，提高拆撐安全度及靈活性。
【主權項】
1.一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構，包括由內而外設置的超前支護結構、初期支護結構和二次襯砌結構，其特征是:所述二次襯砌結構包括拱部二次襯砌結構(7)和仰部二次襯砌結構(9)，所述初期支護結構包括拱部初期支護結構(20)、左側邊墻初期支護結構(21a)、右側邊墻初期支護結構(21b)和仰拱初期支護結構(22);拱部初期支護結構(20)、拱部二次襯砌結構(7)的左側拱腳支承于左側托梁(6a)上且與之連接，右側拱腳則支承于右側托梁(6b)上且與之連接;左側托梁(6a)、右側托梁(6b)下分別沿隧道延伸方向間隔設置左側粧基(5a)、右側粧基(5b)，左側粧基(5a)、右側粧基(5b)的上端分別與左側托梁(6a)、右側托梁(6b)固結，下端則位于地基穩定巖土層內。2.如權利要求1所述一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構，其特征是:所述拱部二次襯砌結構(7)、左側邊墻初期支護結構(21a)和右側邊墻初期支護結構(21b)靠隧道側設置防排水系統(50)，防排水系統(50)外設置拱墻鋪裝層(8)。3.如權利要求2所述一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構，其特征是:所述拱部初期支護結構(20)包括覆蓋拱部圍巖的拱部噴射混凝土層(201)和沿隧道開挖方向間隔布設且埋設于拱部噴射混凝土層(201)內的拱部鋼架(202)，以及沿拱部梅花形布置的拱部系統錨桿(203)。相鄰兩榀拱部鋼架(202)間由環向間隔設置的縱向連接筋連接;所述拱部噴射混凝土層(201)內加設鋼筋網。4.如權利要求2所述一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構，其特征是:所述左側邊墻初期支護結構(2 Ia)包括覆蓋相鄰兩左側粧基(5a)之間的邊墻圍巖的左側邊墻噴射混凝土層(211a)，以及沿左側邊墻面梅花形布置的左側邊墻系統錨桿(212a);所述右側邊墻初期支護結構(21b)包括覆蓋相鄰兩右側粧基(5b)之間的邊墻圍巖的右側邊墻噴射混凝土層(211b)，以及沿右側邊墻面梅花形布置的右側邊墻系統錨桿(212b)。所述左側邊墻噴射混凝土層(211a)及右側邊墻噴射混凝土層(211b)內加設環向鋼筋網。5.如權利要求1至4任意一項所述一種超大跨度粧基托梁承載拱形隧道復合襯砌結構的施工方法，包括如下步驟: ①開挖拱部左側導洞(I)，開挖后立即施作相應的拱部左側初期支護(20a)和拱部左側臨時支護(40a)，并施工沿隧道縱向間隔布設的左側粧基(5a)，于粧頂澆筑左側托梁(6a); ②沿隧道縱向滯后左側拱部導洞(I)掌子面一定距離開挖拱部右側導洞(2)，開挖后立即施作相應的拱部右側初期支護(20b)和拱部右側臨時支護(40b)，并施工沿隧道縱向間隔布設的右側粧基(5b)，于粧頂澆筑右側托梁(6b); ③開挖拱部核心土上臺階(3a)，開挖后立即施作相應的拱部中間初期支護(20c); ④灌筑拱部二次襯砌結構(7); ⑤開挖拱部核心土下臺階(3b)，并拆除相應的拱部左側臨時支護(40a)和拱部右側臨時支護(40b); ⑥分臺階開挖下部核心土一部(4a)、下部核心土二部(4b)和下部核心土三部(4c)，待下部核心土三部(4c)開挖后施作仰拱初期支護結構(22); ⑦施作仰拱二次襯砌結構(9); ⑧待仰拱二次襯砌結構(9)砼初凝后灌筑仰拱填充層(10)至設計高度，并修建中心水溝； ⑨鋪設防排水系統(50)后一次性模筑拱墻鋪裝層(8);⑩施工側溝及電纜溝槽等附屬工程。重復上述步驟①?⑩若干次，直至隧道該工法設計段落全長開挖完工。
【文檔編號】E21D11/00GK106050262SQ201610573815
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月20日
【發明人】卿偉宸, 朱勇, 林本濤, 高楊, 陶偉明, 鄭偉, 黃華, 張慧琳, 張磊, 王若晨, 鄭尚峰, 曾琦, 曾宏飛, 孟祥磊
【申請人】中鐵二院工程集團有限責任公司