一种黄土地裂缝隧道支护结构的制作方法

1.本实用新型隧道施工技术领域，具体是指一种黄土地裂缝隧道支护结构。


背景技术：

2.现有地裂缝活动会对隧道结构产生不利影响，其致灾机理是地裂缝上盘下沉，从而引起不均匀沉降、拉裂和错动位移，进而导致建筑物、地下洞室开裂或坍塌以及路基和管道的错动和断裂。在黄土地区还会伴有地表水沿地裂缝入渗和潜蚀，引起黄土湿陷，进而产生不均匀沉降变形，对建（构）筑物造成二次破坏，同时对工程场地土的性质产生影响。
3.当前，针对地裂缝活动还没有一套完善的方法，其防治措施主要包括：
①
对地裂缝采取避让的方法；
②
对影响带内的建筑进行地基处理、基础加固和结构加强；
③ꢀ
对地下管线采用柔性接头来加强抗断设计；
④
对地面道路工程采用柔性材料换填或简支桥梁跨越
⑤
对于地铁跨越地裂缝时，采用分段设缝、扩大上盘隧道断面和防水措施；
⑥
限制或禁止地下水、特别是承压水的开采，同时做好地表排水措施。但主动避让地裂缝会造成土地资源的严重浪费，限制承压水开采这一措施比较有效但后期执行难度大，常会有地下水偷采难以有效管理，可行性较小。
4.从地面沉降区构造地裂缝活动本质原因的分析可知：没有地面沉降，地裂缝将不会出现较大的活动；没有地裂缝位置的不均匀地面沉降，也就没有地裂缝的超常活动。要控制地面沉降区地裂缝的活动，必须控制地面沉降或不产生不均匀地面沉降，禁止承压水开采和完全控制地面沉降是控制地裂缝活动的根本措施，而控制承压水的开采和承压水位异常波动难度较大，使得人工调控的地裂缝活动应对措施变得尤为有效。因而，需设计一种结构可靠、设计合理、施工方便且实际效果好的黄土地裂缝隧道结构。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种能够保证黄土地裂缝隧道施工时，有效控制支护结构的变形和内力，避免隧道中因地裂缝上盘下沉引起不均匀沉降、拉裂和错动位移，造成隧道结构破坏，提高隧道安全性和可靠性的隧道支护结构。
6.为了实现上述目的，本实用新型通过下述技术方案实现：一种黄土地裂缝隧道支护结构，包括由外到内依次设置在隧道内壁的管棚、初期支护层、二次衬砌层，所述初期支护层与二次衬砌层之间设置有若干段栅格拱架，相邻所述栅格拱架之间通过能够减小结构变形以及支护结构内部应力的连接装置连接；隧道底部还设置有筏板，所述筏板与隧道底部之间由上至下还设置有碎石垫层与砂层；所述二次衬砌层设置有变形缝，所述变形缝内安装有止水带组件。
7.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述初期支护层有外层的混凝土薄层以及内层的泡沫混凝土层构成。
8.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述栅格拱架数量为四段，且左右两侧的栅格拱架以隧道的中心线呈轴对称。
9.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述连接装置包括中部的保护套，所述保护套两端分别安装有隔板，所述隔板一端置于保护套内，另一端延伸出保护套嵌入栅格拱架侧壁，置于保护套内的隔板之间还连接有阻尼器。
10.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述止水带组件主要包括一条通过钢板压实并通过螺栓将其固定在初期支护层上的背贴止水带，以及两条设置于二次衬砌层的中埋止水带，所述背贴止水带与中埋止水带之间，以及中埋止水带之间均设置有填充物，两条所述中埋止水带中部均设置有防水板，所述防水板之间设置有止水带阻尼器。
11.上述一种黄土地裂缝隧道支护结构的施工方法，包括以下步骤：
12.s1：进行施工准备，具体包括进行场地勘察与整平并选用合适的施工机具，以及准备好满足施工要求的加工场和管棚工作室；
13.s2：进行管棚施工；
14.s3：采用三台阶分部法，进行隧道挖掘施工，并完成初期支护层、栅格拱架的施工过程；
15.s4：对进行基底加工；
16.s5：进行二次衬砌层的施工，并针对二次衬砌层存在的变形缝，安装止水带组件。
17.为了更好地实现本实用新型的方法，进一步地，所述步骤s2进行管棚施工的具体过程为：
18.s21：根据施工图纸，固定好钻机并用水平尺调平；
19.s22：通过人工与机具结合，缓慢顶入孔钢花管并注浆至浆液较为浓稠；
20.s23：注浆完成后顶入无孔钢管并检查注浆质量；
21.s24：重复步骤s22~s23，直至布满设计断面，由两侧对称向中间靠近，完成管棚施工。
22.为了更好地实现本实用新型的方法，进一步地，所述步骤s3施工的具体过程为：
23.s31：采用三台阶分部施工法，将之分成上台阶部，中台阶部，下台阶部；
24.s32：上台阶部的施工过程为：
25.s321：上台阶部环形开挖，预留核心土，每循环进尺0.5m；
26.s322：开挖上台阶部，沿隧道开挖轮廓线环向开挖上台阶部；
