一種雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及其隧道施工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及其隧道施工方法。支護(hù)結(jié)構(gòu)包括沿著隧道內(nèi)壁設(shè)置的拱架，其中，在拱架上固定有沿隧道深度方向以一定間距交錯設(shè)置在隧道拱腰處的無縫鋼管和鋼花管，其一端固定在拱架上且留出注漿口，另一端插進(jìn)圍巖內(nèi)，無縫鋼管內(nèi)插有鋼筋并在鋼管與鋼筋之間填充有水泥砂漿。施工方法包括：將無縫鋼管和鋼花管的一端橫向交錯插入隧道拱腰處的圍巖內(nèi)；架設(shè)拱架，無縫鋼管和鋼花管的另一端固定在拱架上；無縫鋼管內(nèi)插入鋼筋并用水泥砂漿填充密實，鋼花管內(nèi)注入水泥漿，對隧道圍巖進(jìn)行注漿；沿隧道內(nèi)壁噴射混凝土，形成隧道的初襯；澆筑二次初砌，隧道封閉成環(huán)。本發(fā)明能夠有效防止初襯開裂、圍巖變形、地表沉降等大變形。
【專利說明】一種雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及其隧道施工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隧道施工領(lǐng)域，更加具體地，涉及一種雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及其隧 道施工方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在隧道施工時，往往采用上下臺階法開挖，如圖1所示，將隧道100開挖斷面分上 下兩部分，上部為上臺階150,包括拱頂和拱腰部位，下部分為下臺階160,包括邊墻和仰拱 部分。在上臺階150處要對隧道進(jìn)行初期支護(hù)，例如在隧道內(nèi)，沿隧道的內(nèi)壁設(shè)置拱架，初 期支護(hù)受隧道圍巖、洞口偏壓、地表水下滲的影響，經(jīng)常產(chǎn)生變形扭曲的情況，從而出現(xiàn)初 襯開裂滲水，在洞口段初期支護(hù)噴射混凝土?xí)r出現(xiàn)環(huán)向裂縫、套拱拱頂位置出現(xiàn)徑向裂縫、 仰坡坡面出現(xiàn)裂縫，以及地表沉降等缺點，在富水、淺埋、軟弱圍巖的隧道中尤為明顯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題而做出，其目的在于提供一種 有效防止出現(xiàn)仰坡、套拱、洞內(nèi)初襯開裂、圍巖變形、地表沉降等大變形的雙翼挑梁初期支 護(hù)結(jié)構(gòu)及其隧道施工方法。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述支護(hù)結(jié)構(gòu)包括沿 著隧道內(nèi)壁設(shè)置的拱架，其中，在所述拱架上沿隧道深度方向固定有以一定間距交錯設(shè)置 的多個無縫鋼管和多個鋼花管，所述無縫鋼管或鋼花管設(shè)置在隧道拱腰處，一端固定在拱 架上且留出注漿口，另一端插進(jìn)圍巖內(nèi)，所述無縫鋼管內(nèi)插有鋼筋并在鋼管與鋼筋之間填 充有水泥砂漿。
[0005] 所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述無縫鋼管或鋼花管與水平方向的夾角在0° -30°范 圍內(nèi)。
[0006] 所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述無縫鋼管和鋼花管的直徑和間距根據(jù)隧道洞口的圍 巖情況確定，富水、淺埋或者軟弱的圍巖，采用較大直徑和較小的間距。
[0007] 所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述間距在0. 8m-l. 5m范圍內(nèi)。
[0008] 所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述支護(hù)結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在隧道底部的注漿花管或設(shè)置 在隧道拱頂附近的局部注漿管。
[0009] 所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述拱腰處的鋼花管的直徑大于隧道底部注漿花管或拱 頂局部注漿管的直徑。
[0010] 所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述無縫鋼管和鋼花管管焊接在所述拱架上。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面提供一種雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的隧道施工方法，所 述施工方法包括：將無縫鋼管和鋼花管的一端橫向交錯插入隧道拱腰處的圍巖內(nèi)；架設(shè)拱 架，將無縫鋼管和鋼花管的另一端固定在拱架上；將所述無縫鋼管內(nèi)插入鋼筋并用水泥砂 漿填充密實，將所述鋼花管內(nèi)注入水泥漿，對隧道圍巖進(jìn)行注漿；沿隧道內(nèi)壁噴射混凝土， 形成隧道的初襯；澆筑二次初砌，隧道封閉成環(huán)。
