一种黄土隧道抗沉降支承结构及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种黄土隧道抗沉降支承结构及其施工方法，其特征是在各正洞拱架之间以纵向杆件进行连接，在纵向杆件与正洞拱架的连接结点位置处、位于纵向杆件的底部设置有锁脚锚管；在正洞拱架的两侧拱脚的外侧分别设置型钢支腿，以型钢支腿与正洞拱架的拱脚形成“人”字支撑；在型钢支腿与正洞拱架的底部设置支垫钢板。本发明中扩大拱脚与初期支护喷射混凝土共同承受围岩压力，形成多榀拱架共同受力，由“杆系”受力变为“板系”受力，其事前控制的措施尤其适于在Ⅳ级自重湿陷性的Q3砂质黄土并伴随有浅埋、偏压、高含水率和低承载力的地质条件。
【专利说明】
一种黄土隧道抗沉降支承结构及其施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及在湿陷性Q3砂质黄土隧道地质条件下控制隧道沉降的施工方法，更具体地说是在IV级自重湿陷性的Q3砂质黄土并伴随有浅埋、偏压、高含水率和低承载力的地质条件下的沉降控制方法。
【背景技术】
[0002]在工程建设中，为了保障隧道的净空满足设计要求，经常采用增加黄土隧道的预留沉降量，甚至是设计预留沉降量的2?3倍，这增加了隧道塌方的安全风险。现有的控制方式为“事后控制”，是在出现隧道沉降过大后增加锁脚锚管、增设临时横撑和竖撑、甚至改变开挖工法。这种处理方式一方面处理过程耗时长，另一方面在完成处理之后需要经过一段时间的稳定才能达到效果，严重影响了隧道的施工进度。
【发明内容】
[0003]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种黄土隧道抗沉降支承结构及其施工方法，是一种事前抗沉降措施，将隧道钢架体系由“杆系”转化为“板系”，以提高钢架结构的承载能力、抗变形能力以及安全稳定性。
[0004]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]本发明黄土隧道抗沉降支承结构，包括沿隧道纵向间隔设置各正洞拱架，其结构特点是在所述支承结构中，设置纵向连接器，是在各正洞拱架之间以纵向杆件进行连接，在所述纵向杆件与正洞拱架的连接结点位置处、位于纵向杆件的底部设置有锁脚锚管;设置扩大拱脚，是在所述正洞拱架的拱脚的外侧设置型钢支腿，以所述型钢支腿与正洞拱架的拱脚形成“人”字支撑;在所述型钢支腿与正洞拱架的底部设置支垫钢板。
[0006]本发明黄土隧道抗沉降支承结构的特点也在于:在所述正洞拱架的两侧，所述纵向杆件沿所述正洞拱架的环向间隔，位于所述正洞拱架的每一侧间隔设置至少两道。
[0007]本发明黄土隧道抗沉降支承结构的特点也在于:所述扩大拱脚中型钢支腿与支垫钢板之间的夹角为60°。
[0008]本发明黄土隧道抗沉降支承结构的特点也在于:在所述扩大拱脚中型钢支腿与正洞拱架之间为满焊连接，所述支垫钢板与型钢支腿以及正洞拱架之间均为满焊连接。
[0009]本发明黄土隧道抗沉降支承结构的特点也在于:所述纵向杆件包括距正洞拱架的拱脚底部30cm处的第一道纵向杆件，以及距正洞拱架的拱脚底部90cm处的第二道纵向杆件。
[0010]本发明黄土隧道抗沉降支承结构的特点也在于:所述第一道纵向杆件和第二道纵向杆件是将I25a型钢按相邻的正洞拱架之间的间距进行截断，并在相邻的正洞拱架之间进行满焊连接。
[0011 ]本发明黄土隧道抗沉降支承施工方法的特点是按如下步骤进行:
[0012]步骤1:首先开挖黄土隧道正洞断面，然后按照扩大拱脚的结构尺寸开挖两侧边-1sk