27.s323：对已开挖断面立即初喷薄层混凝土3~5cm封闭开挖面；
28.s324：对薄层混凝土以下喷泡沫混凝土；
29.s325：在洞外的加工场内根据格栅拱架设计图样，按照1：1比例进行实地放样，确定主要杆件下料尺寸，制作拱架加工工作台并根据线型制作加工模具，分单元加工格栅拱架并检查其尺寸、焊接质量；
30.s326：架设上台阶部的格栅拱架；
31.s327：通过连接装置拼接上台阶部左右两侧的格栅拱架，并施作锁脚锚杆，相邻两格栅拱架间通过沿隧道纵向布置的连接钢筋固定为一体；
32.s328：对格栅拱架以下挂钢筋网片喷泡沫混凝土；
33.s33：中台阶部的施工过程为：
34.s331：上台阶部施工至设计距离后，两侧交错开挖中台阶部，开挖进尺控制在每循环两格栅拱架间距；
35.s332：一个循环结束后对已开挖断面立即初喷薄层混凝土3~5cm封闭开挖面；
36.s333：对薄层混凝土以下喷泡沫混凝土；
37.s334：在洞外的加工场内根据格栅拱架设计图样，按照1：1比例进行实地放样，确定主要杆件下料尺寸，制作格栅拱架加工工作台并根据线型制作加工模具，分单元加工格栅拱架并检查其尺寸、焊接质量；
38.s335：架设中台阶部的格栅拱架；
39.s336：通过连接装置将上台阶部的格栅拱架与中台阶部的格栅拱架拼接并施作锁脚锚杆，相邻两格栅拱架间通过沿隧道纵向布置的连接钢筋固定为一体；
40.s337：对格栅拱架以下挂钢筋网片喷泡沫混凝土；
41.s34：下台阶部的施工过程为：
42.s341：定位放线确定开挖位置并做好明显标记；
43.s342：向下开挖下台阶部至设计深度；
44.s343：进行筏板垫层施工，钢筋绑扎和模板安装；
45.s344：浇筑混凝土并进行养护；
46.s345：在筏板上方回填砂层至预定厚度。
47.为了更好地实现本实用新型的方法，进一步地，所述步骤s4施工的具体过程为：
48.s41：砂层回填完成后沿基底铺设碎石成弧形并人工夯实，形成碎石垫层；
49.s42：初喷薄层混凝土3~5cm；
50.s43：在隧洞外的加工场内根据格栅拱架设计图样，按照1：1比例进行实地放样，确定主要杆件下料尺寸，制作格栅拱架加工工作台并根据线型制作加工模具，分单元加工格栅拱架并检查其尺寸、焊接质量；
51.s44：架设下台阶部的栅格拱架；
52.s45：通过连接装置将中台阶部的栅格拱架与下台阶部的栅格拱架拼接，相邻两栅格拱架间通过沿隧道纵向布置的连接钢筋固定为一体；
53.s46：浇筑混凝土。
54.为了更好地实现本实用新型的方法，进一步地，所述步骤s5施工的具体过程为：
55.s51：测量放线，准确放出变形缝位置；
56.s52：制作并安装钢筋骨架，制作时应留置合适的缝隙宽度，确保能压紧止水带；
57.s53：在变形缝内安装止水带组件；
58.s54：安装模板，安装完毕后进行预检验收；
59.s55：进行混凝土浇筑；
60.s56：变形缝两侧拆模后清理变形缝，清理完成后在缝底部嵌填嵌缝材料，进行嵌缝施工并涂刷相容的基层处理剂。
61.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
62.（1）本实用新型提供的隧道支护结构对地裂缝活动有较好的适应性，结构上采取了柔性支护，如泡沫混凝土和钢格栅拱架以及二次衬砌设置变形缝，钢格栅对于结构变形有良好的适应性；
63.（2）本实用新型通过设置四段的格栅拱架，各部分之间通过相应的连接装置进行连接，其连接装置内部的阻尼器可以在发生地裂缝活动时通过阻尼器和格栅拱架的小范围
变形减少结构内部应力，实现整体的安全稳定；
64.（3）本实用新型通过在二次衬砌变形缝的止水带内设有阻尼器，不仅可以为止水带提供压力，进一步让止水带密贴与结构表面，还可以在发生地裂缝活动时为二次衬砌提供一定的变形空间；
65.（4）本实用新型在隧道底部设置的筏板是通过地裂缝活动对筏板造成的偏移来影响与隧道底部间砂层的摩擦力，进而通过砂层的摩擦力对结构的影响，进一步减少地裂缝活动对整体结构的影响；
66.（5）本实用新型保证黄土地裂缝隧道施工时，能够有效控制支护结构的变形和内力，避免隧道中因地裂缝上盘下沉引起不均匀沉降、拉裂和错动位移，造成隧道结构破坏，提高隧道支护结构的安全性和可靠性，适宜广泛推广应用。
附图说明
67.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：
68.图1为本实用新型正面的剖面结构示意图；
69.图2为本实用新型中连接装置的剖面结构示意图；
70.图3为本实用新型中变形缝安装止水带组件的剖面结构示意图。
71.其中：1—管棚，2—初期支护层，21—混凝土薄层，22—泡沫混凝土层，3—二次衬砌层，4—栅格拱架，5—连接装置，51—保护套，52—隔板，53—阻尼器，6—碎石垫层，7—砂层，8—筏板，9—变形缝，10—止水带组件，101—背贴止水带，102—中埋止水带，103—填充物，104—防水板，105—止水带阻尼器。
