專利名稱：四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鐵路隧道襯砌構(gòu)造，特別涉及一種軟巖地層淺埋段四線大跨隧道襯砌構(gòu)造。
背景技術(shù)：
我國是一個多山的國家，尤其是西南山區(qū)地形、地質(zhì)條件極為復雜，橋隧比重大， 在建及擬建的大部分鐵路線路中，隧道比重占線路總長的50%以上，部分段落隧道比重達 90%以上，由于由地形、運能等限制，大量車站布置需伸入隧道內(nèi)。近年來隨著路網(wǎng)建設(shè)向山區(qū)發(fā)展，西南地區(qū)以滬昆客專、云桂、成蘭等為代表的高標準鐵路前期設(shè)計工作正在開展，由于受曲線半徑大、地形地質(zhì)條件復雜、環(huán)保要求高等多種因素的制約，鐵路沿線部分地段設(shè)站條件極為困難，諸如四線大跨車站隧道不可避免。在隧道修建過程中，隧道洞口淺埋段歷來就是施工的難點，對于四線大跨隧道，由于跨度大、埋深淺、圍巖荷載大，且洞口淺埋段山體表層巖石大都風化極為嚴重，強度低，穩(wěn)定性差，采用傳統(tǒng)的支護結(jié)構(gòu)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(wěn)，造成坍塌事故。因此，為了確保施工和運營安全，必須優(yōu)化支護結(jié)構(gòu)型式，改善支護受力性態(tài)，有效提高支護結(jié)構(gòu)的整體承載能力，以便有效控制超淺埋段四線大跨隧道拱頂沉降，避免支護開裂甚至塌方發(fā)生。隧道襯砌結(jié)構(gòu)作為隧道工程的永久受力結(jié)構(gòu)，因此必須做到安全、可靠。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，可有效控制四線大跨隧道拱頂沉降，避免因拱腳下沉、拱頂變形導致襯砌開裂甚至發(fā)生塌方事件，以確保隧道施工和運營的穩(wěn)定及安全性。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下本實用新型的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，包括由內(nèi)而外設(shè)置的超前支護結(jié)構(gòu)、初期支護結(jié)構(gòu)和二次襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是所述二次襯砌結(jié)構(gòu)包括拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)、隧道兩側(cè)的臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及仰拱；所述超前支護結(jié)構(gòu)包括拱部超前支護結(jié)構(gòu)、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護結(jié)構(gòu)；所述初期支護結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護結(jié)構(gòu)、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)；拱部初期支護結(jié)構(gòu)和拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)的下端分別支承于隧道兩側(cè)臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的上端。在上述技術(shù)方案中，所述拱部超前支護是由徑向間隔布設(shè)的外層大管棚、內(nèi)層大管棚復合構(gòu)成，或者根據(jù)地形地質(zhì)情況采用單層大管棚或中管棚。本實用新型的有益效果是，將兩側(cè)臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，作為拱部初期支護結(jié)構(gòu)和拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)的承載基礎(chǔ)，有效地解決了四線大跨隧道施工中拱部支護下沉變形的問題; 拱部圍巖豎向荷載通過拱部支護結(jié)構(gòu)由臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)傳至基底；與一般單、雙線鐵路襯砌不同，仰拱不承受由拱墻結(jié)構(gòu)傳來的圍巖豎向荷載，因此仰拱曲率半徑可根據(jù)基底圍巖情況盡量放大，甚至采用底板結(jié)構(gòu)，可以大大減小開挖工程量；拱部采用雙層大管棚超前支護可增大管棚剛度，防止軟弱圍巖下沉、松弛和坍塌，從而有效減小開挖變形對地表的影響；

本說明書包括如下一幅附圖圖1是本實用新型四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造的斷面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中示出構(gòu)件、部位名稱及所對應(yīng)標記拱部超前支護結(jié)構(gòu)11、內(nèi)層大管棚11a、 外層大管棚lib、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護結(jié)構(gòu)12、拱部初期支護結(jié)構(gòu)21、拱部噴射混凝土層 21a、拱部型鋼鋼架21b、拱部系統(tǒng)錨桿21c、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)22、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁噴射混凝土層22a、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁型鋼鋼架22b、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁系統(tǒng)錨桿22c、鎖腳錨管22d、 拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)31、臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32、仰拱33。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。參照圖1，本實用新型的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，包括由外而內(nèi)設(shè)置的超前支護結(jié)構(gòu)、初期支護結(jié)構(gòu)和二次襯砌結(jié)構(gòu)。