一种用于控制地面构筑物沉降的隧道支护结构的制作方法

1.本实用新型涉及隧道工程技术领域，涉及一种用于控制地面构筑物沉降的隧道支护结构。


背景技术：

2.随着我国城市化的快速推进，城市路网的不断建设和完善，市政道路下穿既有构筑物的数量与日俱增，而大断面市政道路下穿结构由于其开挖断面大、距离既有构筑物距离近、既有构筑物对下穿结构的变形敏感导致该类结构建造技术确极为复杂。而市政道路下穿结构的建造技术确极为复杂，尤其是其施工过程中结构安全和既有结构运营安全的控制技术难度极大且成本极高，如何权衡其经济性和安全性显得尤为重要。目前我国在该领域的建造技术尚处于探索研究阶段。目前解决办法主要是采用浅埋暗挖双联拱隧道，由于双联拱隧道本身施工难度就极大，若要求其严格控制沉降和变形则进一步加大其施工难度和风险，隧道在施工过程中极易发生冒顶、塌方等严重的安全事故，也有可能导致既有构筑物的异常沉降、过大变形导致其无法正常运营甚至出现安全事故，影响工程项目的经济效益、社会效益和环境效益。
3.目前常规设计中，双联拱隧道主要以预支护形式为主，包括深孔注浆、超前小导管、管棚等。对于下穿既有构筑物双联拱隧道支护，一是隧道覆土过薄（一般仅为1-3米），其围岩性质极为不稳定，没有任何自稳性，且其岩性一般均很差，其施工安全风险较常规隧道极大，在隧道开挖过程随着地应力的急剧变化，导致其地面极易产生沉陷，施工过程中需严格控制其沉降变形；二是既有构筑物对于沉降和变形要求较高（如地铁要求结构沉降小于20mm），这就给暗挖隧道的施工产生了巨大的制约，施工过程需实时调整施工工序，但对于其地面的沉降过程的控制依旧难以精细化，致使隧道结构施工缓慢，人力物力的投入不可控制。


技术实现要素：

4.鉴于此，本实用新型提供一种用于控制地面构筑物沉降的隧道支护结构，解决了现有技术中既有构筑物双联拱隧道支护受地面沉降和变形影响较大的问题。
5.一种用于控制地面构筑物沉降的隧道支护结构，包括双联拱隧道，所述双联拱隧道包括中导洞、左导洞和右导洞，所述双联拱隧道的底部为基底，所述双联拱隧道的隧道顶拱围岩上设有钢拱架，包括设置在钢拱架上的注浆加固结构和锁扣管幕组件；
6.所述注浆加固结构可拆卸地安装在钢拱架上并用于注浆加固钢拱架和基座；
7.所述锁扣管幕组件包括依次布置在钢拱架上的多个锁扣管幕。
8.这种结构，通过锁扣管幕和钢拱架共同组成了预支护体系，锁扣管幕通过自身之间的咬合和注浆形成了一个封闭的支护体系，不仅能够提高巨大的结构刚度，还能形成帷幕以保护施工过程中的人员安全，能够极大的加快施工进度、减少围岩暴露时间、最高限度的降低施工过程对既有构筑物的扰动，确保了下穿结构的可靠性和安全性。
9.具体地，所述注浆加固结构包括横向临时拱架、中导洞临时拱架、纵向临时拱架、多个注浆导管和基底注浆导管，所述横向临时拱架与中导洞临时拱架连通，所述横向临时拱架远离中导洞临时拱架的两端与钢拱架连通，所述纵向临时拱架的一端与钢拱架连接且其另一端与基底连通，多个所述注浆导管均匀设置在纵向临时拱架和中导洞临时拱架，多个基底注浆导管均匀设置在基底上。
10.在此基础上，还包括设置在所述双联拱隧道的掌子面外周的止浆墙。
11.在此基础上，还包括在双联拱隧道的掌子面上按梅花形布置的多个注浆孔，多个所述注浆孔的间距不大于1m。
12.这种结构，在施工前及施工中采用锁扣管幕注浆支护、掌子面全断面深孔注浆、钢拱架以及基底小导管注浆的加固方式，精确控制隧道掘进前及掘进过程中隧道围岩的稳定性和整体性，完全实现了对既有构筑物的沉降控制和安全运行。
