专利名称：隧道加固用承载结构的制作方法
技术领域：
本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道施工期间的加固用结构。
背景技术：
在钻爆法施工的山岭隧道或地下工程中，在围岩较差的洞身地段，由于实际围岩与设计情况不符，导致施工过程中初期支护变形过大，变形速率过大。为防止塌方，常常采用双层或多层钢拱架进行加强支护，即在原“喷混凝土 +钢拱架”的基础上，在外层再增加一层或两层“喷混凝土 +钢拱架”的支护结构，用以保持围岩的初步稳定。由于新增加的支护结构层侵占了原设计的二次衬砌位置，这便导致二次衬砌结构层过薄，因而无法采用普通混凝土浇注二次衬砌，也难以满足受力要求。针对该技术问题，目前一般采取拆除侵入二次衬砌设计位置的“喷混凝土 +钢拱架”的支护结构，再重新施作二次衬砌。在拆除支护结构的钢拱架前，一般需对围岩体进行注浆加固，且为避免隧道围岩的过大扰动，需逐榀用人工拆除钢拱架，此方法费时费力费料，且存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种施工工艺简单、操作方便、加固效果好、成本低、且能有效提高隧道施工安全性和经济性的隧道加固用承载结构。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种隧道加固用承载结构，所述隧道加固用承载结构包括位于隧道拱脚处的二衬矮边墙和由该二衬矮边墙支承的拱形支承结构，所述拱形支承结构包括永久承载结构层和补强结构层，所述永久承载结构层支承于隧道内壁岩体下方，所述补强结构层支承于所述永久承载结构层下方；所述补强结构层是由高强粉末混凝土浇筑而成。上述的隧道加固用承载结构中，所述永久承载结构层优选包括支承于隧道内壁岩体下方的支护结构层和支承于该支护结构层下方的二次支护结构层；所述支护结构层和二次支护结构层均优选设置为内含钢拱架的喷射混凝土结构。上述的隧道加固用承载结构中，所述二次支护结构层优选包括支承于所述支护结构层下方的第一层钢拱架混凝土结构层和支承于第一层钢拱架混凝土结构层下方的第二层钢拱架混凝土结构层。上述的隧道加固用承载结构中，所述高强粉末混凝土优选是由以下质量份数的水泥、硅灰、粉煤灰、纳米SiO2、石英粉、石英砂、减水剂与水混合并向该混合料中掺入镀铜钢纤维后配制得到
水泥 100份硅灰 20 30份粉煤灰10 12份纳米SiO2 0. 1 0. 12份
3石英粉18 22份石英砂110 130份减水剂1. 5 1. 8份。上述的隧道加固用承载结构中，所述水泥和硅灰的总质量与所述水的质量比优选为5 6。上述的隧道加固用承载结构中，所述镀铜钢纤维的添加量优选按所述混合料体积的1% 3%计。上述的隧道加固用承载结构中，所述补强结构层的厚度优选为4cm 12cm。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明利用原施作的支护结构(喷混凝土 + 钢拱架)和增设的二次支护结构作为隧道的永久承载结构层，再采用高和易性的高强粉末混凝土浇注的薄层结构作为永久承载结构的补强结构层，由于该补强结构层具有很高的抗压和抗弯折能力，其与永久承载结构层共同作为隧道加固用的承载结构，该承载结构的密实性好，具有很高的抗渗性，大大提高了隧道承载结构的耐久性。总的来说，本发明的隧道加固用承载结构不仅施工工艺简单、操作方便，而且加固效果非常理想，施工成本较低，能够大大提高隧道施工和运营过程中的安全性和经济性。
图1为本发明实施例中经加固方法加固后得到的承载结构的示意图。图2为图1中A处的局部放大图。图例说明
1、支护结构层；2、二次支护结构层；21、第一层钢拱架混凝土结构层；22、第二层钢拱架混凝土结构层；3、补强结构层；4、二衬矮边墙；5、永久承载结构层。
具体实施例方式以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。 实施例如图1所示，在某一隧道的施工过程中，在拱顶已经施作了 “喷混凝土 +钢拱架”的支护结构层1，但是在施工初期由于支护结构层1的变形过大，且变形速率过大，因此采用了本发明的隧道加固用承载结构对该隧道进行加固。本实施例的隧道加固用承载结构包括位于隧道拱脚处的二衬矮边墙4和由该二衬矮边墙4支承的拱形支承结构，该拱形支承结构包括永久承载结构层5和补强结构层3， 永久承载结构层5支承于隧道内壁岩体下方，补强结构层3支承于永久承载结构层5下方； 补强结构层3是由高强粉末混凝土浇筑而成。补强结构层3的厚度为6cm。永久承载结构层5包括支承于隧道内壁岩体下方的支护结构层1和支承于该支护结构层1下方的二次支护结构层2 ；支护结构层1和二次支护结构层2均设置为内含钢拱架的喷射混凝土结构。二次支护结构层2包括支承于支护结构层1下方的第一层钢拱架混凝土结构层21和支承于第一层钢拱架混凝土结构层21下方的第二层钢拱架混凝土结构层 22。
