专利名称：四线大跨隧道不等参初期支护构造的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及隧道初期支护构造，特别涉及一种四线大跨隧道初期支护构造。
背景技术：
我国是一个多山的国家，尤其是西南山区地形、地质条件极为复杂，桥隧比重大， 在建及拟建的大部分铁路线路中，隧道比重占线路总长的50%以上，部分段落隧道比重达 90%以上，由于由地形、运能等限制，大量车站布置需伸入隧道内。进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展，随着山区高速铁路的快速和大规模修建。由于受曲线半径大、地形地质条件复杂、环保要求高等多种因素的制约，铁路沿线部分地段设站条件极为困难。因此，为提高艰险山区修建高速铁路选线、设站的自由度，使得山区车站布置型式更为灵活、车站功能更易得到保证，特大跨度四线车站隧道的修建将愈来愈多。尽管目前隧道开挖支护技术已经成熟并广泛应用于公路、铁路隧道施工。传统的隧道施工支护视围岩级别，采用锚喷，或锚网喷支护。锚杆长度及环、纵向间距等参数沿拱墙范围不变。然而由于各条隧道的地质条件不同，甚至同一条隧道不同区段的地质条件也存在较大差异，随着断面增大，其围岩稳定性变化加大。而特大跨度隧道洞形更为扁平，隧道围岩应力集中程度更高。因此，在施工中经常出现不均勻受力(存在应变梯度)、荷载 (应力)多次重复作用、边界受有约束及达到相同应力值的途径不同等复杂的受力状态问题。因此，如果在施工中却沿用几乎不变的支护措施，没有根据地质条件、隧道几何形状、尺寸以及开挖顺序的变化而实时调整支护参数，从而难免造成围岩的局部破裂引起稳定性变化，由此影响到施工安全和工程质量；另一方面，若按最不利部位确定的支护参数固然能保证施工安全，但却不经济，造成投资浪费。因此，对于特大跨度四线隧道，在保证安全的基础上，为减小建设成本，应根据隧道施工过程力学演变以及不同部位支护的内力差异，对系统锚杆等支护参数进行不等参设计。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题提供一种特大跨度四线大跨隧道不等参初期支护构造，在确保施工安全和工程质量前提下，可有效地减小建设投资和避免造成浪费，使支护结构真正达到安全、可靠、经济、适用。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下本实用新型四线大跨隧道不等参初期支护构造，包括全环钢架和沿围岩拱墙面梅花形布设并与全环钢架、围岩锚固连接的系统锚杆，其特征是所述系统锚杆按所在部位划分为边墙系统锚杆、拱顶至拱腰段系统锚杆、拱腰至拱脚段系统锚杆，拱腰至拱脚段系统锚杆的支护强度大于边墙系统锚杆的支护强度，边墙系统锚杆的支护强度大于拱顶至拱腰段系统锚杆的支护强度。本实用新型的有益效果是，根据隧道开挖分部以及不同部位支护受力差异，采用
3不等参初期支护结构，克服了传统隧道支护中锚杆沿围岩拱墙面等长、等间距布置的不足， 充分利用支护结构各部强度，在确保施工安全和工程质量的前提下，可有效地减少建设投资和避免造成浪费，使支护结构真正达到安全、可靠、经济、适用。
本说明书包括如下三幅附图图1是本实用新型四线大跨隧道不等参初期支护构造的断面结构示意图；图2是图1中A局部的放大视图；图3是本实用新型四线大跨隧道不等参初期支护结构中钢架与长锚杆的连接示意图。图中示出零部件、部位名称及所对应的标记全环钢架10、钢垫板10a、喷射混凝土层11、初喷层11a、复喷层lib、钢筋网12、边墙系统锚杆21、拱顶至拱腰段系统锚杆22、 拱腰至拱脚段系统锚杆23、节点加强锚杆30、第1组长锚杆41、第2组长锚杆42、第3组长锚杆43。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。