專利名稱：四線大跨臺(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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(gè)多山的國家，尤其是西南山區(qū)地形、地質(zhì)條件極為復(fù)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(zhǎng)的50%以上，部分段落隧道比重達(dá) 90%以上，由于由地形、運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)鐵路前期設(shè)計(jì)工作正在開展，由于受曲線半徑大、地形地質(zhì)條件復(fù)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(diǎn)，對(duì)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(fēng)化極為嚴(yán)重，強(qiáng)度低，穩(wěn)定性差，采用傳統(tǒng)的支護(hù)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(dǎo)致襯砌開裂、失穩(wěn)，造成坍塌事故。因此，為了確保施工和運(yùn)營安全，必須優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)型式，改善支護(hù)受力性態(tài)，有效提高支護(hù)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(hù)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種四線大跨臺(tái)基復(fù)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(dǎo)致襯砌開裂甚至發(fā)生塌方事件，以確保隧道施工和運(yùn)營的穩(wěn)定及安全性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明的四線大跨臺(tái)基復(fù)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(hù)結(jié)構(gòu)、初期支護(hù)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(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及仰拱；所述超前支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部超前支護(hù)結(jié)構(gòu)、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)；所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)； 拱部初期支護(hù)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(tái)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(hù)是由徑向間隔布設(shè)的外層大管棚、內(nèi)層大管棚復(fù)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。本發(fā)明的有益效果是，將兩側(cè)臺(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，作為拱部初期支護(hù)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(hù)下沉變形的問題；拱部圍巖豎向荷載通過拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)由臺(tái)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(hù)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(duì)地表的影響；


本說明書包括如下一幅附圖圖1是本發(fā)明四線大跨臺(tái)基復(fù)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(duì)應(yīng)標(biāo)記拱部超前支護(hù)結(jié)構(gòu)11、內(nèi)層大管棚11a、 外層大管棚lib、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)12、拱部初期支護(hù)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(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)22、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁噴射混凝土層22a、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁型鋼鋼架22b、臺(tái)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(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32、仰拱33。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的四線大跨臺(tái)基復(fù)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(hù)結(jié)構(gòu)、初期支護(hù)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(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32，以及仰拱33。所述超前支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部超前支護(hù)結(jié)構(gòu)11、 臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)12。參照?qǐng)D1，所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)21、 臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)22。拱部初期支護(hù)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(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32的上端，即以兩側(cè)臺(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為拱部支護(hù)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(hù)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(hù)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?qǐng)D1，拱部超前支護(hù)是由徑向間隔布設(shè)的外層大管棚lib、內(nèi)層大管棚Ila復(fù)合構(gòu)成，即拱部采用雙層大管棚超前支護(hù)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(duì)地表的影響。根據(jù)地形地質(zhì)情況，拱部超前支護(hù)也可采用單層大管棚或中管棚。參照?qǐng)D1，所述拱部初期支護(hù)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?qǐng)D1，所述臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)22包括覆蓋臺(tái)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(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)22還包括沿臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁面梅花形布置的系統(tǒng)錨桿22c。所述臺(tái)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?qǐng)D1，所述臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)12由在臺(tái)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(dǎo)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(hào)隧道為實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。烏蒙山二號(hào)隧道全長(zhǎng)12^K)m，為六沾鐵路最長(zhǎng)隧道，受扒挪塊車站地形限制和運(yùn)營管理需要，扒挪塊車站伸入烏蒙山二號(hào)隧道出口段，形成四線車站隧道，長(zhǎng)538m。 最大開挖跨度達(dá)觀.42m，最大開挖面積為354. 30m2。洞口段地層主要為泥巖，地表層風(fēng)化， 土體松散。洞口段具體支護(hù)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(hù)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(tái)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(jìn)行隧道掘進(jìn)施工。2、根據(jù)本發(fā)明四線大跨臺(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造的特點(diǎn)，工法上必須先施工兩側(cè)導(dǎo)洞以澆筑兩側(cè)臺(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32，以臺(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32作為拱部荷載的承載體，因此對(duì)于臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)12和初期支護(hù)結(jié)構(gòu)22參數(shù)僅需根據(jù)圍巖情況及兩側(cè)導(dǎo)洞開挖尺寸來確定。本工程中，臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)12采用中管棚，鋼管直徑75mm，壁厚 4. 5mm ；臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)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I20a型鋼鋼架22b加強(qiáng)支護(hù)， 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(zhǎng)5m。3、拱部初期支護(hù)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(cè)300拱部型鋼鋼架21b加強(qiáng)支護(hù)，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(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)32采用C35砼。采用本發(fā)明四線大跨臺(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造，在施工中保證了拱部支護(hù)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發(fā)明四線大跨臺(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造的一些原理，并非是要將本發(fā)明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，均屬于本發(fā)明所申請(qǐng)的專利范圍。
權(quán)利要求
1.四線大跨臺(tái)基復(fù)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(hù)結(jié)構(gòu)、初期支護(hù)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(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(32)及仰拱；所述超前支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部超前支護(hù)結(jié)構(gòu)(11)、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)(12)；所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)(21)、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)02)；拱部初期支護(hù)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(tái)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(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述拱部超前支護(hù)是由徑向間隔布設(shè)的外層大管棚(lib)、內(nèi)層大管棚(Ila)復(fù)合構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的四線大跨臺(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述拱部超前支護(hù)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(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述拱部初期支護(hù)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(tái)基復(fù)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(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)02)包括覆蓋臺(tái)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(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)02)還包括沿還包括沿臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁面梅花形布置的系統(tǒng)錨桿 (22c)。
8.如權(quán)利要求6所述的四線大跨臺(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁噴射混凝土層0 )內(nèi)加設(shè)鋼筋網(wǎng)。
9.如權(quán)利要求1所述的四線大跨臺(tái)基復(fù)合拱形隧道襯砌構(gòu)造，其特征是所述臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)(12)由在噴射混凝土層(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(dǎo)管構(gòu)成。
全文摘要
四線大跨臺(tái)基復(fù)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(dǎo)致襯砌開裂甚至發(fā)生塌方事件，以確保隧道施工和運(yùn)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(hù)結(jié)構(gòu)、初期支護(hù)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(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(32)及仰拱；所述超前支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部超前支護(hù)結(jié)構(gòu)(11)、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁超前支護(hù)結(jié)構(gòu)(12)；所述初期支護(hù)結(jié)構(gòu)包括拱部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)(21)、臺(tái)座基礎(chǔ)側(cè)壁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)(22)；拱部初期支護(hù)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(tái)座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(32)的上端。
文檔編號(hào)E21D11/10GK102213099SQ201110132990
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)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(yáng) 申請(qǐng)人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司