一种锚索对拉型支护结构体系及施工方法与流程

本发明涉及一种隧道支护体系，具体涉及一种穿越巨型溶洞的隧道的锚索对拉型支护结构体系及施工方法。

背景技术：

进入二十一世纪来，我国铁路建设高速发展，时速200km以上高标准双线铁路修建越来越多，在西部地区，线路展线受曲线半径大、地形地质条件复杂等多种因素的制约，隧道规模越来越大。特别在西南山区，岩溶发育，长大岩溶隧道也越来越多，隧道施工中不可避免要遇到各种岩溶形态。

一般情况下，铁路穿越中小型溶洞时，常常利用回填、跨越、支顶等方案，但对于巨型溶洞，尤其是空腔大、地下暗河发育、高度达上百米的巨型溶洞，单纯利用上述方案均不能有效确保施工及运营安全。当溶洞深度太大，沿线路方向长度太长时，采用回填方案时，回填量过于庞大并且不能有效控制基础沉降，无法保证隧道结构在施工及运营过程中的安全稳定；利用跨越方案时以高墩大跨结构最为常见，施工难度大，且需分别设置承担列车荷载和衬砌结构的桥跨结构，工程造价高昂。

因此，对于采用跨越方案穿越巨型溶洞大厅的大断面隧道，提出一种能有效控制隧道结构整体沉降、保证运营安全，，改善隧道衬砌结构的受力特点的结构体系是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种锚索对拉型支护结构体系及施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种锚索对拉型支护结构体系，包括竖向导洞、隧道正洞、第一对拉锚索和第二对拉锚索；所述竖向导洞设置于所述隧道正洞上方的岩体中，且与所述隧道正洞平行设置；所述第一对拉锚索自上而下地设置，上端固定于地表，下端固定于所述竖向导洞；所述第二对拉锚索自上而下地设置，上端固定于所述竖向导洞上，下端固定于所述隧道正洞内的正洞二次衬砌结构上。

本发明提供的锚索对拉型支护结构体系中，围岩压力和隧道结构荷载可由竖向导洞和对拉型锚索传递至上部岩体，改善隧道衬砌结构受力特征的目的，能够有效地解决隧道穿越巨型溶洞大厅时隧道结构下方发生不均匀沉降变形等问题，提高结构自身稳定性。在巨型溶洞中应用时，可大幅减少填方量及隧道基础处理措施，能够有效降低工程造价，为隧道穿越巨型溶洞大厅提供新的思路和新的方法，具有较高的社会经济效益和深远的应用前景。

作为本发明的优选方案，所述第一对拉锚索的下端固定于所述竖向导洞内的导洞二次衬砌结构上；第二对拉锚索的下端固定于隧道正洞内的正洞二次衬砌结构上。

作为本发明的优选方案，所述竖向导洞中设有导洞底板和导洞地梁，所述导洞地梁设置于所述导洞底板上；所述第二对拉锚索的上端固定于所述导洞地梁上。

作为本发明的优选方案，锚索对拉型支护结构体系包括至少两个自上而下分布的竖向导洞，其中一个所述竖向导洞通过第一对拉锚索锚固于地表，另一个所述竖向导洞通过第二对拉锚索与所述隧道正洞相连，相邻两个所述竖向导洞之间通过第三对拉锚索相连。通过这种结构，可以根据实际情况决定竖向导洞的数量。

作为本发明的优选方案，锚索对拉型支护结构体系还包括竖井和横通道，所述竖井上端连通至地表，下端与所述横通道连通，所述横通道与所述竖向导洞连通。

作为本发明的优选方案，所述隧道正洞穿越溶洞大厅，所述溶洞大厅的上部围岩中设有锚网喷支护结构。锚网喷支护能较好地加固隧道正洞上方围岩。

一种锚索对拉型支护结构体系的施工方法，包括以下步骤：

s1.开挖竖井和横通道至设计位置；

s2.施工竖向导洞；

s3.施作第一对拉锚索；

s4.施作溶洞大厅顶部的锚网喷支护结构；

s5.施工隧道正洞；

s6.施做第二对拉锚索。

本发明提供的上述竖向导洞锚索对拉型支护结构体系的施工方法，首先施作竖井和横通道，再进行竖向导洞的开挖，在竖向导洞结构上采用对拉型锚索。本发明所述施工方法安全可靠，施工效率高。对拉型锚索可将隧道正洞结构所受到的荷载传递至竖向导洞及上部岩体，有效地解决了隧道穿越巨型溶洞大厅易出现沉降变形的问题。与传统施工方法相比，对拉型锚索受力简单明确，同时竖向导洞地梁可以起到均匀分配荷载的作用，消除了传统施工方法致使隧道支护结构受力复杂的缺陷，增加了隧道结构的整体稳定性。同时突破了传统思维，降低对基底处理措施的投入量，竖井深度和竖向导洞位置及数量可根据隧道正洞的埋深进行合理调整，施工方法具有极高的灵活性和适应性。

