用于软岩大变形隧道的预制支护衬砌结构及施工方法与流程

本发明涉及交通工程技术领域，具体涉及一种用于软岩大变形隧道的预制支护衬砌结构及施工方法。

背景技术：

软岩大变形隧道，由于地应力方向、岩层产状、地层构造、岩层软硬不均、地下水等各种因素的综合作用，施工中往往表现为变形量大，变形持续时间长，支护结构受力复杂，将承受来自不同方向、不同大小的围岩压力作用，传统的喷锚支护结构从施做到充分发挥其最大效能往往需要一定的时间，在喷射混凝土充分发挥效能之前支护结构整体刚度较弱，不能及时提供足够的刚度来抵抗软岩大变形，施工中往往出现在支护结构未达到设计强度之前，局部先发生喷射混凝土开裂和剥落、钢架弯折、扭曲以及失稳等问题，进而导致支护结构提前丧失承载能力。因此，研制能够快速发挥其承载性能的支护结构是软岩大变形隧道中一个亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于软岩大变形隧道的预制支护衬砌结构及施工方法,最大限度地降低因支护结构不及时、早期支护刚度不足引起的进一步加剧变形的风险。

本发明所采用的技术方案为：

用于软岩大变形隧道的预制支护衬砌结构，其特征在于：

预制支护衬砌结构由预制管片式初期支护结构和模筑钢筋混凝土二次衬砌结构组成；

预制管片式初期支护结构由若干工厂预制的单元管片拼装组成，单元管片横向拼接成环，各环沿隧道轴线方向纵向拼接成管。

预制管片式初期支护结构的单元管片在隧道内拼装施工，通过螺栓互相连接成环。

预制管片式初期支护结构与地层岩体之间的空隙内压注水泥砂浆，使预制管片式初期支护结构与地层岩体紧密接触。

模筑钢筋混凝土二次衬砌结构沿隧道轴线方向分段整体浇筑。

预制管片式初期支护结构内表面铺设防水层。

用于软岩大变形隧道的预制支护衬砌结构的施工方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：沿隧道轮廓开挖地层岩体，待地层岩体开挖完成后，立即在其内表面采用管片拼装机拼装预制管片式初期支护结构；

步骤二：预制管片式初期支护结构拼装完毕后，通过向地层岩体内表面与预制管片式初期支护结构外表面之间的空隙内压注水泥砂浆，确保地层岩体和预制管片式初期支护结构密贴；

步骤三：压注水泥砂浆完毕后，在预制管片式初期支护结构内表面铺设防水层；

步骤五：待防水层铺设完毕后，在防水层内表面分段整体浇筑模筑钢筋混凝土二次衬砌结构。

本发明具有以下优点：

本发明用于高地应力软岩大变形隧道中，由预制管片式初期支护结构、现浇钢筋混凝土二次衬砌结构及其两者之间的防水层组成，预制初期支护结构可实现工厂化预制，现场拼装，机械化作业程度高，且预制分块可根据结构受力及施工工法来调整，预制块之间通过螺栓连接，可实现快速拼装，实现快速施做，尽早发挥支护结构承担地层荷载的效果，在隧道开挖后能够实现及时支护，尽早充分发挥支护结构承载能力，有效降低因早期支护刚度不足引起进一步加剧变形的风险。

附图说明

图1为本发明结构横断面图；

图2为本发明结构剖面图；

图3为本发明预制管片式初期支护结构分块示意图。

图中，1—地层岩体，2—预制管片式初期支护结构，3-锁固锚管，4—防水层，5—模筑钢筋混凝土二次衬砌结构。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的一种用于软岩大变形隧道的预制支护衬砌结构，由预制管片式初期支护结构2和模筑钢筋混凝土二次衬砌结构5组成。预制管片式初期支护结构2由若干工厂预制的单元管片拼装组成，单元管片横向拼接成环，各环沿隧道轴线方向纵向拼接成管。

预制管片式初期支护结构2的单元管片在隧道内拼装施工，通过螺栓互相连接成环。预制管片式初期支护结构2与地层岩体1之间的空隙内压注水泥砂浆，使预制管片式初期支护结构2与地层岩体1紧密接触。模筑钢筋混凝土二次衬砌结构5沿隧道轴线方向分段整体浇筑。预制管片式初期支护结构2内表面铺设防水层4。

施工过程为：

沿隧道轮廓在地层岩体1开挖后，立即在内表面拼装施工预制管片式初期支护结构2；预制管片式初期支护结构2采用管片拼装机械拼装，管片单元之间采用螺栓连接；在拼装成环的预制管片式初期支护结构2铺设防水层4；最后在防水层4内侧分段设置模筑钢筋混凝土二次衬砌结构5。

为了使地层岩体1与预制管片式初期支护结构2密贴，拼装完毕后可通过压注水泥砂浆充填地层岩体1内表面与预制管片式初期支护结构2外表面之间的空隙。本发明在隧道开挖后，预制管片式初期支护结构2能够实现快速拼装，及时支护，尽早充分发挥支护结构承载能力，有效降低因早期支护刚度不足引起进一步加剧变形的风险。达到快速及时支护的目的，有效解决软岩大变形隧道施工中因初期支护早期刚度不足而引起的喷射混凝土开裂、钢架扭曲等问题。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于软岩大变形隧道的预制支护衬砌结构及施工方法。大变形地层的开挖初期应力大、变形速度快，喷锚型钢支护结构从施做到发挥最大效能需要一定时间，在支护结构达到设计强度之前局部先发生喷射混凝土开裂剥落、钢架弯折、扭曲以及失稳等问题。本发明采用预制的钢筋混凝土管片式支护结构代替传统的喷锚型钢支护结构，由预制管片式初期支护和模筑钢筋混凝土二次衬砌组成；预制管片式初期支护结构由若干工厂化预制的单元管片在隧道内采用管片拼装机械拼装而成，单元管片通过螺栓连接成环。本发明涉及的预制管片式初期支护结构能在隧道开挖后实现及时支护，尽早充分发挥承载性能，有效降低因早期支护刚度不足引起进一步加剧变形的风险。

技术研发人员：李国良;靳宝成;黄双林;何永旺;符亚鹏;严文翔;刘国庆;李宁
受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司
技术研发日：2017.05.22
技术公布日：2017.08.15