一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及隧道支護結(jié)構(gòu)，尤其是一種用于淺埋偏壓隧道的新型錯桿支護結(jié) 構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 淺埋偏壓隧道是指由于地形、地質(zhì)構(gòu)造、施工等種種原因引起的圍巖壓力明顯不 對稱性，支護結(jié)構(gòu)承受偏壓荷載的埋深較淺的隧道。由于作用在支護結(jié)構(gòu)上的荷載呈不對 稱分布，從而使得支護結(jié)構(gòu)受力極不均衡，在隧道施工過程中極易出現(xiàn)巧塌、冒頂、地表塌 陷等工程災(zāi)害。
[0003] 目前國內(nèi)外對于淺埋偏壓隧道初期支護方法還停留在同一錯桿支護參數(shù)的對稱 設(shè)計方法，在分析初期支護結(jié)構(gòu)時，明顯地忽略了淺埋偏壓隧道圍巖壓力的非對稱性特點。 支護施工時，一般會出現(xiàn)因錯桿設(shè)置過長而造成的施工不便、材料浪費等后果，其支護方法 不能完全發(fā)揮錯固支護體系的支護效果。
[0004] 因此，針對上述問題，本實用新型提出了一種用于淺埋偏壓隧道的新型錯桿支護 結(jié)構(gòu)。根據(jù)淺埋偏壓隧道圍巖壓力分布特點，設(shè)置了呈拋物線形式分布的新型錯桿支護結(jié) 構(gòu)。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于淺埋偏壓隧道的新型錯桿支護 結(jié)構(gòu)，其能有效解決淺埋偏壓地段隧道的支護問題，并保證隧道運營期間的穩(wěn)定性和安全 性。
[0006] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種用于淺埋偏壓隧道的新型 錯桿支護結(jié)構(gòu)，沿隧道環(huán)向包括頂部的拱頂（1)、底部的仰拱(2)及兩側(cè)邊墻(3)，沿隧道徑 向包括外層的初期支護(4)、內(nèi)層的二次襯擱(6) W及位于初期支護(4)和二次襯擱(6)之間 的防水層，所述初期支護(4)采用含有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的錯噴結(jié)構(gòu)構(gòu)成;所述初期支護的錯 桿形式是按照隧道圍巖壓力需求布置的，所述的錯桿長度不等，其端頭設(shè)置在圍巖塑性區(qū) 范圍W外。
[0007] 進一步的，所述初期支護的鋼拱架沿隧道環(huán)向間距不同。
[0008] 進一步的，所述初期支護的鋼拱架沿隧道縱向間隔設(shè)置。
[0009] 進一步的，所述初期支護的錯固結(jié)構(gòu)為水泥砂漿錯桿。
[0010] 進一步的，所述初期支護的仰拱，由施工超挖、二次襯擱封閉構(gòu)成的間隙內(nèi)設(shè)置有 回填層。作為一種優(yōu)選，所述回填層采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝±結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
[0011] 本實用新型的有益效果是:本實用新型一種用于淺埋偏壓隧道的新型錯桿支護結(jié) 構(gòu)，通過改變錯桿的布置形式，改善了支護結(jié)構(gòu)受力狀態(tài);在實際施工過程中，降低了錯桿 的長度，易于桐內(nèi)施工;在工程投資方面，與傳統(tǒng)的錯桿支護方法相比，鋼筋材料得到有效 利用，投資的成本有較大的降低。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實用新型支護結(jié)構(gòu)的隧道圍巖壓力計算簡圖。
[0013] 圖2是本實用新型支護結(jié)構(gòu)的橫斷面設(shè)計圖。
[0014]其中：1-拱頂；2-仰拱；3-邊墻;4-初期支護；5-防水層;6-二次襯擱；7-系 統(tǒng)錯桿;8-鎖腳錯桿;9-回填層。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本實用新型的結(jié)構(gòu)及其施工方法做進一步的說 明。
[0016] 本實用新型用于淺埋偏壓隧道的支護結(jié)構(gòu)，如圖1所示，本實例中坡角為23%隧道 拱頂埋深27m。支護結(jié)構(gòu)在整個隧道縱向上實施，但應(yīng)根據(jù)隧道圍巖壓力的不同對錯桿長度 進行適當(dāng)調(diào)整。如圖2所示，支護結(jié)構(gòu)中，錯桿錯固段端頭連線呈拋物線形式，兩側(cè)拱腳各布 置一根鎖腳錯索，在初期支護后圍巖變形達到一定的穩(wěn)定程度后，鋪設(shè)防水層并施作二次 襯擱，完成整個支護過程。本實例中的施工過程包括如下步驟：
[0017] 步驟一，錯桿長度的量化。
[0018] (1)偏壓隧道襯擱圍巖壓力計算
[0019] 1)偏壓隧道豎向壓力計算
