一种减小隧道衬砌结构内力的结构及其施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及隧道开挖支护技术领域，具体涉及一种减小隧道衬砌结构内力的结 构，同时涉及一种减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，适用于复杂地质条件下的隧 道（尤其是大断面隧道）上覆荷载大、地层沉降控制严格的隧道支护设计。
【背景技术】
[0002] 近些年来，随着我国公路、铁路及城市建设的高速发展，各种复杂地质条件下的大 断面、超大断面隧道建设越来越多。由于跨度大、高跨比小，超大断面隧道的围岩松散荷载 高度很高，围岩压力很大，进而导致支护结构拱部正弯矩、拱脚负弯矩以及拱顶沉降位移都 很大，因此，针对超大断面隧道的断面型式及支护参数一直以来都是工程界研宄的热点，并 取得了一定的成果。这些研宄成果虽对类似工程的建设提供了有价值的借鉴和参考，但其 研宄重点多集中在断面扁平率、支护参数等的细部优化研宄，其衬砌型式仍基于传统的由 初期支护与二次衬砌构成的常规复合式衬砌，未能有效解决衬砌结构内力巨大的问题，仍 需通过超强的初期支护与二次衬砌抵抗围岩的松散荷载及形变压力来保证结构的安全。
【发明内容】
[0003] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种减小隧道衬砌结构内力的结 构，该结构结构简单，施工方便，有效地解决了复杂地质条件下隧道（尤其是大断面隧道） 支护结构内力过大以及地表沉降变形大的问题。
[0004] 本发明还提供了一种减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，该方法简单，操 作简便，有效地解决了复杂地质条件下隧道（尤其是大断面隧道）支护结构内力过大以及 地表沉降变形大问题。
[0005] 实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
[0006] -种减小隧道衬砌结构内力的结构，至少包括导坑初期支护、拱部初期支护、拱部 二衬、仰部二衬、仰拱初期支护和仰拱回填，拱部初期支护至少包括拱部拱架，拱部初期支 护上均匀分布有锚杆，导坑初期支护包括左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护，其特征 在于：左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀设有小导管， 左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧设有左侧厚边墙衬砌，右侧导坑初期支护与围岩 接触的侧壁内侧设有右侧厚边墙衬砌，左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋 有第一预埋钢板和第一锚固钢筋，第一锚固钢筋至少有两根，各第一锚固钢筋垂直地固定 于第一预埋钢板的一侧面上，右侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋有第二预 埋钢板和第二锚固钢筋，第二锚固钢筋至少有两根，各第二锚固钢筋垂直地固定于第二预 埋钢板的一侧面上，拱部拱架的钢板两端的端面上分别固定有第一钢垫板和第二钢垫板， 第一钢垫板和第一预埋钢板的另一侧面固定连接，第二钢垫板和第二预埋钢板的另一侧面 固定连接。
[0007] 第一钢垫板和第一预埋钢板通过螺栓固定连接，第二钢垫板和第二预埋钢板通过 螺栓固定连接。
[0008] 第一钢垫板和第一预埋钢板焊接，第一预埋钢板上连接有第一角钢，第一角钢和 第一预埋钢板通过螺栓连接，第一角钢与第一钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触，第二 钢垫板和第二预埋钢板焊接，第二预埋钢板上连接有第二角钢，第二角钢和第二预埋钢板 通过螺栓连接，第二角钢与第二钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触。
[0009] 第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均为2个，所有的第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均 呈U型，两个第一锚固钢筋分别固定于第一预埋钢板侧面的相对侧边上，且两个第一锚固 钢筋的中间水平部分固定在第一预埋钢板上，两个第二锚固钢筋分别固定于第二预埋钢板 侧面的相对侧边上，且两个第二锚固钢筋的中间水平部分固定在第二预埋钢板上。
