本实用新型涉及隧道支护结构，属于地下工程支护结构领域，主要是用于膨胀性围岩段的隧道支护。
背景技术：
交通是一个国家发达与否的重要体现，在我国经济发展中占有非常重要的地位。我国属于多山国家，山区面积占了陆地面积的三分之二，许多城市被山脉所分割。为了缩短城市间的交通时间和缓解城市公共交通压力，我国兴建了大量的隧道，其中包括公路隧道、铁路隧道和地铁隧道。隧道在开挖过程中，可能会穿越石膏岩岩层。石膏岩在水的作用下具有吸水膨胀性，导致围岩变形，对隧道造成破坏。据前期研究成果分析，石膏纯度在90％的石膏质岩粉末重塑样在较长的水化膨胀周期中，膨胀力预测值可达到0.5kg/cm2数量级。因此，在施工设计过程中必须要考虑石膏岩的膨胀性对隧道的影响。其工程危害主要表现在隧道开挖初期易坍塌，随时间推移围岩大量向隧道内塑性挤出或者底板大量隆起，使支护和衬砌发生破坏，对隧道运营期间的安全性产生很大的影响。隧道仰拱底鼓危害最为严重，它不仅对底板造成危害，还会加速隧道边墙下部的收敛，引起支护发生整体破坏。目前有关膨胀性围岩隧道的设计施工在国内外尚无完善的方法。因此发明一种能够适应石膏岩段隧道支护结构具有非常重要的意义。
技术实现要素：
有鉴于此，本专利的目的在于提供一种适应高纯度石膏岩段隧道支护结构，能有效缓解围岩膨胀变形对隧道二次衬砌结构产生的挤压力，并在最大程度上避免仰拱出现底鼓、边墙底部出现拱出的危害。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本实用新型提供的一种适应高纯度石膏岩段隧道支护结构，包括沿隧道纵向在隧道径向设置具有复合式衬砌结构的拱体和仰拱，拱体的横断面呈C形，其开口与仰拱相对应，拱体与隧道围岩的上部相结合，所述仰拱与隧道围岩的下部通过水泥稳定级配碎石缓冲层相结合；所述拱体和仰拱沿隧道径向由内到外依次设置有二次衬砌、防水层、变形缓冲层和初期支护。
通过采用上述方案，本支护结构通过水泥稳定级配碎石缓冲层可产生一定的变形，并在仰拱的变形缓冲层基础上进一步减小围岩变形对仰拱的挤压力，该水泥稳定级配碎石缓冲层具有较好的抗渗性，地下水通过隧道支护结构表面汇集于水泥稳定级配碎石缓冲层表面后可迅速排走，避免了隧道底部出现积水，加速底部围岩的遇水膨胀作用，从而能缓解围岩变形对仰拱的挤压。
进一步，为更好的实现本实用新型，能抵抗围岩变形，避免隧道出现底鼓现象，及能缓解围岩变形对隧道支护结构的挤压，及能防止地下水入渗，特设置呈下述结构：所述二次衬砌由模筑钢筋混凝土形成；所述变形缓冲层由2层10cm厚FM450挤塑泡沫板组成，其抗压强度不小于0.45MPa；所述防水层由1.5mm厚EVA卷材和350g/m无纺布组成；所述初期支护由型钢拱架及喷射混凝土形成。
进一步，为更好的实现本实用新型，能加固隧道围岩，特设置呈下述结构：在拱体的初期支护周向外侧上间隔设置多个中空注浆锚杆；在仰拱的初期支护周向外侧上间隔设置多个注浆小导管。
进一步，为更好的实现本实用新型，能封闭隧道围岩，特设置呈下述结构：所述拱体的防水层和仰拱的防水层进行搭接，以形成隧道全环向封闭，其搭接宽度不小于10cm。
进一步，为更好的实现本实用新型，能加固隧道围岩，特设置呈下述结构：所述仰拱的二次衬砌较拱体的二次衬砌厚20cm～30cm。。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：本实用新型隧道支护结构通过设置变形缓冲层及水泥稳定级配碎石缓冲层，可有效减小围岩大量向隧道内塑性挤出对支护结构造成的挤压力，避免了围岩挤出对隧道造成破坏，水泥稳定级配碎石缓冲层还可将汇集于隧道底部的地下水与围岩隔开并快速排走，避免了底部石膏岩遇水膨胀。同时，由于隧道仰拱底鼓危害最为严重，因此采取了增大仰拱厚度、并在起拱线以下采用小导管注浆加固围岩等措施。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
图1为本实用新型隧道支护结构的示意图；