[0020] 根據(jù)規(guī)范要求，假定偏壓分布圖形與地面坡一致，則隧道的豎向圍巖壓力 留如下式
[0021] 式中：h、敵一內(nèi)、外側(cè)由拱頂水平至地面的高度(m);B-隧道跨度圍巖重 度化N/m3);舟一頂板±柱兩偵峰擦角0，根據(jù)規(guī)范規(guī)定取值0.5稱；、龍一內(nèi)、外側(cè)的側(cè)壓 力系數(shù)，由下式計算：
[0026] 式中：h、化一地面坡坡角(。）；化一圍巖計算摩擦角(。）；擇、齊一內(nèi)、外側(cè)產(chǎn)生最 大推力時的破裂角(°)。
[0027] 2)偏壓隧道側(cè)向壓力計算
[002引內(nèi)偵^:町三姆1
[0029] 外側(cè)
[0030] 式中：為扭一內(nèi)、外側(cè)任意一點至地面的距離(m)。
[0031] (2)利用同濟曙光公路隧道設(shè)計與分析軟件計算分析得到淺埋偏壓隧道的豎向壓 力與側(cè)向壓力。通過豎向壓力與側(cè)向壓力矢量疊加，獲得垂直于桐周的圍巖壓力。最大圍巖 壓力的位置在靠近山體一側(cè)與豎直方向45°角附近，通過此時的圍巖壓力確定圍巖塑性區(qū) 半徑，取L=1.5R作為最大圍巖壓力處的錯桿長度。
[0032]
[0033] 式中：R-圍巖體塑性區(qū)半徑；布一隧道開挖半徑；凱一初始地應(yīng)力；與一支護對 圍巖的支護力;C-黏聚力;心一內(nèi)摩擦角。
[0034] 步驟二，錯桿施作。
[0035] 所述的系統(tǒng)錯桿為的無縱筋螺紋鋼錯桿。
[0036] 所述的系統(tǒng)錯桿，W隧道中屯、線為基準(zhǔn)，在靠近山體(壓力較大)一側(cè)密度稍大，環(huán) 向間距布置為0.8m;在遠離山體(壓力較?。┮粋?cè)密度較小，錯桿環(huán)向布置間距為1.2m。沿隧 道軸線方向布置間距為1.2m。
[0037] 所述的系統(tǒng)錯桿，其長度均是利用各布設(shè)點的圍巖壓力值，通過公式計算確定，當(dāng) 系統(tǒng)錯桿計算值小于3. Om時，取3. Om。
[0038] 所述的系統(tǒng)錯桿，在施工時每根錯桿用一塊CK2550和一塊K2570錯固劑。
[0039] 同樣，所述的鎖腳錯索，在遠離山體(壓力較?。┮粋?cè)，采用Φ 17.8mmX 5200mm錯 索;靠近山體(壓力較大)一側(cè)，采用Φ 19.8mm X 7200mm錯索。
[0040] 所述的鎖腳錯索，其布置方向與水平方向呈30°夾角。
[0041] 所述的鎖腳錯索，在施工時，用一塊CK2550和兩塊K2570錯固劑進行錯固。
[0042] 所述的錯固劑在鉆孔達到預(yù)定深度后，用高壓風(fēng)將孔內(nèi)水和粉塵吹干凈，并用錯 桿(索)邊旋轉(zhuǎn)邊攬拌輕輕推入鉆孔底部。
[0043] 所述攬拌過程，應(yīng)按照錯固劑型號和廠商規(guī)定的時間進行，攬拌完成后，立即安裝 錯桿(索)托板、墊圈，并通過梓緊螺母，對錯桿(索)施加一定的錯固力。
[0044] 所述的錯桿，托盤要壓緊壓實，外露螺帽長度30-80mm，錯固力大于等于80kN。
[0045] 所述的鎖腳錯索的外露長度為240mm，錯固力大于等于lOOkN。
[0046] 所述的錯桿(索)托盤是規(guī)格為240mmX240mmX 12mm的碟形托盤。
[0047] 隧道開挖后，清除掌子面危巖，按照上述要求，沿隧道桐周布設(shè)錯桿安裝位置(首 先確定最長錯桿的位置），用鉆機沿隧道徑向鉆孔，鉆孔誤差+l〇〇mm，依次安裝系統(tǒng)錯桿及 鎖腳錯索。
[004引步驟Ξ，錯噴支護施作。
[0049]錯桿(索)施作完畢后，對隧道桐周掛鋼筋網(wǎng)，并與錯桿、錯索焊牢，鋼筋網(wǎng)要貼近 壁面，采用潮噴法噴射混凝±。
[(K)加]所述的噴射混凝±，標(biāo)號為C25。
[0051] 所述鋼筋網(wǎng)噴射混凝±，采用雙層網(wǎng)掛設(shè)，其中的鋼筋網(wǎng)為Φ6的鋼筋編織而成， 規(guī)格為1760mmX 1160mm，網(wǎng)格為150mmX 150mm，網(wǎng)與網(wǎng)之間搭接長度為兩個網(wǎng)格，連網(wǎng)時要 梓緊梓牢，避免出現(xiàn)松動現(xiàn)象。
[0052] 所述的混凝±噴網(wǎng)的施作順序為"先墻后拱，先下后上"，初噴混凝±終凝W后進 行復(fù)噴2~3次，噴層厚度20~25cm。
[0053] 所述的混凝±噴網(wǎng)，施工前，要測量開挖斷面，對噴射混凝±表面凹凸顯著部位分 層噴射找平，將外露的錯桿頭齊根切除，并用水泥砂漿抹平，確保噴漿后混凝±均勻，無露 網(wǎng)、露筋現(xiàn)象。
[0054] 所述的隧道拱底噴網(wǎng)支護，應(yīng)在錯噴網(wǎng)及鋼支架施作后，再鋪鋼筋網(wǎng)噴漿回填支 護。
[0055] 所述的鋼拱架為HW175型鋼拱架，間距為0.8m，梳與梳之間用22mm的鋼筋連接，連 接筋間距為0.8m，連接筋在鋼拱架。
[0056] 步驟四，二次襯擱施作。