作为本发明的优选方案，重复步骤s2至步骤s6，直至达到隧道该工法设计段落全长。

作为本发明的优选方案，所述步骤s2包括：

s21.开挖所述竖向导洞；

s22.施作竖向导洞二次衬砌和导洞底板；

s23.待所述竖向导洞结构稳定后，施作导洞地梁。

作为本发明的优选方案，所述步骤s5包括：

s51.施作正洞底板；

s52.施作正洞二次衬砌结构；

s53.对所述隧道正洞底部填充层进行回填。

作为本发明的优选方案，在所述步骤s3结束后，重复进行步骤s1和步骤s2,施工形成至少两个自上而下分布的竖向导洞；每施工完成一个竖向导洞后，对位于下方的各个所述竖向导洞施作第三对拉锚索，使相邻两个所述竖向导洞通过第三对拉锚索相连，然后进行步骤s4-步骤s6。

作为本发明的优选方案，在所述步骤s4中，采用弃渣回填，形成用于施工所述锚网喷支护结构的施工平台，或在溶洞内搭设用于施工所述锚网喷支护结构的脚手架。

本发明提供的上述锚索对拉型支护结构体系的施工方法中，竖向导洞的位置和数量可根据溶洞的埋深进行合理调整，故该结构能适应复杂多变的环境，大大提高线路选择的灵活性和隧道支护结构的多样性。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的锚索对拉型支护结构体系中，围岩压力和隧道结构荷载可由竖向导洞和对拉型锚索传递至上部岩体，改善隧道衬砌结构受力特征，能够有效地解决隧道穿越巨型溶洞大厅时隧道结构下方发生不均匀沉降变形等问题，提高结构自身稳定性。在巨型溶洞中应用时，可大幅减少填方量及隧道基础处理措施，能够有效降低工程造价，为隧道穿越巨型溶洞大厅提供新的思路和新的方法，具有较高的社会经济效益和深远的应用前景。

2.本发明提供的锚索对拉型支护结构体系的施工方法中，首先施作竖井和横通道，再进行竖向导洞的开挖，在竖向导洞结构上采用对拉型锚索。本发明所述施工方法安全可靠，施工效率高。对拉型锚索可将隧道正洞结构所受到的荷载传递至竖向导洞及上部岩体，有效地解决了隧道穿越巨型溶洞大厅易出现沉降变形的问题。与传统施工方法相比，对拉型锚索受力简单明确，同时竖向导洞地梁可以起到均匀分配荷载的作用，消除了传统施工方法致使隧道支护结构受力复杂的缺陷，增加了隧道结构的整体稳定性。同时突破了传统思维，降低对基底处理措施的投入量，竖井深度和竖向导洞位置及数量可根据隧道正洞的埋深进行合理调整，施工方法具有极高的灵活性和适应性。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的锚索对拉型支护结构体系的结构示意图。