参照图1，本实用新型四线大跨隧道不等参初期支护构造，包括全环钢架10和沿围岩拱墙面梅花形布设并与全环钢架10、围岩锚固连接的系统锚杆。所述系统锚杆按所在部位划分为边墙系统锚杆21、拱顶至拱腰段系统锚杆22、拱腰至拱脚段系统锚杆23，拱腰至拱脚段系统锚杆23的支护强度大于边墙系统锚杆21的支护强度，边墙系统锚杆21的支护强度大于拱顶至拱腰段系统锚杆22的支护强度。即根据隧道开挖分部以及不同部位支护受力差异，采用不等参初期支护结构，以克服传统隧道支护中锚杆沿围岩拱墙面等长、等间距布置的不足，充分利用支护结构各部支护强度，在确保施工安全和工程质量的前提下， 可有效地减少建设投资和避免造成浪费，使支护结构真正达到安全、可靠、经济、适用。根据隧道跨度、开挖工法、围岩地质情况及各部位内力差异，可单独采用或者综合采用以下措施所述拱顶至拱腰段系统锚杆22、拱腰至拱脚段系统锚杆23采用中空注浆锚杆，边墙系统锚杆21采用砂浆锚杆；所述拱腰至拱脚段系统锚杆23的长度大于边墙系统锚杆21的长度，边墙系统锚杆21的长度大于拱顶至拱腰段系统锚杆22的长度；所述拱腰至拱脚段系统锚杆23的布设密度大于边墙系统锚杆21的布设密度，边墙系统锚杆21的布设密度大于拱顶至拱腰段系统锚杆22的布设密度。参照图1，所述系统锚杆还包括分别设置于拱部、拱腰、拱脚部位与全环钢架10连接的第1组长锚杆41、第2组长锚杆42和第3组长锚杆43。即在隧道拱部钢架与临时竖撑连接处沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架10连接的第一组长锚杆41， 以替换拱部临时竖撑；在拱腰部位沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架10 连接的第二组长锚杆42，以达到“减跨”目的，在隧道拱脚处附近沿隧道开挖方向间隔设置锚固于围岩并与全环钢架10连接的第三组长锚杆43，以代替临时横撑。参照图3，所述第1 组长锚杆41、第2组长锚杆42和第3组长锚杆43通过钢垫板IOa与全环钢架10连接，其长度、布置密度应根据隧道跨度、开挖工法，围岩情况综合确定。参照图1，为加强拱部钢架
4连接处节点刚度，所述系统锚杆还包括设置于全环钢架10拱部节点处的节点加强锚杆51。参照图1和图2，所述全环钢架10沿隧道开挖方向间隔布设，且埋设于覆盖围岩的喷射混凝土层11内，喷射混凝土层11由初喷层11a、复喷层lib构成，其内布设钢筋网12。 喷射混凝土层11通常采用C25砼，初喷层Ila厚度通常为3 5cm，初喷混凝土后铺设钢筋网12，架立钢架再复喷至设计厚度，钢架20架设时利用系统锚杆进行定位。下面以改建铁路贵(阳)昆(明)线六盘水至沾益段乌蒙山二号隧道为实施例进一步说明本实用新型。乌蒙山二号隧道全长12260m，为六沾铁路最长隧道，受扒挪块车站地形限制和运营管理需要，扒挪块车站伸入乌蒙山二号隧道出口段，形成四线车站隧道， 长538m。最大开挖跨度达观.4^1，最大开挖面积为354.30m2。该段通过地层主要为泥质灰岩夹泥灰岩、泥岩、砂岩、页岩、页岩夹砂岩。现仅列举乌蒙山二号隧道DD87+940 DK288+090段(IV级深埋段)初期支护构造及具体参数如下全环钢架10、钢垫板10a、喷射混凝土层11、初喷层11a、复喷层lib、钢筋网12、第 1组长锚杆41、第2组长锚杆42、第3组长锚杆43、节点加强锚杆51、边墙系统锚杆21、拱顶至拱腰段系统锚杆22、拱腰至拱脚段系统锚杆23。喷射混凝土层11采用C25砼，厚度为27cm，设置I20b全环钢架10加强支护，纵向间距0. 6m，相邻两榀钢架间环向间隔设置cp22mm纵向连接钢筋，连接钢筋环向间距1. Om ； 全环钢架10节点加强锚杆51采用cp25mm的自进式锚杆，长5. Om,纵向间距0. 6m ；第1组长锚杆41、第2组长锚杆42、第3组长锚杆43采用cp32mm自进式锚杆，长13m，纵向间距
