一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其是一種用于淺埋偏壓隧道的新型錯(cuò)桿支護(hù)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(duì)稱(chēng)性，支護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載呈不對(duì) 稱(chēng)分布，從而使得支護(hù)結(jié)構(gòu)受力極不均衡，在隧道施工過(guò)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(guó)內(nèi)外對(duì)于淺埋偏壓隧道初期支護(hù)方法還停留在同一錯(cuò)桿支護(hù)參數(shù)的對(duì)稱(chēng) 設(shè)計(jì)方法，在分析初期支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，明顯地忽略了淺埋偏壓隧道圍巖壓力的非對(duì)稱(chēng)性特點(diǎn)。 支護(hù)施工時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)因錯(cuò)桿設(shè)置過(guò)長(zhǎng)而造成的施工不便、材料浪費(fèi)等后果，其支護(hù)方法 不能完全發(fā)揮錯(cuò)固支護(hù)體系的支護(hù)效果。
[0004] 因此，針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種用于淺埋偏壓隧道的新型錯(cuò)桿支護(hù) 結(jié)構(gòu)。根據(jù)淺埋偏壓隧道圍巖壓力分布特點(diǎn)，設(shè)置了呈拋物線形式分布的新型錯(cuò)桿支護(hù)結(jié) 構(gòu)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于淺埋偏壓隧道的新型錯(cuò)桿支護(hù) 結(jié)構(gòu)，其能有效解決淺埋偏壓地段隧道的支護(hù)問(wèn)題，并保證隧道運(yùn)營(yíng)期間的穩(wěn)定性和安全 性。
[0006] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)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(cuò)桿支護(hù)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(hù)(4)、內(nèi)層的二次襯擱(6) W及位于初期支護(hù)(4)和二次襯擱(6)之間 的防水層，所述初期支護(hù)(4)采用含有鋼筋網(wǎng)和鋼拱架的錯(cuò)噴結(jié)構(gòu)構(gòu)成;所述初期支護(hù)的錯(cuò) 桿形式是按照隧道圍巖壓力需求布置的，所述的錯(cuò)桿長(zhǎng)度不等，其端頭設(shè)置在圍巖塑性區(qū) 范圍W外。
[0007] 進(jìn)一步的，所述初期支護(hù)的鋼拱架沿隧道環(huán)向間距不同。
[0008] 進(jìn)一步的，所述初期支護(hù)的鋼拱架沿隧道縱向間隔設(shè)置。
[0009] 進(jìn)一步的，所述初期支護(hù)的錯(cuò)固結(jié)構(gòu)為水泥砂漿錯(cuò)桿。
[0010] 進(jìn)一步的，所述初期支護(hù)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(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型一種用于淺埋偏壓隧道的新型錯(cuò)桿支護(hù)結(jié) 構(gòu)，通過(guò)改變錯(cuò)桿的布置形式，改善了支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài);在實(shí)際施工過(guò)程中，降低了錯(cuò)桿 的長(zhǎng)度，易于桐內(nèi)施工;在工程投資方面，與傳統(tǒng)的錯(cuò)桿支護(hù)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(shuō)明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的隧道圍巖壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖。
[0013] 圖2是本實(shí)用新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的橫斷面設(shè)計(jì)圖。
[0014]其中：1-拱頂；2-仰拱；3-邊墻;4-初期支護(hù)；5-防水層;6-二次襯擱；7-系 統(tǒng)錯(cuò)桿;8-鎖腳錯(cuò)桿;9-回填層。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及其施工方法做進(jìn)一步的說(shuō) 明。
[0016] 本實(shí)用新型用于淺埋偏壓隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，本實(shí)例中坡角為23%隧道 拱頂埋深27m。支護(hù)結(jié)構(gòu)在整個(gè)隧道縱向上實(shí)施，但應(yīng)根據(jù)隧道圍巖壓力的不同對(duì)錯(cuò)桿長(zhǎng)度 進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。如圖2所示，支護(hù)結(jié)構(gòu)中，錯(cuò)桿錯(cuò)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(cuò)索，在初期支護(hù)后圍巖變形達(dá)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(gè)支護(hù)過(guò)程。本實(shí)例中的施工過(guò)程包括如下步驟：