具体实施方式
72.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
73.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
74.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
75.实施例1：
76.本实施例提供一种黄土地裂缝隧道支护结构，如图1所示，包括由外到内依次设置
在隧道内壁的管棚1、初期支护层2、二次衬砌层3，所述初期支护层2与二次衬砌层3之间设置有若干段栅格拱架4，相邻所述栅格拱架4之间通过能够减小结构变形以及支护结构内部应力的连接装置5连接；隧道底部还设置有筏板8，所述筏板8与隧道底部之间由上至下还设置有碎石垫层6与砂层7，所述二次衬砌层3设置有变形缝9，所述变形缝9内安装有止水带组件10。
77.该支护结构的具体施工方式，包括以下步骤：
78.s1：进行施工准备，具体包括进行场地勘察与整平并选用合适的施工机具，以及准备好满足施工要求的加工场和管棚工作室；
79.s2：进行管棚1施工；
80.s3：采用三台阶分部法，进行隧道挖掘施工，并完成初期支护层2、栅格拱架4的施工过程；
81.s4：对进行基底加工；
82.s5：进行二次衬砌层3的施工，并针对二次衬砌层3存在的变形缝9，安装止水带组件10。
83.实施例2：
84.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定初期支护层2的结构，如图1所示，所述初期支护层2有外层的混凝土薄层21以及内层的泡沫混凝土层22构成。初期支护层2采用喷射混凝土2和泡沫混凝土层3先后进行喷涂，沿隧道断面布设，当发生地裂缝活动时，泡沫混凝土层3能够减少结构的变形和内力，降低发生破坏的风险。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
85.实施例3：
86.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定栅格拱架4的数量和位置关系，如图1所示，所述栅格拱架4数量为四段，且左右两侧的栅格拱架4以隧道的中心线呈轴对称。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
87.实施例4：
88.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定连接装置5的结构，如图2所示，所述连接装置5包括中部的保护套51，所述保护套51两端分别安装有隔板52，所述隔板52一端置于保护套51内，另一端延伸出保护套51嵌入栅格拱架4侧壁，置于保护套51内的隔板52之间还连接有阻尼器53。保护套51内的两个隔板52两端延伸出保护套51，并嵌入两端的栅格拱架4，连接相邻的栅格拱架4，当地裂缝活动影响到结构产生变形时，通过内部的阻尼器11抵消或减小结构产生的变形以及支护结构的内力以减少对结构的影响。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
89.实施例5：
90.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定二次衬砌层3的结构，如图1，图3所示，本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
91.实施例6：
92.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定止水带组件10的结构，如图3所示，所述止水带组件10主要包括一条通过钢板压实并通过螺栓将其固定在初期支护层2上的背贴止水带101，以及两条设置于二次衬砌层3的中埋止水带102，所述背贴止水带101与中埋
止水带102之间，以及中埋止水带102之间均设置有填充物103，两条所述中埋止水带102中部均设置有防水板104，所述防水板104之间设置有止水带阻尼器105。所述止水带阻尼器105为中埋止水带102提供压力使其与二次衬砌层3紧密接触，同时当地裂缝活动引起二次衬砌层3发生变形时，可以发生一定的变形，达到卸荷的目的，减少发生破坏的风险。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
93.实施例7：
94.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了施工方法的具体内容，所述步骤s2进行管棚1施工的具体过程为：
95.s21：根据施工图纸，固定好钻机并用水平尺调平；
96.s22：通过人工与机具结合，缓慢顶入孔钢花管并注浆至浆液较为浓稠；