13.优选的，多个所述注浆孔按排分布并被划分为奇数排注浆孔和偶数排注浆孔，所述奇数排注浆孔和偶数排注浆孔依次完成注浆。
14.具体地，所述双联拱隧道的掌子面上的注浆顺序采用从上而下，从中间向两边的方式。
15.这种结构，沿掌子面梅花形布置，采用分段后退式静压注浆，掌子面注浆顺序采取“从上到下、跳一排孔、隔一个孔”方法,完成奇数系列孔位后,偶数系列孔位既是注浆孔也是检查孔。当注浆压力超过0.5mpa时,稳压10min注浆压力下降不超过10%表明封闭体内注浆饱和。注浆结束前，对注浆效果进行检查，确认已达到注浆加固要求，方可结束注浆，否则补孔注浆。
16.在此基础上，所述锁扣管幕包括相互平行设置的主无缝钢管、至少两个副无缝钢管、第一搭接角钢组和第二搭接角钢组，所述至少两个副无缝钢管设置在主无缝钢管的一侧，所述第一搭接角钢组和第二搭接角钢组设置在主无缝钢管的两侧。
17.具体地，所述第一搭接角钢组包括两个相对设置的第一角钢，所述第二搭接角钢组包括两个相背设置的第二角钢，相邻所述的第一角钢和第二角钢相互搭接。
18.在此基础上，还包括对所述主无缝钢管的截面进行封闭的封孔板，对副无缝钢管进行填充的水泥砂浆以及对锁扣管幕进行填充的微膨胀混凝土。
19.这种结构，采用1根φ402x10主无缝钢管、2根φ42x2副无缝钢管、两个相对设置的第一角钢和两个相背设置的第二角钢通过焊接形成1根管幕，为加快施工进度将2根锁扣管幕焊接成1套进行同步顶进，锁扣管幕到位后采用封孔板进行封闭，待第三套管幕就位后将第一套管幕的无缝钢管采用水泥砂浆进行填充，随后采用微膨胀混凝土对锁扣管幕进行填充，然后循环施工，直至所有锁扣管幕施工完毕。
20.在此基础上，所述双联拱隧道的中导洞、左导洞和右导洞均按上下两部分分区，并采用分部开挖的方式建成。
21.在此基础上，还包括贴合浇筑在所述钢拱架和基底内的混凝土，形成二次衬砌以进行二次加固。
22.本实用新型的有益效果在于：在施工前及施工中采用锁扣管幕注浆支护、掌子面全断面深孔注浆、钢拱架以及基底小导管注浆的加固方式，精确控制隧道掘进前及掘进过程中隧道围岩的稳定性和整体性，完全实现了对既有构筑物的沉降控制和安全运行；较好
的实现了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤测量”目标，最终达到预设的控制效果，在开挖及初支完成后，根据实时监控、动态设计的方法，及时施做仰拱及拱墙部分的混凝土形成二次衬砌，成功解决了严格控制地面构筑物沉降的浅埋暗挖双联拱隧道的设计和施工难题。
附图说明
23.图1为本技术一种用于控制地面构筑物沉降的隧道支护结构的结构示意图（包括双联拱隧道分部划分区域）；
24.图2为本技术中注浆加固结构的结构示意图；
25.图3为本技术中在掌子面上设置注浆孔和注浆墙的结构示意图；
26.图4为本技术中锁扣管幕的结构示意图；
27.图5为本技术中主无缝钢管(含封孔板)的结构示意图；
28.图6为本技术中1套锁扣管幕（由2根锁扣管幕焊接而成）的结构示意图；
29.附图标记说明：
30.1-中导洞；
31.2-左导洞、201-左主洞先行导洞上部、202-左主洞先行导洞下部、203-左主洞后行导洞上部、204-左主洞后行导洞下部、205-左主洞中导洞上部、206-左主洞中导洞下部；
32.3-右导洞、301-右主洞先行导洞上部、302-右主洞先行导洞下部、303-右主洞后行导洞上部、304-右主洞后行导洞下部、305-右主洞中导洞上部、306-右主洞中导洞下部；