[0057] 當(dāng)圍巖變形呈收斂趨勢時，在初期支護表面鋪設(shè)防水層，并在初期支護變形穩(wěn)定 后，根據(jù)實際的斷面輪廓施作二次襯擱，完成該段隧道支護結(jié)構(gòu)的施工。
[005引所述的二次襯擱結(jié)構(gòu)，宜采用模筑鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)，連接圓順的等厚度襯擱斷面， 仰拱厚度與拱墻厚度相同，厚度為45cm。
[0059]綜上所述，本實用新型用于淺埋偏壓隧道的新型錯桿支護結(jié)構(gòu)，通過初期支護的 作用，使得對圍巖的支護先柔后剛、先放后抗，實現(xiàn)對圍巖變形的主動適應(yīng)，并通過初期支 護和二次襯擱構(gòu)成的強支撐實現(xiàn)對圍巖的永久支護，因此，能夠有效解決淺埋偏壓隧道的 支護問題，施工周期短，安全可靠，能夠保證隧道施工及運營期間的穩(wěn)定性和安全性。
【主權(quán)項】
1. 一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)，沿隧道環(huán)向包括頂部的拱頂（1)、兩側(cè) 的邊墻(3)及底部的仰拱(2)，沿隧道徑向包括外層的初期支護(4)、內(nèi)層的二次襯砌(6)及 初支與二襯間的防水層(5)，所述初期支護結(jié)構(gòu)(4)由含有雙層鋼筋網(wǎng)和弧形布置的錨噴支 護結(jié)構(gòu)構(gòu)成;其特征在于： 所述的初期支護結(jié)構(gòu)中錨噴支護結(jié)構(gòu)的錨桿長度根據(jù)圍巖壓力大小呈拋物線形式布 置，靠近山體壓力大一側(cè)，錨桿密度適當(dāng)增大;遠離山體壓力較小一側(cè)，錨桿密度相對較??； 拱腳兩側(cè)各布置一根鎖腳錨桿。2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 山體處于淺埋偏壓狀態(tài)。3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)，其特征在于:其初 期支護錨桿環(huán)向布置間距不同，壓力較大一側(cè)間距相對較小，壓力小一側(cè)間距較大。4. 如權(quán)利要求1所述的一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 初期支護結(jié)構(gòu)(4)沿隧道縱向間隔設(shè)置。5. 如權(quán)利要求1所述的一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 初期支護(4)的錨固結(jié)構(gòu)包括非對稱布置的系統(tǒng)錨桿(7)和底部預(yù)應(yīng)力鎖腳錨桿(8)。6. 如權(quán)利要求1所述的一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 初期支護(4)由拱頂（1)、兩側(cè)邊墻(3)及底部仰拱(2)構(gòu)成;在仰拱處由回填層(9)及二次襯 砌結(jié)構(gòu)(6)構(gòu)成。7. 如權(quán)利要求6所述的一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 回填層(9)采用掛設(shè)鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本實用新型涉及隧道支護結(jié)構(gòu)，提供了用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護結(jié)構(gòu)，類似于傳統(tǒng)的支護結(jié)構(gòu)，沿隧道徑向依次為初期支護、防水層及二次襯砌。初期支護采用含有鋼拱架和鋼筋網(wǎng)的錨噴支護結(jié)構(gòu)構(gòu)成，根據(jù)圍巖壓力大小分布不同，錨桿長度布置形式有所區(qū)別，隧道錨桿錨固段端頭連線大致呈拋物線形分布，兩側(cè)拱腳處各布置一根鎖腳錨索；初期支護和二次襯砌之間設(shè)有防水層；二次襯砌采用含有鋼筋混凝土的剛性結(jié)構(gòu)。通過新型錨桿初期支護及二次襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)成了強大的支撐體系，實現(xiàn)對淺埋偏壓隧道圍巖的永久支護，在有效解決淺埋偏壓隧道的支護問題的基礎(chǔ)上，降低了施工難度，節(jié)約了工程成本。
【IPC分類】E21D11/00, E21D20/00, E21D21/00
【公開號】CN205117376
【申請?zhí)枴緾N201520880664
【發(fā)明人】王國斌, 劉毅學(xué), 陳軍, 沈峰, 肜增湘
【申請人】湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院, 湖北省交通投資集團有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月8日