[0010] 左侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分中分别预埋有第一连接钢筋、 第三连接钢筋，第一连接钢筋和第三连接钢筋的一端分别位于左侧厚边墙衬砌外，且第一 连接钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，第三连接钢筋位于左侧 厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，右侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬连接的部分 中分别预埋有第二连接钢筋、第四连接钢筋，第二连接钢筋和第四连接钢筋的一端分别位 于右侧厚边墙衬砌外，且第二连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋 连接，第四连接钢筋位于右侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中。
[0011] 上述的减小隧道衬砌结构内力的结构的施工方法，包括如下步骤：
[0012] 1)开挖隧道两侧导坑，施做左侧导坑初期支护和右侧导坑初期支护，在左侧导坑 初期支护和右侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁上分别均匀施做小导管，再通过两侧小导 管对围岩注浆加固；
[0013] 2)在左侧导坑初期支护与围岩接触的侧壁内侧施做左侧厚边墙衬砌，在右侧导坑 初期支护与围岩接触的侧壁内侧施做右侧厚边墙衬砌，在施做左侧厚边墙衬砌的同时，在 左侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋第一预埋钢板和第一锚固钢筋，第一锚 固钢筋至少有两根，各第一锚固钢筋垂直地固定于第一预埋钢板的一侧面上，在施做右侧 厚边墙衬砌的同时，在右侧厚边墙衬砌与拱部初期支护连接的部分中预埋第二预埋钢板和 第二锚固钢筋，第二锚固钢筋至少有两根，各第二锚固钢筋垂直地固定于第二预埋钢板的 一侧面上；
[0014] 3)开挖拱部土体，施做拱部初期支护和锚杆，然后在拱部拱架各钢板的两端端面 上分别焊接第一钢垫板和第二钢垫板，接着将第一钢垫板与第一预埋钢板固定连接，以及 将第二钢垫板与第二预埋钢板固定连接，再施做拱部二衬；
[0015] 4)在拱部二衬的保护下，开挖下部土体，施做仰拱初期支护、仰拱二衬和仰拱回 填。
[0016] 步骤3)中，当隧道为直线隧道时，将第一钢垫板和第一预埋钢板通过螺栓固定， 以及第二钢垫板和第二预埋钢板通过螺栓固定；当隧道为曲线隧道时，将第一钢垫板焊接 在第一预埋钢板上，然后将第一角钢通过螺栓固定在第一预埋钢板上，第一角钢与第一钢 垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接触，再将第二钢垫板焊接在第二预埋钢板上，然后将第二 角钢通过螺栓固定在第二预埋钢板上，第二角钢与第二钢垫板紧挨拱部二衬的侧壁紧密接 触。
[0017] 步骤2)中，第一锚固钢筋和第二锚固钢筋均为2个，所有的第一锚固钢筋和第二 锚固钢筋均选用呈U型的锚固钢筋，将两个第一锚固钢筋的中间水平部分分别焊接在第一 预埋钢板侧面的相对侧边上，将两个第二锚固钢筋的中间水平部分分别焊接在第二预埋钢 板侧面的相对侧边上。
[0018] 步骤2)中，施做左侧厚边墙衬砌时，在左侧厚边墙衬砌与拱部二衬、仰拱二衬护 连接的部分中分别预埋第一连接钢筋、第三连接钢筋，使第一连接钢筋和第三锚固钢筋的 一侧分别位于左侧厚边墙衬砌外，施做右侧厚边墙衬砌时，在右侧厚边墙衬砌与拱部二衬、 仰拱二衬连接的部分中分别预埋第二连接钢筋、第四连接钢筋，使第二连接钢筋和第四连 接钢筋的一侧分别位于右侧厚边墙衬砌外，步骤3)中，施做拱部二衬时，将第一连接钢筋 位于左侧厚边墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，以及第二连接钢筋位于右侧厚边 墙衬砌外的部分与拱部二衬中的主筋连接，步骤4)中，施做仰拱二衬的同时，将第三连接 钢筋位于左侧厚边墙衬砌外的部分埋入仰拱二衬中，以及第四连接钢筋位于右侧厚边墙衬 砌外的部分埋入仰拱二衬中。
[0019] 本发明与现有技术相比，其有益效果和优点在于：
[0020] 1、该结构以及施工方法中，利用小导管注浆来提高围岩的力学特性，以及利用两 侧厚边墙衬砌的巨大刚度以及两侧厚边墙衬砌与拱部拱架、拱部二衬、仰拱二衬的特殊连 接方式，很好地控制该结构的水平变形，从而大大减少了该结构的内力。
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