附图标记：1-拱体，2-仰拱，3-二次衬砌，4-防水层，5-变形缓冲层，6-初期支护，7-中空注浆锚杆，8-注浆小导管，9-水泥稳定级配碎石缓冲层。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实施例提供的一种适应高纯度石膏岩段隧道支护结构，包括沿隧道纵向在隧道径向设置具有复合式衬砌结构的拱体1和仰拱2，拱体1的横断面呈C形，其开口与仰拱2相对应，拱体1与隧道围岩的上部相结合，仰拱2与隧道围岩的下部通过水泥稳定级配碎石缓冲层9相结合，即该水泥稳定级配碎石缓冲层9位于仰拱2下方；拱体1和仰拱2沿隧道径向由内到外依次设置有二次衬砌3、防水层4、变形缓冲层5和初期支护6。本隧道支护结构通过在膨胀压力最大的仰拱下方增设一层缓冲层，该缓冲层由水泥稳定级配碎石组成，便于施工成形，可产生一定的变形。
通过采用上述方案，本隧道支护结构通过水泥稳定级配碎石缓冲层可产生一定的变形，并在仰拱的变形缓冲层基础上进一步减小围岩变形对仰拱的挤压力，该水泥稳定级配碎石缓冲层具有较好的抗渗性，地下水通过隧道支护结构表面汇集于水泥稳定级配碎石缓冲层表面后可迅速排走，避免了隧道底部出现积水，加速底部围岩的遇水膨胀作用，从而能缓解围岩变形对仰拱的挤压。
本实施例中，鉴于现场实际施工周期短，且石膏围岩自身具有一定的隔水性，在施工期内石膏围岩周边水文环境一般不会出现大的变化而引起石膏岩膨胀变形，因此，所述初期支护6可采用型钢拱架的加强型初支并配以喷射混凝土形成，而不用考虑围岩的膨胀属性，且能抵抗围岩变形。
本实施例中，所述变形缓冲层5是一种质轻、耐水、耐压、尺寸稳定性好的材料，其抗压强度不小于0.45MPa，可采用2层10cm厚FM450挤塑泡沫保温隔热板组成，能缓解围岩变形对隧道支护结构的挤压。该变形缓冲层既能承受正常的围岩压力，又能在后期石膏围岩膨胀挤压超过其承载力而自动破坏，提供变形空间，从而达到降低石膏围岩对二次衬砌的膨胀压力的目的。
本实施例中，所述防水层4由1.5mm厚EVA卷材和350g/m无纺布组成，卷材采用双缝热焊，能防止地下水入渗。且拱体1的防水层4和仰拱2的防水层4进行搭接，以形成隧道全环向封闭，其搭接宽度不小于10cm。
本实施例中，所述二次衬3砌由模筑钢筋混凝土形成，能抵抗围岩变形，避免隧道出现底鼓现象。该仰拱2的径向厚度大于拱体1的径向厚度，具体的，仰拱2的二次衬砌5较拱体1的二次衬砌5厚20cm～30cm。这样，对二次衬砌仰拱进行了加厚，使内轮廓更接近圆形的受力结构，更有利于抵抗膨胀压力，结构可采用70cm厚加强型钢筋混凝土，为运营期间隧道安全运营提供安全储备。
本实施例中，在拱体1的初期支护6周向外侧上间隔设置多个中空注浆锚杆7；在仰拱2的初期支护6周向外侧上间隔设置多个注浆小导管8。通过注浆，既能加固围岩，又能降低衬砌周边石膏岩的纯度，及改变物理力学性质，减轻其膨胀性。所述注浆小导管适当加长、加密，可着重改善仰拱底部石膏围岩。
现结合上述方案通过施工工艺来详细的阐述下本隧道支护结构，其具体的施工步骤如下：
1、上台阶开挖、锚喷支护施工：首先开挖隧道上台阶，开挖完成后，沿着开挖轮廓面打设A25cm、长4m，间距@＝60cm(纵)×120cm(环)中空注浆锚杆7，随后铺设钢筋网并喷射26cm厚的C30防腐混凝土，并采用20b工字钢作为初期支护6的加劲措施，其纵向中心间距为0.6m，初期支护6沿隧道开挖外轮廓全周布置；
2、下台阶开挖及仰拱施工：下台阶施工时仰拱底部超挖30cm，完成后，在起拱线以下采用A42、长5.5m，间距@＝120(纵)×100(环)注浆小导管8，随后在超挖部分回填水泥稳定级配碎石缓冲层9，待水泥稳定级配碎石缓冲层9成型后，依次进行26cm厚仰拱初期支护6(型钢拱架及喷射混凝土)、20cm厚仰拱变形缓冲层5、仰拱防水层4、90cm厚仰拱二次衬砌3(模筑钢筋混凝土)施工；
3、拱体变形缓冲层施工：拱体变形缓冲层5采用2层10cm厚FM450挤塑泡沫保温隔热板，该材料具有质轻、耐水、耐压、尺寸稳定性好的性能，其抗压强度不小于0.45MPa；
4、拱体防水层施工：拱体1的防水层4应与仰拱2的防水层4进行搭接，防水层由1.5mm厚EVA卷材和350g/m无纺布组成，卷材采用双缝热焊，搭接宽度不小于10cm，防水层全周封闭；
5、拱体二次衬砌施工：拱体二次衬砌3应在变形稳定后施作，具体时间为围岩变形稳定时，即其变形速率小于0.5mm/d，采用C45钢筋混凝土进行浇筑，厚度为70cm。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。