一种超大跨隧道支护结构及开挖工法制造技术

本发明专利技术公开了一种超大跨隧道支护结构及开挖工法，包括受力部，所述受力部位于隧道结构的上方；导洞，所述导洞设置在所述隧道结构的两侧，与所述隧道结构相连通；支撑部，所述支撑部与所述受力部连接；及其斜撑，所述斜撑连接在所述受力部和所述支撑部之间，解决了由于浅埋超大跨隧道上覆荷载大的问题。本发明专利技术优点是：通过预应力和形成的矩形截面梁通过支座传递，确保浅埋超大跨隧道安全；形成的组合结构相当于对地层进行了超前的加固，在此基础上可以增大开挖断面，在保证施工安全的基础上大幅度提高隧道的施工效率；与传统的开挖方法相比，该开挖方法整体结构受力更加明确，进行施工时对地表及地下管线的沉降控制较好。工时对地表及地下管线的沉降控制较好。工时对地表及地下管线的沉降控制较好。

【技术实现步骤摘要】
一种超大跨隧道支护结构及开挖工法


[0001]本专利技术涉及隧道及地下工程
，具体而言，涉及一种超大跨隧道支护结构及开挖工法。

技术介绍

[0002]现有技术中，对于浅埋超大跨隧道的超前支护中，主要有注浆加固土体，超前小导管注浆过超前管棚支护等方式，但是由于浅埋超大跨隧道上覆荷载大,会引起地表沉降的控制和施工过程中施工的安全性和经济性等问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种超大跨隧道支护结构及开挖工法，其能解决由于浅埋超大跨隧道上覆荷载大的问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0004]本申请提供了一种超大跨隧道支护结构，包括：
[0005]受力部，位于隧道结构的上方；
[0006]导洞，设置在所述隧道结构的两侧，与所述隧道结构相连通；
[0007]支撑部，与所述受力部连接；及其斜撑，连接在所述受力部和所述支撑部之间。
[0008]现有技术中，有些学者对超大跨隧道的开挖进行了深入的探究，有些对不同级别围岩条件下浅埋偏压大跨度公路隧道的3种施工方法引起的应力场和围岩位移进行了模拟分析，并评价了各种方法的适用条件；有些在昆明岗头隧道大跨软弱围岩台阶法施工技术中指出大跨隧道围岩有一定自稳能力时可以尝试将传统的CRD法和双侧壁法优化成台阶法施工；有些应用FALC3D仿真模拟隧道洞口的掘进过程，并结合各工法对隧道洞周变形量的控制能力，评价各工法的优缺点；有一些对隧道进口段在双侧壁导坑法、CRD法和三台阶七步法三种工法下的拱顶下沉值、围岩水平位移值、塑性区以及最大和最小主应力进行对比分析，分析出最优的开挖工法；然而现有技术中，对于浅埋超大跨隧道的超前支护中，主要有注浆加固土体，超前小导管注浆过超前管棚支护等方式，但是还是由于浅埋超大跨隧道上覆荷载大,会引起地表沉降的控制和施工过程中施工的安全性和经济性等问题存在一些没有解决的争议。
[0009]综上所述，现有的对于浅埋暗挖施工的超大跨度隧道的超前支护中，采用较多的有以下三种，管棚，预切槽法，注浆法。管棚是在恶劣条件下能安全开挖、防治地表下沉、防护地中及地上结构物的有效施工方法,但其施工较繁琐，工程造价相对较高。
[0010]而本专利技术将超前支护方法与开挖施工步序结合起来，小导洞即可作为施工钢管梁的工作面，又可在其中施做结构的斜撑下混凝土结构，大大简化了施工工序和开挖工序，具有较好的效果。
[0011]综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述受力部包括地面梁、对拉锚杆和钢管梁，所述地面梁设置在地表下方，所述地面梁通过所述对拉锚杆与所述钢管梁连接；所述钢管梁穿过所述导洞与所述支撑部相连。
[0012]综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述钢管梁包括锚头、对拉锚索和钢管，所述钢管内部设有若干个对拉锚索，所述锚头设置在所述对拉锚索的两端，所述锚头与所述支撑部相连。
[0013]综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述支撑部为竖直的围护桩，所述围护桩与所述钢管相连。
[0014]一种超大跨隧道开挖工法，包括以下步骤：
[0015]S1：开挖地面梁：在地下开设导槽，将所述地面梁铺设在所述导槽内；
[0016]S2：打设对拉锚杆：在所述地面梁上打设所述对拉锚杆，将所述地面梁和所述钢管梁连接起来，所述对拉锚杆每隔0.5m
‑
2m设置一个；
[0017]S3：开挖导洞并施工围护桩：采用台阶法开挖隧道两侧的所述导洞，并在所述导洞内施工两侧的围护桩；
[0018]S4：施工预应力钢管：采用先张法施工所述钢管，将所述钢管内注浆，并通过斜撑将注浆后的所述钢管与所述围护桩进行连接，连接后进行下台阶开挖；
[0019]S5：开挖隧道并对所述隧道进行支护；
[0020]S6：隧道仰拱二衬施工。