[0017] 步驟一，錯(cuò)桿長(zhǎng)度的量化。
[0018] (1)偏壓隧道襯擱圍巖壓力計(jì)算
[0019] 1)偏壓隧道豎向壓力計(jì)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(chēng)；、龍一內(nèi)、外側(cè)的側(cè)壓 力系數(shù)，由下式計(jì)算：
[0026] 式中：h、化一地面坡坡角(。）；化一圍巖計(jì)算摩擦角(。）；擇、齊一內(nèi)、外側(cè)產(chǎn)生最 大推力時(shí)的破裂角(°)。
[0027] 2)偏壓隧道側(cè)向壓力計(jì)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(diǎn)至地面的距離(m)。
[0031] (2)利用同濟(jì)曙光公路隧道設(shè)計(jì)與分析軟件計(jì)算分析得到淺埋偏壓隧道的豎向壓 力與側(cè)向壓力。通過(guò)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(guò)此時(shí)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(cuò)桿長(zhǎng)度。
[0032]
[0033] 式中：R-圍巖體塑性區(qū)半徑；布一隧道開(kāi)挖半徑；凱一初始地應(yīng)力；與一支護(hù)對(duì) 圍巖的支護(hù)力;C-黏聚力;心一內(nèi)摩擦角。
[0034] 步驟二，錯(cuò)桿施作。
[0035] 所述的系統(tǒng)錯(cuò)桿為的無(wú)縱筋螺紋鋼錯(cuò)桿。
[0036] 所述的系統(tǒng)錯(cuò)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(yuǎn)離山體(壓力較?。┮粋?cè)密度較小，錯(cuò)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(cuò)桿，其長(zhǎng)度均是利用各布設(shè)點(diǎn)的圍巖壓力值，通過(guò)公式計(jì)算確定，當(dāng) 系統(tǒng)錯(cuò)桿計(jì)算值小于3. Om時(shí)，取3. Om。
[0038] 所述的系統(tǒng)錯(cuò)桿，在施工時(shí)每根錯(cuò)桿用一塊CK2550和一塊K2570錯(cuò)固劑。
[0039] 同樣，所述的鎖腳錯(cuò)索，在遠(yuǎn)離山體(壓力較小）一側(cè)，采用Φ 17.8mmX 5200mm錯(cuò) 索;靠近山體(壓力較大)一側(cè)，采用Φ 19.8mm X 7200mm錯(cuò)索。
[0040] 所述的鎖腳錯(cuò)索，其布置方向與水平方向呈30°夾角。
[0041] 所述的鎖腳錯(cuò)索，在施工時(shí)，用一塊CK2550和兩塊K2570錯(cuò)固劑進(jìn)行錯(cuò)固。
[0042] 所述的錯(cuò)固劑在鉆孔達(dá)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(cuò) 桿(索)邊旋轉(zhuǎn)邊攬拌輕輕推入鉆孔底部。
[0043] 所述攬拌過(guò)程，應(yīng)按照錯(cuò)固劑型號(hào)和廠商規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行，攬拌完成后，立即安裝 錯(cuò)桿(索)托板、墊圈，并通過(guò)梓緊螺母，對(duì)錯(cuò)桿(索)施加一定的錯(cuò)固力。
[0044] 所述的錯(cuò)桿，托盤(pán)要壓緊壓實(shí)，外露螺帽長(zhǎng)度30-80mm，錯(cuò)固力大于等于80kN。
[0045] 所述的鎖腳錯(cuò)索的外露長(zhǎng)度為240mm，錯(cuò)固力大于等于lOOkN。
[0046] 所述的錯(cuò)桿(索)托盤(pán)是規(guī)格為240mmX240mmX 12mm的碟形托盤(pán)。
[0047] 隧道開(kāi)挖后，清除掌子面危巖，按照上述要求，沿隧道桐周布設(shè)錯(cuò)桿安裝位置(首 先確定最長(zhǎng)錯(cuò)桿的位置），用鉆機(jī)沿隧道徑向鉆孔，鉆孔誤差+l〇〇mm，依次安裝系統(tǒng)錯(cuò)桿及 鎖腳錯(cuò)索。
[004引步驟Ξ，錯(cuò)噴支護(hù)施作。
[0049]錯(cuò)桿(索)施作完畢后，對(duì)隧道桐周掛鋼筋網(wǎng)，并與錯(cuò)桿、錯(cuò)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(hào)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(zhǎng)度為兩個(gè)網(wǎng)格，連網(wǎng)時(shí)要 梓緊梓牢，避免出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。
[0052] 所述的混凝±噴網(wǎng)的施作順序?yàn)?先墻后拱，先下后上"，初噴混凝±終凝W后進(jìn) 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(cè)量開(kāi)挖斷面，對(duì)噴射混凝±表面凹凸顯著部位分 層噴射找平，將外露的錯(cuò)桿頭齊根切除，并用水泥砂漿抹平，確保噴漿后混凝±均勻，無(wú)露 網(wǎng)、露筋現(xiàn)象。