[0012] 所述的施工方法，其中，所述施工方法還包括在隧道底部設(shè)置注漿鋼花管，利用水 泥漿對隧道底部注漿或者在隧道拱頂附近設(shè)置局部注漿管，利用水泥漿對對隧道拱頂?shù)膰?巖進(jìn)行注漿。
[0013] 所述的施工方法，其中，所述無縫鋼管和鋼花管插入圍巖的深度在8m-15m的范圍 內(nèi)，或者嵌入穩(wěn)定圍巖段長度滿足錨固要求。
[0014] 所述的施工方法，其中，所述無縫鋼管和鋼花管設(shè)置在隧道偏壓側(cè)的數(shù)目比其在 非偏壓側(cè)的數(shù)目大，間距比其在非偏壓側(cè)的間距小。
[0015] 本發(fā)明的雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)在隧道的拱腰處交錯設(shè)置有嵌入圍巖的無縫鋼 管和鋼花管，既可利用鋼花管注水泥漿封堵裂隙水，防止地下水的下滲造成的圍巖和初砌 變形以及隧道整體下沉，又可利用無縫鋼管的釘卯作用增加巖層間的摩擦阻力，增強(qiáng)初砌 支護(hù)強(qiáng)度。利用注漿花管在隧道底部注漿提高了地基承載力，防止了隧道整體下沉。利用 局部注漿管在隧道頂部注漿，固結(jié)隧道頂部圍巖的不同巖層封堵巖層滲水。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 通過參考以下結(jié)合附圖的說明及權(quán)利要求書的內(nèi)容，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將 更加明白及易于理解。在附圖中：
[0017] 圖1示出了本發(fā)明雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)沿隧道內(nèi)壁設(shè)置的示意圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的立體示意圖；
[0019] 圖3是具有本發(fā)明雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的隧道的施工方法的流程圖。
[0020] 在所有附圖中相同的標(biāo)號指示相似或相應(yīng)的特征或功能。

【具體實施方式】
[0021] 下面將參照附圖來對本發(fā)明的各個實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022] 圖1示出了本發(fā)明雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)沿隧道內(nèi)壁設(shè)置的示意圖，如圖所示， 所述支護(hù)結(jié)構(gòu)包括沿隧道100內(nèi)壁設(shè)置的拱架110,其中，所述拱架110上設(shè)置有沿隧道深 度方向以一定間距交錯設(shè)置的無縫鋼管130和鋼花管120,所述無縫鋼管130和鋼花管120 設(shè)置在隧道100的拱腰處，一端焊接在拱架110上且留出注漿口 121，另外一端插進(jìn)隧道 100的圍巖內(nèi)，所述無縫鋼管130內(nèi)插有鋼筋并在鋼管與鋼筋之間填充有水泥砂漿，所述無 縫鋼管130和鋼花管120與水平方向的夾角在0° -30°范圍內(nèi)。所述無縫鋼管130內(nèi)插 有鋼筋并用水泥砂漿填充密實，增加了鋼管的抗剪強(qiáng)度，既加固圍巖又減少拱架變形及沉 降。所述鋼花管120的管壁上具有出漿口，在上述鋼花管內(nèi)注入水泥漿，對隧道圍巖進(jìn)行注 漿，既固結(jié)不同的巖層又封堵巖層裂隙水和地下滲水。鋼花管120和無縫鋼管130橫向貫 穿隧道內(nèi)外壁，相當(dāng)于隧道的兩翼，所以稱為雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，所述支護(hù)結(jié)構(gòu)對上臺 階150的分擔(dān)荷載、控制變形有很大的作用，形成了上臺階150橫向、縱向的梁基礎(chǔ)，解決了 拱腳地基軟弱，承載力不足，受地下水浸泡后沉降的缺點。
[0023] 優(yōu)選地，所述無縫鋼管130和鋼花管120插入圍巖的深度在8m_15m范圍內(nèi)，或者 嵌入穩(wěn)定圍巖段長度滿足錨固要求。
[0024] 另外，優(yōu)選地，所述雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)還包括在隧道底部設(shè)置的插入隧底的 注漿花管140,利用注漿花管140在隧道底部注漿提高了地基承載力，防止了隧道整體下 沉。