所述二次襯砌結(jié)構(gòu)包括拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)31、隧道兩側(cè)的臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32，以及仰拱33。所述超前支護結(jié)構(gòu)包括拱部超前支護結(jié)構(gòu)11、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護結(jié)構(gòu)12。參照圖1，所述初期支護結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護結(jié)構(gòu) 21、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)22。拱部初期支護結(jié)構(gòu)21和拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)31的下端分別支承于隧道兩側(cè)臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32的上端，即以兩側(cè)臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為拱部支護體系的承載體，解決軟巖四線大跨隧道施工中拱腳下沉、拱頂沉降不宜控制，支護結(jié)構(gòu)易變形的問題。除此之外，拱部圍巖豎向荷載通過拱部支護結(jié)構(gòu)由拱座結(jié)構(gòu)傳至基底，與一般單、雙線鐵路襯砌不同，仰拱不承受由拱墻結(jié)構(gòu)傳來的圍巖豎向荷載，因此仰拱曲率半徑可根據(jù)基底圍巖情況盡量放大，甚至采用底板結(jié)構(gòu)，可以大大減小開挖工程量。參照圖1，拱部超前支護是由徑向間隔布設(shè)的外層大管棚lib、內(nèi)層大管棚Ila復合構(gòu)成，即拱部采用雙層大管棚超前支護可增大管棚剛度，防止軟弱圍巖下沉、松弛和坍塌，從而有效減小開挖變形對地表的影響。根據(jù)地形地質(zhì)情況，拱部超前支護也可采用單層大管棚或中管棚。參照圖1，所述拱部初期支護結(jié)構(gòu)21包括覆蓋拱部圍巖的拱部噴射混凝土層21a 和沿隧道開挖方向間隔布設(shè)且埋設(shè)于拱部噴射混凝土層21a內(nèi)的拱部型鋼鋼架21b，以及沿拱部梅花形布置的系統(tǒng)錨桿21c。相鄰兩榀拱部型鋼鋼架21b間由環(huán)向間隔設(shè)置的縱向連接筋連接。所述拱部噴射混凝土層21a內(nèi)加設(shè)鋼筋網(wǎng)。參照圖1，所述臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)22包括覆蓋臺座基礎(chǔ)側(cè)壁圍巖的噴射混凝土層2 和沿隧道開挖方向間隔布設(shè)且埋設(shè)于噴射混凝土層2 內(nèi)的型鋼鋼架22b，以及設(shè)置在型鋼鋼架22b下端的鎖腳錨管22d。相鄰兩榀型鋼鋼架22b間由環(huán)向間隔設(shè)置的縱向連接筋連接。所述臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)22還包括沿臺座基礎(chǔ)側(cè)壁面梅花形布置的系統(tǒng)錨桿22c。所述臺座基礎(chǔ)側(cè)壁噴射混凝土層22a內(nèi)加設(shè)環(huán)向鋼筋網(wǎng)。參照圖1，所述臺座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護結(jié)構(gòu)12由在臺座基礎(chǔ)側(cè)壁噴射混凝土層 22a外一定范圍內(nèi)向外傾斜一定外插角環(huán)向間隔布設(shè)的中管棚或小導管構(gòu)成。下面以改建鐵路貴(陽)昆(明)線六盤水至沾益段烏蒙山二號隧道為實施例進一步說明本實用新型。烏蒙山二號隧道全長12260m，為六沾鐵路最長隧道，受扒挪塊車站地形限制和運營管理需要，扒挪塊車站伸入烏蒙山二號隧道出口段，形成四線車站隧道，長 538m。最大開挖跨度達觀.4^1，最大開挖面積為354.30m2。洞口段地層主要為泥巖，地表層風化，土體松散。洞口段具體支護參數(shù)如下1、拱部設(shè)雙層大管棚，即由內(nèi)層大管棚11a、外層大管棚lib構(gòu)成拱部超前支護結(jié)構(gòu)11。鋼管管徑108mm，壁厚均為5mm。大管棚環(huán)向設(shè)置范圍延伸至臺座基礎(chǔ)頂部。管棚外插角控制在1°范圍內(nèi)，大管棚施工完成后方可進行隧道掘進施工。2、根據(jù)本實用新型四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造的特點，工法上必須先施工兩側(cè)導洞以澆筑兩側(cè)臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32，以臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32作為拱部荷載的承載體，因此對于臺座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護結(jié)構(gòu)12和初期支護結(jié)構(gòu)22參數(shù)僅需根據(jù)圍巖情況及兩側(cè)導洞開挖尺寸來確定。本工程中，臺座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護結(jié)構(gòu)12采用中管棚，鋼管直徑75mm， 壁厚4. 5mm ；臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)22采用C25噴砼形成噴射混凝土層22a，厚度為 27cm，其內(nèi)設(shè)置Φ 8mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20cmX 20cm，縱向間隔設(shè)置120a型鋼鋼架22b加強支護，間距0. 8m—榀，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設(shè)置Φ22πιπι縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1. Om0 基底設(shè)置Φ 50mm邊墻鎖腳錨管22d，長5m。3、拱部初期支護結(jié)構(gòu)21采用C25噴砼形成拱部噴射混凝土層21a，厚度為40cm， 其內(nèi)設(shè)置Φ8πιπι鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20CmX20Cm ；縱向間隔設(shè)置冊300拱部型鋼鋼架21b加強支護，鋼架間距0. 6m 一榀，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設(shè)置Φ 22mm縱向連接鋼筋，環(huán)向間距 1. 0m。拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)31及仰拱33采用C35鋼筋混凝土 ；臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32采用C35砼。采用本實用新型四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，在施工中保證了拱部支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、有效解決軟巖四線大跨隧道施工中拱腳下沉大，拱頂沉降不宜控制等問題。確保了施工全過程處于安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài)，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。以上所述只是用圖解說明本實用新型四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造的一些原理，并非是要將本實用新型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，均屬于本實用新型所申請的專利范圍。
權(quán)利要求1.四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，包括由內(nèi)而外設(shè)置的超前支護結(jié)構(gòu)、初期支護結(jié)構(gòu)和二次襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是所述二次襯砌結(jié)構(gòu)包括拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)(31)、隧道兩側(cè)的臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(32)及仰拱；所述超前支護結(jié)構(gòu)包括拱部超前支護結(jié)構(gòu)(11)、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護結(jié)構(gòu)(12)；所述初期支護結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護結(jié)構(gòu)(21)、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)02)；拱部初期支護結(jié)構(gòu)和拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)(31)的下端分別支承于隧道兩側(cè)臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(32)的上端。
2.如權(quán)利要求1所述的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述拱部超前支護是由徑向間隔布設(shè)的外層大管棚(lib)、內(nèi)層大管棚(Ila)復合構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述拱部超前支護采用單層大管棚或中管棚。
4.如權(quán)利要求1所述的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述拱部初期支護結(jié)構(gòu)包括覆蓋拱部圍巖的拱部噴射混凝土層(21a)和沿隧道開挖方向間隔布設(shè)且埋設(shè)于拱部噴射混凝土層(21a)內(nèi)的拱部型鋼鋼架Olb)，以及沿拱部梅花形布置的拱部系統(tǒng)錨桿Olc)。
5.如權(quán)利要求4所述的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述拱部噴射混凝土層Ola)內(nèi)加設(shè)鋼筋網(wǎng)。
6.如權(quán)利要求1所述的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)02)包括覆蓋臺座基礎(chǔ)側(cè)壁圍巖的噴射混凝土層(22a)和沿隧道開挖方向間隔布設(shè)且埋設(shè)于噴射混凝土層(22a)內(nèi)的型鋼鋼架02b)，以及設(shè)置在型鋼鋼架 (22b)下端的鎖腳錨管(22d)。
7.如權(quán)利要求6所述的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)02)還包括沿臺座基礎(chǔ)側(cè)壁面梅花形布置的系統(tǒng)錨桿02c)。
8.如權(quán)利要求6所述的四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述臺座基礎(chǔ)側(cè)壁噴射混凝土層0 )內(nèi)加設(shè)鋼筋網(wǎng)。
專利摘要四線大跨臺基復合拱形隧道襯砌構(gòu)造，可有效控制四線大跨隧道拱頂沉降，避免因拱腳下沉、拱頂變形導致襯砌開裂甚至發(fā)生塌方事件，以確保隧道施工和運營的穩(wěn)定及安全性。它包括由內(nèi)而外設(shè)置的超前支護結(jié)構(gòu)、初期支護結(jié)構(gòu)和二次襯砌結(jié)構(gòu)。所述二次襯砌結(jié)構(gòu)包括拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)(31)、隧道兩側(cè)的臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(32)及仰拱；所述超前支護結(jié)構(gòu)包括拱部超前支護結(jié)構(gòu)(11)、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護結(jié)構(gòu)(12)；所述初期支護結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護結(jié)構(gòu)(21)、臺座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護結(jié)構(gòu)(22)；拱部初期支護結(jié)構(gòu)(21)和拱部二次襯砌結(jié)構(gòu)(31)的下端分別支承于隧道兩側(cè)臺座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(32)的上端。
文檔編號E21D11/18GK202090933SQ20112016494
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者卿偉宸, 鞏江峰, 張慧玲, 朱勇, 李敬, 楊昌宇, 林本濤, 甘目飛, 章慧健, 陶偉明, 高揚 申請人:中鐵二院工程集團有限責任公司