[0054] 所述的隧道拱底噴網(wǎng)支護(hù)，應(yīng)在錯(cuò)噴網(wǎng)及鋼支架施作后，再鋪鋼筋網(wǎng)噴漿回填支 護(hù)。
[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(shì)時(shí)，在初期支護(hù)表面鋪設(shè)防水層，并在初期支護(hù)變形穩(wěn)定 后，根據(jù)實(shí)際的斷面輪廓施作二次襯擱，完成該段隧道支護(hù)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(shí)用新型用于淺埋偏壓隧道的新型錯(cuò)桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)初期支護(hù)的 作用，使得對(duì)圍巖的支護(hù)先柔后剛、先放后抗，實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖變形的主動(dòng)適應(yīng)，并通過(guò)初期支 護(hù)和二次襯擱構(gòu)成的強(qiáng)支撐實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖的永久支護(hù)，因此，能夠有效解決淺埋偏壓隧道的 支護(hù)問(wèn)題，施工周期短，安全可靠，能夠保證隧道施工及運(yùn)營(yíng)期間的穩(wěn)定性和安全性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護(hù)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(hù)(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(hù)結(jié)構(gòu)(4)由含有雙層鋼筋網(wǎng)和弧形布置的錨噴支 護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成;其特征在于： 所述的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)中錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)的錨桿長(zhǎng)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(yuǎn)離山體壓力較小一側(cè)，錨桿密度相對(duì)較小； 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(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:其初 期支護(hù)錨桿環(huán)向布置間距不同，壓力較大一側(cè)間距相對(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 初期支護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 初期支護(hù)(4)的錨固結(jié)構(gòu)包括非對(duì)稱(chēng)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(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 初期支護(hù)(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(hù)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(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，提供了用于淺埋偏壓隧道的新型錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，沿隧道徑向依次為初期支護(hù)、防水層及二次襯砌。初期支護(hù)采用含有鋼拱架和鋼筋網(wǎng)的錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，根據(jù)圍巖壓力大小分布不同，錨桿長(zhǎng)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(hù)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(guò)新型錨桿初期支護(hù)及二次襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)成了強(qiáng)大的支撐體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)淺埋偏壓隧道圍巖的永久支護(hù)，在有效解決淺埋偏壓隧道的支護(hù)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，降低了施工難度，節(jié)約了工程成本。
【IPC分類(lèi)】E21D11/00, E21D20/00, E21D21/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205117376
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520880664
【發(fā)明人】王國(guó)斌, 劉毅學(xué), 陳軍, 沈峰, 肜增湘
【申請(qǐng)人】湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院, 湖北省交通投資集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月8日