[0025] 圖2是本發(fā)明雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的立體示意圖，如圖所示，無縫鋼管130和鋼 花管120以一定的間距橫向相互交錯焊接在拱架110上，S卩，每相鄰兩根無縫鋼管130中 間設(shè)置有一根鋼花管120,每相鄰兩根鋼花管120中間設(shè)置一根無縫鋼管130,所述無縫鋼 管130和鋼花管120的排布沿隧道拱腰左右對稱。所述無縫鋼管130和鋼花管120直徑和 間距根據(jù)隧道洞口的圍巖情況確定，富水、淺埋或者軟弱的圍巖，采用較大直徑和較小的間 距。優(yōu)選地，所述間距為〇.8m-l. 5m。當(dāng)隧道頂部圍巖受地下水的影響風(fēng)化破碎時，在隧道 拱頂附近可設(shè)置局部注漿管170,用于向隧道拱頂附近的圍巖注漿，固結(jié)不同巖層封堵巖層 滲水。
[0026] 優(yōu)選地，如圖2所示，當(dāng)隧道存在偏壓時，即隧道一側(cè)的壓應(yīng)力大于另一側(cè)的壓應(yīng) 力時，在偏壓側(cè)111比非偏壓側(cè)112設(shè)置的無縫鋼管130和鋼花管120的間距小，數(shù)量多。
[0027] 所述鋼花管120和無縫鋼管130的直徑可以相同也可以不同，所述鋼花管120的 直徑優(yōu)選大于隧道底部注漿花管140的直徑，所述局部注漿管170的直徑優(yōu)選不小于注漿 花管140的直徑，這是因為隧道底部的注漿花管140受力最小。
[0028] 圖3是具有本發(fā)明雙翼挑梁支護(hù)結(jié)構(gòu)的隧道的施工方法的流程圖，結(jié)合圖1和圖 3描述本發(fā)明所述隧道施工方法，包括下述步驟：
[0029] 首先，在步驟S310中，對隧道采用上下臺階法開挖，上臺階150開挖完成后，在隧 道拱腰處橫向交錯插入無縫鋼管130和鋼花管120。
[0030] 無縫鋼管130和鋼花管120布置完成后，在步驟S320中，沿隧道內(nèi)壁架設(shè)拱架 110,并將無縫鋼管130和鋼花管120固定在拱架110上并留出注漿口 121。
[0031] 初期支護(hù)架設(shè)完成后，在步驟S330中，在所述無縫鋼管130內(nèi)插入鋼筋并用水泥 砂漿填充密實，在鋼花管120內(nèi)注入水泥漿，對隧道圍巖進(jìn)行注漿。
[0032] 優(yōu)選地，步驟S310至S330中還包括，在隧道底部設(shè)置注漿鋼花管140,注漿花管 140梅花形布置，利用1:0. 5到1:1范圍內(nèi)的水泥漿對隧道底部注漿，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場試 驗確定，例如，先對隧道底部以一定注漿壓力（例如，2MPa)注漿，觀察水泥漿液的下滲量， 若下滲量達(dá)到要求，則采用上述注漿壓力。若下滲量偏小，則增大注漿壓力。若下滲量偏大， 則減小注漿壓力。利用上述方法隧底注漿，能夠有效提高基底承載力。
[0033] 另外，優(yōu)選地，步驟S310至S330中還包括，在隧道拱頂附近設(shè)置局部注漿管170， 對隧道頂部注漿，團(tuán)結(jié)不同巖層封堵地下滲水。
[0034] 初期支護(hù)注漿完成后，在步驟S340中，沿隧道內(nèi)壁噴射混凝土，形成隧道的初襯 101。
[0035] 隧道初襯101形成后，在步驟S350中，及時架設(shè)臨時仰拱，加快二次襯砌臺車的進(jìn) 場速度，進(jìn)行隧道下臺階160的開挖，待下臺階160開挖完成后，及時施工永久仰拱、澆筑二 次襯砌，隧道封閉成環(huán)，施作仰拱和二襯1〇2(圖1示出）及時封閉成環(huán)進(jìn)一步增強(qiáng)了雙翼 挑梁支護(hù)的強(qiáng)度。
[0036] 優(yōu)選地，在步驟S350之后，還包括排除拱腳處的積水的步驟，防止隧道內(nèi)的滲水 浸泡拱腳。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，將本發(fā)明上述施工方法應(yīng)用于某一富水、淺埋、軟弱圍 巖的隧道，具體地，首先，分析隧道的洞口地形、地質(zhì)、水文，隧道的淺埋段的巖性為強(qiáng)風(fēng)化 泥巖夾砂巖、頁巖，半巖半土，密實土狀或密實土狀夾碎石塊；洞頂表面為稻田；隧道進(jìn)口 段巖體為中-厚層狀砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等，產(chǎn)狀為243° Z 73° ;從洞口地形來看，左洞左側(cè) 覆蓋層較厚，左洞右側(cè)及右洞覆蓋層較薄，存在由左側(cè)向右側(cè)的偏壓。
[0038] 然后，根據(jù)上述情況，確定隧道初期支撐可能出現(xiàn)的問題，例如，由于隧道淺埋段 的和進(jìn)口段的巖石風(fēng)化破碎，挖時洞頂易松動變形；洞頂表面為稻田，常年有水浸泡，地表 水下滲使洞頂覆蓋層達(dá)到水飽和狀態(tài)，不僅增加了地下水的滲透水壓力，而且使覆蓋層容 重增大，增加了隧道內(nèi)襯砌的負(fù)荷；未開挖之前隧道周圍的圍巖處于應(yīng)力穩(wěn)定狀態(tài)，隧道開 挖后隧道位置出現(xiàn)凌空面，加之地下水的滲流既軟化了巖層又降低了巖層間的摩擦阻力， 導(dǎo)致初支鋼架受到的力不僅有初始應(yīng)力還有巖層的下滑力；隧道開挖后，存在從左側(cè)向右 側(cè)的偏壓，則偏壓全部由初期支護(hù)承擔(dān)，而地下水滲流又降低了基底的承載力，因此當(dāng)初期 支護(hù)參數(shù)不足時，易造成初期支護(hù)的彎曲變形和隧道整體沉降。