33.4-钢拱架；
34.5-注浆加固结构、501-横向临时拱架、502-中导洞临时拱架、503-纵向临时拱架、504-注浆导管、505-基底注浆导管；
35.6-锁扣管幕、601-主无缝钢管、602-副无缝钢管、603-第一角钢、604-第二角钢、605-封孔板；
36.7-止浆墙，8-注浆孔；
37.901-左洞仰拱二衬，902-右洞仰拱二衬，903-左洞二次衬砌，904-右洞二次衬砌。
具体实施方式
38.为更进一步阐述本实用新型为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
39.实施例1
40.如图1所示，一种用于控制地面构筑物沉降的隧道支护结构，包括双联拱隧道，所述双联拱隧道包括中导洞1、左导洞2和右导洞3，所述双联拱隧道的底部为基底，所述双联拱隧道的隧道顶拱围岩上设有钢拱架4，包括设置在钢拱架4上的注浆加固结构5和锁扣管幕组件；
41.所述注浆加固结构5可拆卸地安装在钢拱架4上并用于注浆加固钢拱架4和基座；
42.所述锁扣管幕组件包括依次布置在钢拱架4上的多个锁扣管幕6。
43.这种结构，通过锁扣管幕6和钢拱架4共同组成了预支护体系，锁扣管幕6通过自身
之间的咬合和注浆形成了一个封闭的支护体系，不仅能够提高巨大的结构刚度，还能形成帷幕以保护施工过程的人员安全，能够极大的加快施工进度、减少围岩暴露时间、最高限度的降低施工过程对既有构筑物的扰动，确保了下穿结构的可靠性和安全性。
44.实施例2
45.在实施例1的基础上，如图1-3所示，具体地，所述注浆加固结构5包括横向临时拱架501、中导洞临时拱架502、纵向临时拱架503、多个注浆导管504和基底注浆导管505，所述横向临时拱架501与中导洞临时拱架502连通，所述横向临时拱架501远离中导洞临时拱架502的两端与钢拱架4连通，所述纵向临时拱架503的一端与钢拱架4连接且其另一端与基底连通，多个所述注浆导管504均匀设置在纵向临时拱架503和中导洞临时拱架502，多个基地注浆导管504均匀设置在基底上。
46.在此基础上，还包括设置在所述双联拱隧道的掌子面外周的止浆墙7。
47.在此基础上，还包括在双联拱隧道的掌子面上按梅花形布置的多个注浆孔8，多个所述注浆孔8的间距不大于1m。
48.这种结构，在施工前及施工中采用锁扣管幕6注浆支护、掌子面全断面深孔注浆、钢拱架4以及基底导管注浆的加固方式，精确控制隧道掘进前及掘进过程中隧道围岩的稳定性和整体性，完全实现了对既有构筑物的沉降控制和安全运行。
49.优选的，多个所述注浆孔8按排分布并被划分为奇数排注浆孔和偶数排注浆孔，所述奇数排注浆孔和偶数排注浆孔依次完成注浆。
50.具体地，所述双联拱隧道的掌子面上的注浆顺序采用从上而下的方式。
51.这种结构，沿掌子面梅花形布置，采用分段后退式静压注浆，掌子面注浆顺序采取“从上到下、跳一排孔、隔一个孔”方法,完成奇数系列孔位后,偶数系列孔位既是注浆孔8也是检查孔。当注浆压力超过0.5mpa时,稳压10min注浆压力下降不超过10%表明封闭体内注浆饱和。注浆结束前，对注浆效果进行检查，确认已达到注浆加固要求，方可结束注浆，否则补孔注浆。
52.实施例3
53.在实施例1或2的基础上，如图4-6所示，所述锁扣管幕6包括相互平行设置的主无缝钢管601、至少两个副无缝钢管602、第一搭接角钢组和第二搭接角钢组，所述至少两个副无缝钢管602设置在主无缝钢管601的一侧，所述第一搭接角钢组和第二搭接角钢组设置在主无缝钢管601的两侧。
