一種適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于隧道及地下工程技術領域，具體涉及一種適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，包括沿隧道徑向由外向內依次設置的超前支護、初期支護和裝配式襯砌；所述初期支護包括沿隧道縱向間隔設置的若干鋼管混凝土拱架，相鄰鋼管混凝土拱架之間立模板澆注模筑混凝土；所述鋼管混凝土拱架由可調預應力鋼管灌注早強混凝土形成；本實用新型能夠有效解決當前城市淺埋隧道施工過程中普遍存在的地表沉降過大、變形難以控制、滲漏水、襯砌開裂等問題，從而保證隧道附近地表建筑物、沿線管道以及道路交通不受地下工程施工的影響。
【專利說明】
一種適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構
技術領域
[0001]本實用新型屬于隧道及地下工程技術領域，具體涉及一種適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構及其施工方法。
【背景技術】
[0002]隨著城市建設的快速發展，各種淺埋暗挖工程越來越多，如城市地鐵、大型管網等。現有的淺埋暗挖工法是在新奧法的基礎上改進提出的，采用錨噴支護作為初期支護，由于噴射混凝土噴層厚度有限、最大厚度不宜超過35cm且噴射過程中回彈量較大;普通的型鋼拱架屬于被動支撐，只能承受圍巖的松弛荷載而不能主動承載并且拱架施工過程中螺栓連接困難或者根本無法栓連造成拱架錯位，而格柵鋼架由于剛度較小不能單獨承載;防水板容易被噴射混凝土凹凸不平的表面以及二襯混凝土中的鋼筋刺破等等。以上這些缺點導致淺埋隧道在施工過程中出現了一系列問題，如:圍巖松弛引起地表沉降過大、初期支護剛度不足圍巖壓力傳遞至二次襯砌導致襯砌開裂、滲漏水等。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的缺陷和不足，本實用新型的目的在于提供一種適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構及其施工方法，能夠有效解決當前城市淺埋隧道施工過程中普遍存在的地表沉降過大、變形難以控制、滲漏水、襯砌開裂等問題，從而保證隧道附近地表建筑物、沿線管道以及道路交通不受地下工程施工的影響。
[0004]為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0005]—種適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，包括:沿隧道徑向由外向內依次設置的超前支護、初期支護和裝配式襯砌;所述初期支護包括沿隧道縱向間隔設置的若干鋼管混凝土拱架，相鄰鋼管混凝土拱架之間立模板澆注模筑混凝土;所述鋼管混凝土拱架由內部為空心的可調預應力鋼管灌注早強混凝土形成。
[0006]進一步的，所述可調預應力鋼管包括拱部鋼管和多段下部鋼管，拱部鋼管兩端與下部鋼管之間設置有預調節，各段下部鋼管之間通過套管連接。
[0007]進一步的，所述預調節包括呈上下結構設置的帶有若干上鋼筋的上連接板和帶有若干下鋼筋的下連接板，所述上鋼筋分別與下鋼筋連接固定。
[0008]進一步的，拱部鋼管采用帶翼緣的薄壁矩形鋼管，拱部鋼管翼緣預留錨桿孔施作拱部預應力錨桿;下部鋼管采用不帶翼緣的薄壁矩形鋼管，拱腳位置的矩形鋼管預留錨桿孔施作鎖腳銷桿。
[0009]進一步的，所述超前支護采用沿隧道拱部輪廓線設置超前大管棚注漿預加固圍巖；超前大管棚在隧道掌子面處拱頂120°范圍內沿隧道周向施作，所述注漿漿液采用水泥一水玻璃雙液漿。
[0010]進一步的，所述裝配式襯砌采用錯縫拼接的預制鋼筋混凝土管片，預制鋼筋混凝土管片之間通過螺栓連接拼裝。
[0011]進一步的，所述預制鋼筋混凝土管片之間接縫位置采用彈性橡膠密封墊密封防水。
[0012]進一步的，所述預調節包括呈上下結構設置的帶有若干上鋼筋的上連接板和帶有若干下鋼筋的下連接板;施加預調節的步驟為:用千斤頂頂住上連接板和下連接板，然后操作千斤頂改變上、下連接板的距離，調節好后將上鋼筋和下鋼筋焊接，撤走千斤頂。