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本实施例的隧道加固用承载结构主要是通过以下的加固方法施工得到
(1)增设钢拱架在该隧道施工初期的支护结构层1变形过大时，在支护结构层1外侧增设两层钢拱架混凝土结构层(即第一层钢拱架混凝土结构层21和第二层钢拱架混凝土结构层22)，使支护结构层1和二次支护结构层2共同承受围岩压力，以保证安全。(2)表面处理对二次支护结构层2与隧道内轮廓的距离进行测量，根据测量结果，在所测距离大于12cm的作业面，先挂单层钢筋网(Φ6πιπι)，再喷射C20混凝土整平，并预留IOcm 12cm的补强结构层浇注厚度；在距离小于4cm的作业面，则凿除部分C20喷射混凝土，以保证补强结构层3浇注的厚度至少为4cm。(3)配制高强粉末混凝土 按以下质量份数取水泥、硅灰、粉煤灰、纳米SiO2、石英粉、石英砂、减水剂和水进行混合
水泥 100份硅灰 20份粉煤灰10份纳米SiO2 0. 1份石英粉20份石英砂110份减水剂1. 5份水 20份；
充分搅拌均勻后向混合料中添加镀铜钢纤维，镀铜钢纤维的添加量按上述混合料体积的2%计，配制得到高强粉末混凝土，本发明方法制得的高强粉末混凝土的主要性能参数指标如下
坍落度 260 mm 280 mm 坍落扩展度600 mm 800 mm 表观密度2400 kg/m3 2600 kg/m3 抗压强度彡120Mpa 抗折强度彡20Mpa 弹性模量彡40GPa 抗渗等级》P500 抗冻等级》F600 电通量 彡40C
不燃性 符合GB8624A级不燃性建材。(4)浇注高强粉末混凝土 利用隧道二衬台车在上述二次支护结构层2外侧灌注配制好的高强粉末混凝土，在不侵入隧道建筑限界的情况下，使二次支护结构层2外侧形成补强结构层3，补强结构层3的厚度为6cm，完成加固施工，得到如图1、图2所示的隧道加固用承载结构，整个承载结构由隧道底部的二衬矮边墙4承托，并与二衬矮边墙4浇注成一整体。在该承载结构的两端和中间位置各设置一道环向排水管。
权利要求
1.一种隧道加固用承载结构，所述隧道加固用承载结构包括位于隧道拱脚处的二衬矮边墙(4)和由该二衬矮边墙(4)支承的拱形支承结构，其特征在于所述拱形支承结构包括永久承载结构层(5)和补强结构层(3)，所述永久承载结构层(5)支承于隧道内壁岩体下方，所述补强结构层(3)支承于所述永久承载结构层(5)下方；所述补强结构层(3)是由高强粉末混凝土浇筑而成。
2.根据权利要求1所述的隧道加固用承载结构，其特征在于所述永久承载结构层 (5)包括支承于隧道内壁岩体下方的支护结构层(1)和支承于该支护结构层(1)下方的二次支护结构层(2);所述支护结构层(1)和二次支护结构层(2)均设置为内含钢拱架的喷射混凝土结构。
3.根据权利要求2所述的隧道加固用承载结构，其特征在于所述二次支护结构层(2)包括支承于所述支护结构层(1)下方的第一层钢拱架混凝土结构层(21)和支承于第一层钢拱架混凝土结构层(21)下方的第二层钢拱架混凝土结构层(22)。
4.根据权利要求1、2或3所述的隧道加固用承载结构，其特征在于，所述高强粉末混凝土是由以下质量份数的水泥、硅灰、粉煤灰、纳米SiO2、石英粉、石英砂、减水剂与水混合并向该混合料中掺入镀铜钢纤维后配制得到水泥 100份硅灰 20 30份粉煤灰10 12份纳米SiO2 0. 1 0. 12份石英粉18 22份石英砂110 130份减水剂1. 5 1. 8份。
5.根据权利要求4所述的隧道加固用承载结构，其特征在于，所述水泥和硅灰的总质量与所述水的质量比5 6。
6.根据权利要求5所述的隧道加固用承载结构，其特征在于，所述镀铜钢纤维的添加量按所述混合料体积的1% 3%计。
7.根据权利要求6所述的隧道加固用承载结构，其特征在于，所述补强结构层(3)的厚度为4cm 12cm。
8.根据权利要求1、2或3所述的隧道加固用承载结构，其特征在于，所述补强结构层(3)的厚度为4cm 12cm。
全文摘要
本发明公开了一种隧道加固用承载结构，其包括位于隧道拱脚处的二衬矮边墙(4)和由该二衬矮边墙(4)支承的拱形支承结构，该拱形支承结构包括永久承载结构层(5)和补强结构层(3)，永久承载结构层(5)支承于隧道内壁岩体下方，补强结构层(3)支承于永久承载结构层(5)下方；补强结构层(3)是由高强粉末混凝土浇筑而成。本发明的承载结构具有施工工艺简单、操作方便、加固效果好、成本低、且能有效提高隧道施工安全性和经济性等优点。
文档编号E21D11/18GK102200018SQ20111011975
公开日2011年9月28日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者侯兴杰, 傅立新, 刘经永, 戴伟, 敬瑾, 易震宇, 符飞跃, 罗波, 荆冰寅, 蒋正华, 黄谋昭 申请人:湖南省交通规划勘察设计院