1.2m ；钢垫板IOa尺寸30cmX 60cmX km ；拱顶至拱腰段系统锚杆22、拱腰至拱脚段系统锚杆23采用cp25mm中空注浆锚杆，边墙系统锚杆21采用cp22mm砂浆锚杆，拱腰至拱脚段系统锚杆23长度为4. Om,边墙系统锚杆21长度为3. Om,拱顶至拱腰段系统锚杆22长度为
2.5m。拱部超前支护14采用cp75mm中管棚。采用该初期支护结构，在施工中，保证了拱部支护结构稳定，克服了传统隧道支护中锚杆等长不经济的缺点，确保了施工全过程处于安全、稳定、优质的可控状态，又能创造良好的社会效益，具有广阔的推广应用前景。以上所述只是用图解说明本实用新型四线大跨隧道不等参初期支护构造的一些原理，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。
权利要求1.四线大跨隧道不等参初期支护构造，包括全环钢架(10)和沿围岩拱墙面梅花形布设并与全环钢架(10)、围岩锚固连接的系统锚杆，其特征是所述系统锚杆按所在部位划分为边墙系统锚杆(21)、拱顶至拱腰段系统锚杆(22)、拱腰至拱脚段系统锚杆(23)，拱腰至拱脚段系统锚杆03)的支护强度大于边墙系统锚杆的支护强度，边墙系统锚杆 (21)的支护强度大于拱顶至拱腰段系统锚杆02)的支护强度。
2.如权利要求1所述的四线大跨隧道不等参初期支护构造，其特征是所述拱顶至拱腰段系统锚杆02)、拱腰至拱脚段系统锚杆03)采用中空注浆锚杆，边墙系统锚杆采用砂浆锚杆。
3.如权利要求1或2所述的四线大跨隧道不等参初期支护构造，其特征是所述拱腰至拱脚段系统锚杆03)的长度大于边墙系统锚杆的长度，边墙系统锚杆的长度大于拱顶至拱腰段系统锚杆02)的长度。
4.如权利要求1或2所述的四线大跨隧道不等参初期支护构造，其特征是所述拱腰至拱脚段系统锚杆(23)的布设密度大于边墙系统锚杆的布设密度，边墙系统锚杆 (21)的布设密度大于拱顶至拱腰段系统锚杆0 的布设密度。
5.如权利要求1所述的四线大跨隧道不等参初期支护构造，其特征是所述系统锚杆还包括分别设置于拱部、拱腰、拱脚部位与全环钢架10连接的第1组长锚杆Gl)、第2组长锚杆(42)和第3组长锚杆(43)。
6.如权利要求5所述的四线大跨隧道不等参初期支护构造，其特征是所述系统锚杆还包括设置于全环钢架(10)拱部节点处的节点加强锚杆(30)。
7.如权利要求1所述的四线大跨隧道不等参初期支护构造，其特征是所述全环钢架(10)沿隧道开挖方向间隔布设，且埋设于覆盖围岩的喷射混凝土层(11)内，喷射混凝土层(11)由初喷层(11a)、复喷层(lib)构成，其内布设钢筋网(12)。
专利摘要四线大跨隧道不等参初期支护构造，在确保施工安全和工程质量前提下，可有效地减小建设投资和避免造成浪费，使支护结构真正达到安全、可靠、经济、适用。它包括全环钢架(10)和沿围岩拱墙面梅花形布设并与全环钢架(10)、围岩锚固连接的系统锚杆。所述系统锚杆按所在部位划分为边墙系统锚杆(21)、拱顶至拱腰段系统锚杆(22)、拱腰至拱脚段系统锚杆(23)，拱腰至拱脚段系统锚杆(23)的支护强度大于边墙系统锚杆(21)的支护强度，边墙系统锚杆(21)的支护强度大于拱顶至拱腰段系统锚杆(22)的支护强度。
文档编号E21D11/10GK202148907SQ20112019209
公开日2012年2月22日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者于茂春, 仇文革, 卿伟宸, 唐国荣, 朱勇, 杨昌宇, 林本涛, 郑杰元, 陶伟明, 高扬 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司