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[0013]步骤2:将在场外完成预制的带有扩大拱脚的正洞拱架在正洞断面内进行固定安装;随后在各正洞拱架之间焊接各道纵向杆件；
[0014]步骤3:锚固各锁脚锚管，使锁脚锚管对于正洞拱架起到托举的作用，在锁脚锚管与正洞拱架之间采用“L”型Φ 22的钢筋焊接；
[0015]步骤4:施工隧道钢筋网片及系统锚杆形成钢筋网片及锚杆支护；
[0016]步骤5:按如下顺序喷射C25混凝土:首先喷射并填充由正洞拱架的拱脚、型钢支腿以及支垫钢板所形成的空腔，然后封闭正洞拱架，完成黄土隧道抗沉降支承的施工。
[0017]本发明中扩大拱脚与初期支护喷射混凝土共同承受围岩压力，使现有技术中的单榀拱架受力变为多榀拱架共同受力，由“杆系”受力变为“板系”受力，同时采用“事前控制”的沉降措施。与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0018]1、本发明在隧道未发生沉降时进行主动控制，包括将隧道钢架体系由“杆系”转化为“板系”，提高钢架结构的承载能力，有效控制隧道沉降，是一种“事前控制”的方式，有效避免了在隧道发生沉降后采取补救性质的加固措施在施工中存在的风险；
[0019]2、本发明方法有效避免了隧道分台阶开挖过程中，在中、下台阶开挖后，使上中台阶拱架悬空，造成上中台阶的沉降；
[0020]3、本发明方法有效避免了既有初支加固措施施工时造成隧道掌子面停工的风险。[0021 ] 4、本发明针对自重湿陷性Q3砂质黄土隧道地质条件，尤其适于在IV级自重湿陷性的Q3砂质黄土并伴随有浅埋、偏压、高含水率和低承载力的地质条件，具体是指隧道埋深仅在12.6m?36m，含水率为23 %-33.6%,承载力为55KPa?146KPa的地质条件。
【附图说明】
[0022]图1为本发明结构不意图；
[0023]图2为本发明中扩大拱脚示意图；
[0024]图中标号:102锁脚锚管，103纵向杆件，104正洞拱架，105支垫钢板，106型钢支腿。
【具体实施方式】
[0025]参见图1和图2，本实施例中黄土隧道抗沉降支承结构是沿隧道纵向间隔设置各正洞拱架104，在支承结构中，设置纵向连接器，是在各正洞拱架104之间以纵向杆件103进行连接，在纵向杆件103与正洞拱架104的连接结点位置处、位于纵向杆件103的底部设置有锁脚锚管102;设置扩大拱脚，是在正洞拱架104的拱脚的外侧设置型钢支腿106，以型钢支腿106与正洞拱架104的拱脚形成“人”字支撑;在型钢支腿106与正洞拱架104的底部设置支垫钢板105。
[0026]具体实施中，相应的措施也包括:在正洞拱架104的两侧，纵向杆件103沿正洞拱架104的环向间隔，位于正洞拱架104的每一侧间隔设置至少两道;扩大拱脚中型钢支腿106与支垫钢板105之间的夹角为60° ;在扩大拱脚中型钢支腿106与正洞拱架104之间为满焊连接，支垫钢板105与型钢支腿106以及正洞拱架104之间均为满焊连接;正洞拱架104和纵向杆件103均采用I25a型钢，支垫钢板105是长度为100cm、宽度为30cm的钢板。
[0027]纵向杆件103包括距正洞拱架104的拱脚底部30cm处的第一道纵向杆件，以及距正洞拱架104的拱脚底部90cm处的第二道纵向杆件;第一道纵向杆件和第二道纵向杆件是将I25a型钢按相邻的正洞拱架104之间的间距进行截断，并在相邻的正洞拱架104之间进行满焊连接。
[0028]本实施例中黄土隧道抗沉降支承施工如下步骤进行:
[0029]步骤1:首先针对湿陷性黄土隧道按照三台阶七步法进行开挖，形成黄土隧道正洞断面，然后按照扩大拱脚的结构尺寸开挖两侧边墙。