[0039] 隨后，針對上述問題，設(shè)置隧道初期支撐結(jié)構(gòu)，S卩，在隧道拱腰處橫向交錯設(shè)置焊 接在供架上的無縫鋼管130和鋼花管120,由于存在從左向右的偏壓，隧道右側(cè)設(shè)置的所述 無縫鋼管130和鋼花管120數(shù)目較多，間距較??；由于隧道拱頂為稻田，在隧道拱頂附近設(shè) 置局部注漿管170 ;由于地下水滲流降低了基底的承載力，在隧道底部設(shè)置注漿花管140。
[0040] 最后，按照本發(fā)明所述的隧道施工方法對隧道進(jìn)行施工。施工前對所述隧道淺埋 地段設(shè)置了多個沉降觀測點，觀測結(jié)果顯示，地表下沉量在2cm-16cm范圍內(nèi)，施工后，觀測 的地表沉將量在6mm以下。所以，本發(fā)明所述雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)及其隧道施工方法能 夠有效地降低隧道地表的沉降量。
[0041] 盡管前面公開的內(nèi)容示出了本發(fā)明的示例性實施例，但是應(yīng)當(dāng)注意，在不背離權(quán) 利要求限定的本發(fā)明的范圍的前提下，可以進(jìn)行多種改變和修改。根據(jù)這里描述的發(fā)明實 施例的方法權(quán)利要求的功能、步驟和/或動作不需以任何特定順序執(zhí)行。此外，盡管本發(fā)明 的元素可以以個體形式描述或要求，但是也可以設(shè)想多個，除非明確限制為單數(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種雙翼挑梁初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括沿著隧道內(nèi)壁設(shè)置的拱架，其中， 在所述拱架上沿隧道深度方向固定有以一定間距交錯設(shè)置的多個無縫鋼管和多個鋼 花管，所述無縫鋼管或鋼花管設(shè)置在隧道拱腰處，一端固定在拱架上且留出注漿口，另一端 插進(jìn)圍巖內(nèi)，所述無縫鋼管內(nèi)插有鋼筋并在鋼管與鋼筋之間填充有水泥砂漿。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述無縫鋼管或鋼花管與水平方向的夾角 在0° -30°范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述無縫鋼管和鋼花管的直徑和間距根據(jù) 隧道洞口的圍巖情況確定，富水、淺埋或者軟弱的圍巖，采用較大直徑和較小的間距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述間距在0. 8m-l. 5m范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述支護(hù)結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在隧道底部的注 漿花管或設(shè)置在隧道拱頂附近的局部注漿管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述拱腰處的鋼花管的直徑大于隧道底部 注漿花管或拱頂局部注漿管的直徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其中，所述無縫鋼管和鋼花管管焊接在所述拱架 上。
8. -種雙翼挑梁支護(hù)結(jié)構(gòu)的隧道施工方法包括： 將無縫鋼管和鋼花管的一端橫向交錯插入隧道拱腰處的圍巖內(nèi)； 架設(shè)拱架，將無縫鋼管和鋼花管的另一端固定在拱架上； 將所述無縫鋼管內(nèi)插入鋼筋并用水泥砂漿填充密實，將所述鋼花管內(nèi)注入水泥漿，對 隧道圍巖進(jìn)行注漿； 沿隧道內(nèi)壁噴射混凝土，形成隧道的初襯； 澆筑二次初砌，隧道封閉成環(huán)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的施工方法，其中，所述施工方法還包括在隧道底部設(shè)置注漿 鋼花管，利用水泥漿對隧道底部注漿或者在隧道拱頂附近設(shè)置局部注漿管，利用水泥漿對 對隧道拱頂?shù)膰鷰r進(jìn)行注漿。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的施工方法，其中，所述無縫鋼管和鋼花管插入圍巖的深度在 8m-15m的范圍內(nèi)，或者嵌入穩(wěn)定圍巖段長度滿足錨固要求。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的施工方法，其中，所述無縫鋼管和鋼花管設(shè)置在隧道偏壓側(cè) 的數(shù)目比其在非偏壓側(cè)的數(shù)目大，間距比其在非偏壓側(cè)的間距小。
【文檔編號】E21D11/10GK104100280SQ201410320536
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】黃 俊, 肖劍 申請人:中冶交通工程技術(shù)有限公司, 江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司