[0013]與現有技術相比，本實用新型具有以下有益的技術效果:通過鋼管混凝土拱架主動承擔荷載，利用可調預應力鋼管能有效防止圍巖松弛，嚴格控制地表沉降；用模筑混凝土替代噴射混凝土解決了噴射混凝土噴層厚度有限、初期支護剛度不足的問題;通過采用裝配式襯砌，能夠有效解決施工階段以及后期運營過程中滲漏水的問題。
[0014]進一步的，通過設置預調節，給拱部鋼管施加預應力，使鋼管主動承擔荷載，防止圍巖松弛，嚴格控制地表沉降。
[0015]進一步的，通過設置預制鋼筋混凝土管片之間接縫位置采用彈性橡膠密封墊密封防水，取消專門的防水層，防水效果可靠，可有效解決隧道滲漏水問題;管片工廠化預制，質量可靠，施工進度快，造價低。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的隧道支護結構縱斷面示意圖。
[0017]圖2是本實用新型的隧道支護結構1-1剖視圖。
[0018]圖3是本實用新型的隧道支護結構Π-Π剖視圖。
[0019]圖4是預調節示意圖。
[0020]圖5是鋼管截面示意圖，(a)是拱部鋼管截面，(b)是拱部以下鋼管截面。
[0021 ]圖6是本實用新型的隧道施工方法橫斷面示意圖。
[0022]圖7是本實用新型的隧道施工方法縱斷面示意圖。
[0023]其中:I為超前大管棚；2為可調預應力鋼管，201為矩形鋼管，202為鋼管翼緣;3為套管;4為預調節，401為上連接板，402為下連接板，403為千斤頂，404為上鋼筋，405為下鋼筋；5為灌注混凝土，6為預應力錨桿，7為鎖腳錨桿，8為模筑混凝土，9為預制鋼筋混凝土管片；1為彈性橡膠密封墊。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述。
[0025]參見圖1-3，本實用新型提供的適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，包括沿隧道徑向由外向內依次設置的超前支護、初期支護和裝配式襯砌;所述初期支護包括沿隧道縱向間隔設置的若干鋼管混凝土拱架，相鄰鋼管混凝土拱架之間澆注模筑混凝土 8;所述鋼管混凝土拱架由空心結構的可調預應力鋼管灌注早強混凝土形成，空心鋼管質量輕，施工方便，灌注混凝土后形成的鋼管混凝土結構結合了鋼管強度高、延展性好和混凝土抗壓強度高的優點，組合結構具有較高的承載力。可調預應力鋼管2包括拱部鋼管和多段下部鋼管，拱部鋼管兩端與下部鋼管之間設置有預調節4，各段下部鋼管之間通過套管3連接，套管連接施工方便、簡單。參見圖5，拱部鋼管采用帶翼緣202的薄壁矩形鋼管201，拱部鋼管翼緣202預留錨桿孔施作拱部預應力錨桿6，拱部帶翼緣鋼管封閉開挖裸露的圍巖表面，預應力錨桿進一步錨固鋼管、加固拱部圍巖，提高圍巖承載能力；下部鋼管采用不帶翼緣的薄壁矩形鋼管，拱腳位置的矩形鋼管預留錨桿孔施作鎖腳錨桿7，鎖腳錨桿將拱腳鋼管錨固于圍巖中，防止下臺階開挖過程中拱部整體下沉。
[0026]參見圖4，所述預調節4包括呈上下結構設置的帶有若干上鋼筋404的上連接板401和帶有若干下鋼筋405的下連接板402，所述上鋼筋404分別與下鋼筋405連接固定。通過預調節給拱部鋼管施加預應力，使鋼管主動承擔荷載，防止圍巖松弛，嚴格控制地表沉降。
[0027]超前支護采用沿隧道拱部輪廓線設置超前大管棚I注漿預加固掌子面前方圍巖，提高圍巖自承能力;超前大管棚I在隧道掌子面處拱頂120°范圍內沿隧道周向施作，所述注漿漿液采用水泥一水玻璃雙液漿，雙液漿具有較高的結石率和較快的凝結速度，超前支護后可快速開挖，加快施工進度。
[0028]所述裝配式襯砌采用錯縫拼接的預制鋼筋混凝土管片9，預制鋼筋混凝土管片可工廠化批量生產，質量可靠，預制鋼筋混凝土管片9之間通過螺栓連接拼裝。所述預制鋼筋混凝土管片9之間接縫位置采用彈性橡膠密封墊密封防水，防水效果好，取消專門的防水層。
[0029]參見圖6、7，本實用新型提供的新型支護結構的施工方法，將開挖斷面分成上、下臺階，上、下臺階錯臺開挖，前后距離控制在3-5m，上臺階開挖預留核心土，下臺階左、右兩側交錯開挖，具體包括以下步驟:
[0030]I)沿隧道拱部120°范圍開挖輪廓線，施作超前大管棚I，并注水泥-水玻璃雙液漿預加固圍巖，形成超前支護；