[0030]步骤2:将在场外完成预制的带有扩大拱脚的正洞拱架在正洞断面内进行固定安装;随后在各正洞拱架104之间焊接各道纵向杆件103，形成“板系”结构，纵向杆件103的长度为相邻正洞拱架104之间的间距。
[0031]步骤3:在紧贴正洞拱架104、并处在纵向杆件103的底部锚固各锁脚锚管102，使锁脚锚管102对于正洞拱架104起到托举的作用，在锁脚锚管102与正洞拱架104之间采用“L”型Φ 22的钢筋焊接。
[0032]步骤4:施工隧道钢筋网片及系统锚杆形成钢筋网片及锚杆支护。
[0033]步骤5:按如下顺序喷射C25混凝土:首先喷射并填充由正洞拱架104的拱脚、型钢支腿106以及支垫钢板105所形成的空腔，然后封闭正洞拱架，完成黄土隧道抗沉降支承的施工，利用扩大拱脚与初期支护喷射混凝土共同承受围岩压力。
【主权项】
1.一种黄土隧道抗沉降支承结构，所述支承结构包括沿隧道纵向间隔设置各正洞拱架(104)，其特征是在所述支承结构中，设置纵向连接器，是在各正洞拱架(104)之间以纵向杆件(103)进行连接，在所述纵向杆件(103)与正洞拱架(104)的连接结点位置处、位于纵向杆件(103)的底部设置有锁脚锚管(102);设置扩大拱脚，是在所述正洞拱架(104)的拱脚的外侧设置型钢支腿(106)，以所述型钢支腿(106)与正洞拱架(104)的拱脚形成“人”字支撑;在所述型钢支腿(106)与正洞拱架(104)的底部设置支垫钢板(105)。2.根据权利要求1所述的黄土隧道抗沉降支承结构，其特征是:在所述正洞拱架(104)的两侧，所述纵向杆件(103)沿所述正洞拱架(104)的环向间隔，位于所述正洞拱架(104)的每一侧间隔设置至少两道。3.根据权利要求1所述的黄土隧道抗沉降支承结构，其特征是:所述扩大拱脚中型钢支腿(106)与支垫钢板(105)之间的夹角为60°。4.根据权利要求1所述的黄土隧道抗沉降支承结构，其特征是:在所述扩大拱脚中型钢支腿(106)与正洞拱架(104)之间为满焊连接，所述支垫钢板(105)与型钢支腿(106)以及正洞拱架(104)之间均为满焊连接。5.根据权利要求1所述的黄土隧道抗沉降支承结构，其特征是:所述纵向杆件(103)包括距正洞拱架(104)的拱脚底部30cm处的第一道纵向杆件，以及距正洞拱架(104)的拱脚底部90cm处的第二道纵向杆件。6.根据权利要求5所述的黄土隧道抗沉降支承结构，其特征是:所述第一道纵向杆件和第二道纵向杆件是将I25a型钢按相邻的正洞拱架(104)之间的间距进行截断，并在相邻的正洞拱架(104)之间进行满焊连接。7.一种权利要求1所述的黄土隧道抗沉降支承施工方法，其特征是按如下步骤进行: 步骤1:首先开挖黄土隧道正洞断面，然后按照扩大拱脚的结构尺寸开挖两侧边墙； 步骤2:将在场外完成预制的带有扩大拱脚的正洞拱架在正洞断面内进行固定安装;随后在各正洞拱架(104)之间焊接各道纵向杆件(103); 步骤3:锚固各锁脚锚管(102)，使锁脚锚管(102)对于正洞拱架(104)起到托举的作用，在锁脚锚管(102)与正洞拱架(104)之间采用“L”型Φ22的钢筋焊接； 步骤4:施工隧道钢筋网片及系统锚杆形成钢筋网片及锚杆支护； 步骤5:按如下顺序喷射C25混凝土:首先喷射并填充由正洞拱架(104)的拱脚、型钢支腿(106)以及支垫钢板(105)所形成的空腔，然后封闭正洞拱架(104)，完成黄土隧道抗沉降支承的施工。
【文档编号】E21D11/18GK105888699SQ201610473193
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】刘芳同, 邢彪, 张超, 陈榜文, 姜波
【申请人】中铁四局集团有限公司