97.s23：注浆完成后顶入无孔钢管并检查注浆质量；
98.s24：重复步骤s22~s23，直至布满设计断面，由两侧对称向中间靠近，完成管棚施工。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
99.实施例8：
100.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了施工方法的具体内容，所述步骤s3施工的具体过程为：
101.s31：采用三台阶分部施工法，将之分成上台阶部，中台阶部，下台阶部；
102.s32：上台阶部的施工过程为：
103.s321：上台阶部环形开挖，预留核心土，每循环进尺0.5m；
104.s322：开挖上台阶部，沿隧道开挖轮廓线环向开挖上台阶部；
105.s323：对已开挖断面立即初喷薄层混凝土3~5cm封闭开挖面；
106.s324：对薄层混凝土以下喷泡沫混凝土；
107.s325：在洞外的加工场内根据格栅拱架4设计图样，按照1：1比例进行实地放样，确定主要杆件下料尺寸，制作拱架加工工作台并根据线型制作加工模具，分单元加工格栅拱架4并检查其尺寸、焊接质量；
108.s326：架设上台阶部的格栅拱架4；
109.s327：通过连接装置5拼接上台阶部左右两侧的格栅拱架4，并施作锁脚锚杆，相邻两格栅拱架4间通过沿隧道纵向布置的连接钢筋固定为一体；
110.s328：对格栅拱架4以下挂钢筋网片喷泡沫混凝土；
111.s33：中台阶部的施工过程为：
112.s331：上台阶部施工至设计距离后，两侧交错开挖中台阶部，开挖进尺控制在每循环两格栅拱架4间距；
113.s332：一个循环结束后对已开挖断面立即初喷薄层混凝土3~5cm封闭开挖面；
114.s333：对薄层混凝土以下喷泡沫混凝土；
115.s334：在洞外的加工场内根据格栅拱架设计图样，按照1：1比例进行实地放样，确定主要杆件下料尺寸，制作格栅拱架加工工作台并根据线型制作加工模具，分单元加工格栅拱架并检查其尺寸、焊接质量；
116.s335：架设中台阶部的格栅拱架4；
117.s336：通过连接装置5将上台阶部的格栅拱架4与中台阶部的格栅拱架4拼接并施
作锁脚锚杆，相邻两格栅拱架4间通过沿隧道纵向布置的连接钢筋固定为一体；
118.s337：对格栅拱架4以下挂钢筋网片喷泡沫混凝土；
119.s34：下台阶部的施工过程为：
120.s341：定位放线确定开挖位置并做好明显标记；
121.s342：向下开挖下台阶部至设计深度；
122.s343：进行筏板8垫层施工，钢筋绑扎和模板安装；
123.s344：浇筑混凝土并进行养护；
124.s345：在筏板8上方回填砂层7至预定厚度。
125.实施例9：
126.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了施工方法的具体内容，所述步骤s4施工的具体过程为：
127.s41：砂层7回填完成后沿基底铺设碎石成弧形并人工夯实，形成碎石垫层6；
128.s42：初喷薄层混凝土3~5cm；
129.s43：在隧洞外的加工场内根据格栅拱架4设计图样，按照1：1比例进行实地放样，确定主要杆件下料尺寸，制作格栅拱架4加工工作台并根据线型制作加工模具，分单元加工格栅拱架4并检查其尺寸、焊接质量；
130.s44：架设下台阶部的栅格拱架4；
131.s45：通过连接装置5将中台阶部的栅格拱架4与下台阶部的栅格拱架4拼接，相邻两栅格拱架4间通过沿隧道纵向布置的连接钢筋固定为一体；
132.s46：浇筑混凝土。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
133.实施例10：
134.本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了施工方法的具体内容，所述步骤s5施工的具体过程为：
135.s51：测量放线，准确放出变形缝9位置；
136.s52：制作并安装钢筋骨架，制作时应留置合适的缝隙宽度，确保能压紧止水带；
137.s53：在变形缝内安装止水带组件；
138.s54：安装模板，安装完毕后进行预检验收；
139.s55：进行混凝土浇筑；
140.s56：变形缝9两侧拆模后清理变形缝9，清理完成后在缝底部嵌填嵌缝材料，进行嵌缝施工并涂刷相容的基层处理剂。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
141.可以理解的是，根据本实用新型一个实施例的隧道支护结构，例如管棚1、阻尼器53等部件的工作原理和工作过程都是现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里就不再进行详细描述。
142.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。