[0031]2)在超前大管棚I支護的保護下進行上臺階I的開挖并預留核心土Π，核心土可有效減小掌子面前方的超前變形，上臺階I部每次開挖進尺為I倍帶翼緣鋼管寬度，即可調預應力鋼管2的間距;施作可調預應力鋼管2:架設上臺階I拱部的可調預應力鋼管2，在拱部的可調預應力鋼管2兩端安裝預調節4施加預應力，預調節4包括呈上下結構設置的帶有若干上鋼筋404的上連接板401和帶有若干下鋼筋405的下連接板402;施加預調節4的步驟為:用千斤頂403頂住上連接板401和下連接板402，然后操作千斤頂403改變上、下連接板的距離，調節好后將上鋼筋404和下鋼筋405焊接，撤走千斤頂403;通過在拱部鋼管翼緣202上預留錨桿孔安裝預應力錨桿6，預應力錨桿可進一步錨固拱部鋼管、加固拱部圍巖，提高圍巖承載能力;通過在拱腳處鋼管預留錨桿孔安裝鎖腳錨桿7，將拱腳鋼管錨固于圍巖中，防止下臺階開挖過程中拱部整體下沉；向可調預應力鋼管2內灌注早強混凝土5形成鋼管混凝土拱架，鋼管混凝土結構具有較大的塑性變形能力和較高的承載力;在可調預應力鋼管2之間掛模板澆注早強混凝土形成模筑混凝土 8;
[0032]3)開挖中部核心土 Π;
[0033]4)開挖下臺階左側m，每次開挖進尺控制在I?2倍可調預應力鋼管2間距，然后施做下臺階左側m部分的可調預應力鋼管2，并與上臺階I部分的可調預應力鋼管2通過套管3連接;通過可調預應力鋼管2上預留注漿孔灌注早強混凝土 5，可調預應力鋼管2之間掛模板澆注早強混凝土，形成模筑混凝土 8;
[0034]5)開挖下臺階右側IV，施工步驟同下臺階左側m;
[0035]6)待模筑混凝土8達到設計強度80%以上可拆除模板，緊跟施作裝配式襯砌:拼裝預制鋼筋混凝土管片9，相鄰預制鋼筋混凝土管片9接縫位置錯縫連接，接縫位置預先粘貼彈性橡膠密封墊;預制鋼筋混凝土管片9之間通過螺栓連接。
【主權項】
1.一種適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，其特征在于，包括沿隧道徑向由外向內依次設置的超前支護、初期支護和裝配式襯砌;所述初期支護包括沿隧道縱向間隔設置的若干鋼管混凝土拱架，相鄰鋼管混凝土拱架之間立模板澆注模筑混凝土 (8);所述鋼管混凝土拱架由內部為空心的可調預應力鋼管(2)灌注早強混凝土 (5)形成。2.根據權利要求1所述的適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，其特征在于，所述可調預應力鋼管(2)包括拱部鋼管和多段下部鋼管，拱部鋼管兩端與下部鋼管之間設置有預調節(4)，各段下部鋼管之間通過套管(3)連接。3.根據權利要求2所述的適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，其特征在于，所述預調節(4)包括呈上下結構設置的帶有若干上鋼筋(404)的上連接板(401)和帶有若干下鋼筋(405)的下連接板(402)，所述上鋼筋(404)分別與下鋼筋(405)連接固定。4.根據權利要求2所述的適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，其特征在于，拱部鋼管采用帶翼緣(202)的薄壁矩形鋼管(201)，拱部鋼管翼緣(202)預留錨桿孔施作拱部預應力錨桿(6);下部鋼管采用不帶翼緣的薄壁矩形鋼管(201)，拱腳位置的矩形鋼管(201)預留錨桿孔施作鎖腳錨桿(7)。5.根據權利要求1所述的適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，其特征在于，所述超前支護采用沿隧道拱部輪廓線設置超前大管棚(I)注漿預加固圍巖;超前大管棚(I)在隧道掌子面處拱頂120°范圍內沿隧道周向施作，所述注漿漿液采用水泥一水玻璃雙液漿。6.根據權利要求1所述的適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，其特征在于，所述裝配式襯砌采用錯縫拼接的預制鋼筋混凝土管片(9)，預制鋼筋混凝土管片(9)之間通過螺栓連接拼裝。7.根據權利要求6所述的適用于城市敏感區的淺埋隧道新型支護結構，其特征在于，所述預制鋼筋混凝土管片(9)之間接縫位置采用彈性橡膠密封墊密封防水。
【文檔編號】E21D11/00GK205503146SQ201620295849
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】昝文博, 賴金星, 張玉偉, 來弘鵬, 李又云, 劉禹陽, 張夢澤, 賀思悅
【申請人】長安大學