图2是本发明实施例1提供的锚索对拉型支护结构体系的竖向导洞的结构示意图。

图3是本发明实施例1提供的锚索对拉型支护结构体系的隧道正洞的结构示意图。

图4是本发明实施例1提供的锚索对拉型支护结构体系的施工方法中，施工竖井和横通道之后的示意图。

图5是本发明实施例1提供的锚索对拉型支护结构体系的施工方法中，施工竖向导洞后的示意图。

图6是本发明实施例1提供的锚索对拉型支护结构体系的施工方法中，施工第一对拉锚索后的示意图。

图7是本发明实施例1提供的锚索对啦形支护结构体系的施工方法中，施工锚网喷支护后的示意图。

图8是本发明实施例1提供的锚索对拉型支护结构体系的施工方法中，施工隧道正洞后的示意图。

图9是本发明实施例2提供的锚索对拉型支护结构体系的结构示意图。

图标：1-竖井；2-横通道；10-第一对拉锚索；11-第二对拉锚索；12-第三对拉锚索；13-锚网喷支护；30-导洞二次衬砌；61-导洞底板；20a-导洞左侧地梁；20b-导洞右侧地梁；3-竖向导洞；4-隧道正洞；31-正洞二次衬砌；41-正洞左侧排水沟；42-正洞右侧排水沟；53-正洞中央排水沟；50-底部填充层；60-正洞底板；51-上部岩体；70-溶洞大厅；80-地面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1-图8。本发明实施例提供了一种锚索对拉型支护结构体系，其包括竖向导洞3、隧道正洞4、第一对拉锚索10和第二对拉锚索11。

竖向导洞3设置于隧道正洞4上方的岩体中，且竖向导洞3与隧道正洞4平行设置。第一对拉锚索10自上而下地设置，上端固定于地表，下端固定于所述竖向导洞3。第二对拉锚索11自上而下地设置，上端固定于所述竖向导洞3上，下端固定于所述隧道正洞4内的正洞二次衬砌31结构上。

请参阅图2，竖向导洞3中设置导洞二次衬砌30、导洞底板61和导洞地梁。导洞地梁的数量为两个，分别为导洞左侧地梁20a和导洞右侧地梁20b。进一步的，第一对拉锚索10的下端固定在导洞二次衬砌30上。第二对拉锚索11的上端固定在导洞左侧地梁20a和导洞右侧地梁20b上。

请参阅图3，隧道正洞4中设置有正洞二次衬砌31、正洞底板60、正洞底部填充层50、正洞中央排水沟53、正洞左侧排水沟41和正洞右侧排水沟42。

该结构体系还包括竖井1、横通道2和锚网喷支护13，竖井1和所述横通道2两者互相连通，横通道2与竖向导洞3连通。进一步的，竖井1设置在竖向导洞3的一侧。在本实施例中，竖井1与竖向导洞3的净距范围为15m-20m。锚网喷支护13位于隧道正洞4的上方，用于实现对溶洞大厅70上部的加固。

本发明提供的锚索对拉型支护结构体系的有益效果在于：

1.围岩压力和隧道结构荷载可由竖向导洞3和对拉型锚索传递至上部岩体51，同时锚网喷防护能较好地加固隧道正洞4上方围岩，实现综合改善隧道衬砌结构受力特征的目的，能够有效地解决隧道穿越巨型溶洞大厅70时隧道结构下方发生不均匀沉降变形等问题，提高结构自身稳定性；

2.可大幅减少填方量及隧道基础处理措施，能够有效降低工程造价，为隧道穿越巨型溶洞大厅70提供新的思路和新的方法，具有较高的社会经济效益和深远的应用前景。

针对上述的锚索对拉型支护结构体系，本发明实施例提供了一种锚索对拉型支护结构体系的施工方法，其包括以下步骤：

s1.开挖竖井1和横通道2至设计位置；

请参阅图4，具体的，在步骤s1中，确定巨型溶洞大厅70的位置及范围，开挖竖井11和横通道22至设计位置；

s2.施工竖向导洞3；

请参阅图5及图6，具体的，步骤s2包括以下步骤：

s21.开挖竖向导洞3；

s22.施作导洞二次衬砌30和导洞底板61；

s23.待竖向导洞3结构稳定后，施作导洞左侧地梁20a和导洞右侧地梁20b；

s3.施作第一对拉锚索10；

具体的，在步骤s3中，施作第一对拉锚索10，使第一对拉锚索10的上端固定于地面80，下端固定于导洞二次衬砌30上；

s4.请参阅图7，施作溶洞大厅70顶部的锚喷网支护13；

具体的，在步骤s4中，采用弃渣回填，形成用于施工所述锚网喷支护13结构的施工平台，或在溶洞内搭设用于施工所述锚网喷支护13结构的脚手架。

s5.施工隧道正洞4；

请参阅图8，具体的，步骤s5包括以下步骤:

s51.施作正洞底板60；

s52.施作正洞二次衬砌31结构；

s53.对所述隧道正洞4底部填充层50进行回填。

进一步的，在步骤s53中，采用c20混凝土对正洞底部填充层50进行回填。

s6.施做第二对拉锚索11。

请参阅图1，具体的，在步骤s6中，施作第二对拉锚索11，使第二对拉锚索11一端固定于导洞左侧地梁20a或导洞右侧地梁20b，另一端固定于正洞二次衬砌31结构上。

重复进行步骤s2-步骤s6，直至隧道中该工法的设计段落全长开挖完工。

本发明实施例提供的锚索对拉型结构支护体系施工方法的有益效果在于：

首先施作竖井1和横通道2，再进行竖向导洞3的开挖，在竖向导洞3结构上采用对拉型锚索。对拉型锚索可将隧道正洞4结构所受到的荷载传递至竖向导洞3及上部岩体51，有效地解决了隧道穿越溶洞大厅70易出现沉降变形的问题。与传统施工方法相比，对拉型锚索受力简单明确，同时竖向导洞3地梁可以起到均匀分配荷载的作用，消除了传统施工方法致使隧道支护结构受力复杂的缺陷，增加了隧道结构的整体稳定性。同时突破了传统思维，降低对基底处理措施的投入量，竖井1深度和竖向导洞3位置及数量可根据隧道正洞4的埋深进行合理调整，施工方法具有极高的灵活性和适应性。

本发明所提供的施工方法安全可靠，施工效率高。

实施例2

请参阅图9，本发明实施例提供了一种锚索对拉型支护结构体系，其与实施1中的锚索对拉型支护结构体系的区别在于：在本实施例中，竖向导洞3的数量为两个，通过设置第三对拉锚索12连接两个竖向导洞3。

针对本实施例中的锚索对拉型支护结构体系，本实施例提供了一种锚索对拉型支护结构体系的施工方法，其包括以下步骤：

s1.开挖竖井1和横通道2至设计位置；

具体的，在步骤s1中，确定巨型溶洞大厅70的位置及范围，开挖竖井1和横通道2至设计位置；

s2.施工竖向导洞3；

具体的，步骤s2包括以下步骤：

s21.开挖竖向导洞3；

s22.施作竖向导洞二次衬砌30和导洞底板61；

s23.待竖向导洞3结构稳定后，施作导洞左侧地梁20a和导洞右侧地梁20b；

s3.施作第一对拉锚索10；

具体的，在步骤s3中，施作第一对拉锚索10，使第一对拉锚索10的上端固定于地面80，下端固定于导洞二次衬砌30上；

在步骤s3结束后，再次进行步骤s1和步骤s2，在上一竖向导洞3的下方开挖另一个竖向导洞3，即：

s1.开挖竖井1和横通道2至设计位置；

s2.施工竖向导洞3；

然后施作第三对拉锚索12，使第三对拉锚索12的上端固定于上方的竖向导洞3中的导洞左侧地梁20a和导洞右侧地梁20b上，下端固定于下方的竖向导洞3内的导洞二次衬砌30上。

再进行步骤s4-步骤s6：

s4.施作溶洞大厅70顶部的锚喷网防护13；

具体的，在步骤s4中，采用弃渣回填，形成用于施工所述锚网喷支护13结构的施工平台，或在溶洞内搭设用于施工所述锚网喷支护13结构的脚手架。

s5.施工隧道正洞4；

具体的，步骤s5包括以下步骤:

s51.施作正洞底板60；

s52.施作正洞二次衬砌31结构；

s53.对所述隧道正洞4底部填充层50进行回填。

进一步的，在步骤s53中，采用c20混凝土对正洞底部填充层50进行回填。

s6.施做第二对拉锚索11。

具体的，在步骤s6中，施作第二对拉锚索11，使第二对拉锚索11一端固定于导洞左侧地梁20a或导洞右侧地梁20b，另一端固定于正洞二次衬砌31结构。

重复上述步骤，直至隧道该工法设计段落全长开挖完工。

在本发明的其他实施例中，竖向导洞3的个数还可以具有其他选择，例如设置为三个、四个或为正整数的其他情形。根据本实施例公开的内容，本领域技术人员容易推知：要施工形成三个及以上的竖向导洞3，只需要重复步骤s1和步骤s2相应的次数、并在每完成一个竖向导洞3时，将其与上一个竖向导洞3通过第三对拉锚索12连接在一起即可。

在实施例1提供的结构体系和施工方法的基础上，本实施例提供的锚索对拉型支护结构体系及施工方法还具有以下有益效果：

竖向导洞3的位置和数量可根据溶洞的埋深进行合理调整，故该结构能适应复杂多变的环境，大大提高线路选择的灵活性和隧道支护结构的多样性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。