一种黄土隧道的支护结构设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隧道支护参数，尤其是涉及一种黄土隧道的支护结构设计方法。
【背景技术】
【背景技术】 [0002] 中，黄土古称"黄壤"，本源于土地之色，是一种第四纪沉积物，黄土在世 界上分布广泛，全世界黄土和黄土状土分布的总面积约1300万平方公里，占陆地总面积的 9. 3%。我国又是世界上黄土分布面积最多的国家，分布面积达64万平方公里，占我国国土 面积的6. 3%。在黄河中游地区，西起贺兰山，东至太行山，北起长城，南至秦岭几乎全部被 黄土覆盖，面积约27万平方公里，是我国黄土主要的分布地区。
[0003] 黄土具有以下地质特征：颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；颗粒组成以粉 粒（0.05~0.005mm)为主，含量一般在60%以上，粒径大于0.25mm的较少；用肉眼可见的 大空隙，较大空隙，一般在1. 〇mm左右；富含碳酸盐类，存在斜节理，即构造节理，垂直节理 发育。
[0004] 黄土的物理力学性质常随其成岩时代、成岩地区表现出一定的差异。一般新近堆 积黄土的干重度较小，空隙比较大，压缩变形大，渗透性强，干燥状态具有一定结构强度，浸 水饱和后结构破坏，粘聚力迅速减小，且变化幅度大，呈现较强的湿陷性；晚更新世黄土的 物理力学性质相似于新近堆积黄土，它们的结构强度均偏低且易变，受水湿影响大，是湿陷 性黄土的主要埋藏地层；中更新世黄土是黄土地层的主体，由黄土、古土壤层和钙质结核层 相间组成，质地比较密实，容重大、压缩性和渗透性均较小，无湿陷性或高压下具有轻微湿 陷性，是良好的地基持力层；早更新世黄土地层较薄，为黄褐色，较之中更新世黄土更密实， 强度大，压缩性小，无湿陷性，透水性也小。
[0005] 我国在黄土地区修筑了大量单、双线铁路和两车道公路隧道，在修建过程中，隧道 支护参数的选取基本采用工程类比法，由于黄土隧道不同于一般隧道，从而出现过严重的 地表开裂、拱部沉降、衬砌变形，甚至塌方等问题。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决现有技术中的问题，提供一种黄土隧道的支护结构设计方法，其 应用于设计与施工，可以指导设计，降低施工难度，有利于保证施工安全和隧道结构稳定。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008] 本发明实施例提供一种黄土隧道的支护结构设计方法，首先，超前支护采用小导 管或管棚，以控制围岩的前期位移；其次，初期支护采用喷、锚、网与钢架联合支护的结构形 式，取消拱部系统锚杆；最后，二次衬砌支护采用高标号模筑混凝土。
[0009] 上述方案中，初期支护时，设置临时仰拱以控制围岩变形。
[0010] 上述方案中，初期支护时，采用增设锁脚锚杆以控制拱脚下沉。
[0011] 上述方案中，所述小导管为〇42mm的无缝钢管，长度为3. 5~5m，环向间距30~ 40cm，搭接长度不小于lm。
[0012] 上述方案中，所述管棚采用〇89~159mm的钢管，外插角为0~r，管棚搭接长 度不小于3m。
[0013] 上述方案中，所述二次衬砌采用先施工仰拱，拱墙衬砌一次浇注的方式进行。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
[0015] 1、本发明基于黄土隧道围岩变形规律，有针对性的提出了适合黄土隧道的支护结 构设计参数。
[0016] 2、按此支护结构设计参数施工既可以有效控制拱部沉降、地表下沉，保证隧道结 构稳定和施工安全，而且可以解决二次衬砌早期开裂的难题。
【具体实施方式】
[0017] 本发明为一种黄土隧道的支护参数，具体步骤为：
[0018] 1、超前支护
[0019] (1)黄土隧道超前支护可采用小导管或管棚。
[0020] (2)小导管宜米用①42mm的无缝钢管，长度宜为3. 5~5m，环向间距30~40cm， 搭接长度不小于lm。
[0021] (3)管棚宜采用〇89~159mm的钢管，外插角宜为0~1°，管棚搭接长度不小于 3m〇
[0022] (4)隧道开挖掌子面自稳能力差、易坍塌时，宜采用喷混凝土封闭或锚杆加固等措 施。
[0023] 2、初期支护
[0024] (1)初期支护应采用喷、锚、网与钢架联合支护的结构形式，拱部可不设置系统锚 杆。
[0025] (2)初期支护中可采用设置大拱脚、锁脚锚杆（管）等措施控制拱脚下沉，必要时 可设置临时仰拱以控制围岩变形。锁脚锚杆（管）支护参数可采用工程类比确定，当无资 料时，可参照表1选用，并根据现场围岩量测信息对支护参数作必要的调整。
[0026] 表1锁脚销杆（管）支护参数表
【主权项】
1. 一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：首先，超前支护采用小导管或管 棚，以控制围岩的前期位移；其次，初期支护采用喷、锚、网与钢架联合支护的结构形式，取 消拱部系统锚杆；最后，二次衬砌支护采用高标号模筑混凝土。
2. 根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：初期支护 时，设置临时仰拱以控制围岩变形。
3. 根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：初期支护 时，采用增设锁脚锚杆以控制拱脚下沉。
4. 根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：所述小导 管为? 42mm的无缝钢管，长度为3. 5~5m，环向间距30~40cm，搭接长度不小于lm。
5. 根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：所述管棚 采用(689~159mm的钢管，外插角为0~1°，管棚搭接长度不小于3m。
6. 根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：所述二次 衬砌采用先施工仰拱，拱墙衬砌一次浇注的方式进行。
【专利摘要】本发明涉及一种黄土隧道的支护结构设计方法，其应用于设计与施工，可以指导设计,降低施工难度，有利于保证施工安全和隧道结构稳定。本发明包括超前支护、初期支护和二次衬砌支护，超前支护采用小导管或管棚，以控制围岩的前期位移；初期支护采用喷、锚、网与钢架联合支护的结构形式，取消拱部系统锚杆，增设拱脚锁脚锚杆(管)，必要时可设置临时仰拱以控制围岩变形；二次衬砌支护采用高标号的模筑混凝土。
【IPC分类】E21D11-14, E21D11-00, E21D11-10, E21D20-00
【公开号】CN104806264
【申请号】CN201510144506
【发明人】陈建勋, 罗彦斌, 刘钦
【申请人】长安大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月30日