[0021]综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述采用台阶法开挖隧道两侧的所述导洞之后还包括:在所述导洞的拱部处进行小导管超前注浆加固,并采用锚喷网法进行支护。
[0022]综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述导洞内施工两侧的围护桩还包括:通过架立钢筋及浇筑混凝土形成围护桩结构。
[0023]综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，采用先张法施工所述钢管，将所述钢管内注浆,还包括:在开挖后的所述导洞内侧壁进行开孔,将直径为105
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110m的钢管放入所述孔中,在所述钢管中部穿设直径为26
‑
30mm的钢筋,用锚头将所述钢管的两端固定后,施加预应力并向所述钢管内部注浆,待所述浆液固结,放松两端所述锚头。
[0024]可附加一些延伸：本专利技术的基本原理实际上是将浅埋大跨度隧道上部土体与施做的钢管梁和地面梁作为一个整体进行受力分析，进行强度刚度和稳定性计算，从而设计锚杆和地面梁等结构。
[0025]本专利技术的有益效果为：本专利技术采用了一种超大跨隧道开挖方法，此方法预先在隧道顶部两侧部分开挖两个平行导洞，开挖完成后在导洞内部施做围护桩结构作为施加预应力台座同时作为后来组合矩形截面梁的支座。在两个导洞中间用预应力钢管梁进行连接，并与施做的地面梁通过对拉锚杆连接好，与隧道上方土体组合形成近似矩形截面梁受力模式。
[0026]综上所述，施做了钢管梁的地面梁以及连接两者的对拉锚杆之后，隧道顶部由于超浅埋形成的全部土体重量不再作为全部荷载施加到结构上面，而是通过预应力和形成的矩形截面梁通过支座传递，确保浅埋超大跨隧道安全；形成的组合结构相当于对地层进行了超前的加固，在此基础上可以增大开挖断面，在保证施工安全的基础上大幅度提高隧道的施工效率；并且充分考虑到由于超浅埋大跨度隧道无法形成天然拱效应造成的隧道上覆荷载过大的问题，通过对隧道上方土体结构进行优化设计，较好的将上覆荷载进行转化；与传统的开挖方法相比，该开挖方法整体结构受力更加明确，进行施工时对地表及地下管线
的沉降控制较好。
[0027]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术实施例了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例提供的隧道剖面结构示意图。
[0030]图中标记：1、地面梁；2、对拉锚杆；3、锚头；4、对拉锚索；5、钢管；6、斜撑；7、围护桩；8、第一导洞；9、第二导洞；10、第一隧道；11、第二隧道；12、第三隧道；13、第四隧道；14、第五隧道；15、第六隧道；16、第七隧道。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大跨隧道支护结构，其特征在于，包括：受力部，所述受力部位于隧道结构的上方；导洞，所述导洞设置在所述隧道结构的两侧，与所述隧道结构相连通；支撑部，所述支撑部与所述受力部连接；及其斜撑(6)，所述斜撑(6)连接在所述受力部和所述支撑部之间。2.根据权利要求1所述的超大跨隧道支护结构，其特征在于：所述受力部包括地面梁(1)、对拉锚杆(2)和钢管梁，所述地面梁(1)设置在地表下方，所述地面梁(1)通过所述对拉锚杆(2)与所述钢管梁连接；所述钢管梁穿过所述导洞与所述支撑部相连。3.根据权利要求2所述的超大跨隧道支护结构，其特征在于：所述钢管梁包括锚头(3)、对拉锚索(4)和钢管(5)，所述钢管(5)内部设有若干个对拉锚索(4)，所述锚头(3)设置在所述对拉锚索(4)的两端，所述锚头(3)与所述支撑部相连。4.根据权利要求3所述的超大跨隧道支护结构，其特征在于：所述支撑部为竖直的围护桩(7)，所述围护桩(7)与所述钢管(5)相连。5.一种隧道开挖工法，如权利要求1
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4任意一项所述的超大跨隧道支护结构,其特征在于，包括以下步骤：S1：开挖地面梁(1)：在地下开设导槽，将所述地面梁(1)铺设在所述导槽内；S2：打设对拉锚杆(2)：在所述地面梁(1)上打设所述对拉锚杆(2)，将所述地面梁(1)和所述钢管(5)梁...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕刚，刘建友，王久军，卓越，高超，朱剑，陈俊林，朱国伟，于晨昀，刘方，岳岭，陈志广，陈丹，彭斌，胡晶，王杨，魏盼，李力，张延，张矿三，徐治中，祝安龙，宋月光，谭富圣，马福东，刘宝权，王德福，
申请(专利权)人：中铁工程设计咨询集团有限公司，
类型：发明
国别省市：