54.具体地，所述第一搭接角钢组包括两个相对设置的第一角钢603，所述第二搭接角钢组包括两个相背设置的第二角钢604，相邻所述的第一角钢603和第二角钢604相互搭接。
55.在此基础上，还包括对所述主无缝钢管601的截面进行封闭的封孔板605，对副无缝钢管602进行填充的水泥砂浆以及对锁扣管幕6进行填充的微膨胀混凝土。
56.这种结构，采用1根φ402x10主无缝钢管601、2根φ42x2副无缝钢管602、两个相对设置的第一角钢603和两个相背设置的第二角钢604通过焊接形成1根管幕，为加快施工进度将2根锁扣管幕6焊接成1套进行同步顶进，锁扣管幕6到位后采用封孔板605进行封闭，待第三套管幕就位后将第一套管幕的无缝钢管采用水泥砂浆进行填充，随后采用微膨胀混凝土对锁扣管幕6进行填充，然后循环施工，直至所有锁扣管幕6施工完毕。
57.在此基础上，还包括贴合浇筑在所述钢拱架4和基底内的混凝土，二次衬砌进行二
次加固。
58.实施例4
59.在实施例1、2或3的基础上，如图2所示，所述双联拱隧道的中导洞1、左导洞2和右导洞3均按上下两部分分区，并采用分部方式开挖，较好的实现了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤测量”目标，最终达到预设的控制效果，在此基础上，还包括贴合浇筑在所述钢拱架4和基底内的混凝土，二次衬砌进行二次加固，分部开挖的具体过程包括中导洞1开挖，中导洞1初期支护，浇筑中墙，回填中墙两侧导洞；左主洞先行导洞上部201开挖，左主洞先行导洞上部201初期支护；左主洞先行导洞下部202开挖，左主洞先行导洞下部202初期支护；左主洞后行导洞上部203开挖，左主洞后行导洞上部203初期支护；左主洞后行导洞下部204开挖，左主洞后行导洞下部204初期支护；左主洞中导洞上部205开挖，左主洞中导洞上部205初期支护；左主洞中导洞下部206开挖，左主洞中导洞下部206初期支护；浇筑左洞仰拱二衬901；全断面模筑左洞二次衬砌903；右主洞先行导洞上部301开挖；右主洞先行导洞上部301初期支护；右主洞先行导洞下部302开挖；右主洞先行导洞下部302初期支护；右主洞后行导洞上部303开挖，右主洞后行导洞上部303初期支护；右主洞后行导洞下部304开挖；右主洞后行导洞下部304初期支护；右主洞中导洞上部305开挖，右主洞中导洞上部305初期支护；右主洞中导洞下部306开挖，右主洞中导洞下部306初期支护；浇筑右洞仰拱二衬902；全断面模筑右洞二次衬砌904；
60.其中，左洞仰拱二衬901、右洞仰拱二衬902、左洞二次衬砌903和右洞二次衬砌904组成了二次衬砌。
61.综上所述，本实用新型支护体系受力明确、刚度大，和常规隧道支护体系相比，本实用新型通过锁扣管幕6和钢拱架4共同组成了预支护体系；锁扣管幕6通过自身之间的咬合和注浆形成了一个封闭的支护体系，不仅能够提高巨大的结构刚度，还能形成帷幕以保护施工过程的人员安全，能够极大的加快施工进度、减少围岩暴露时间、最高限度的降低施工过程对既有构筑物的扰动，确保了下穿结构的可靠性和安全性；
62.同时，施工工序简单：和常规隧道相比，预支护体系一步到位、无需在施工过程中反复调整，其余施工工序基本相同，故其施工便捷性和经济性较为突出。
63.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。