超大跨度隧道喦字形支护结构的制作方法

本实用新型涉及岩土工程领域，具体涉及一种超大跨度隧道喦字形支护结构。

背景技术：

目前，我国超大跨软弱围岩隧道常采用双侧壁导坑法、CD法、CRD法等方法进行施工，具体的，其中包括将大跨度隧道分割成若干个小隧道进行开挖，中间设置中隔墙或者临时横撑的步骤。但上述施工工法中均存在临时支护多、工序转换复杂等缺陷，并且在施工过程中，隧道围岩会受多次干扰，变形较大，稳定性较差，同时，上述施工方法不利于进行机械化施工，导致施工效率不高。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术中的缺陷提供了一种超大跨度隧道喦字形支护结构，其能够解决超大跨软弱围岩隧道的开挖和支护问题，工法简洁，工序转换少，可实现了大跨隧道的安全快速施工。

本实用新型所采用的技术方案是：

提供了一种超大跨度隧道喦字形支护结构，其包括：

第一混凝土层，其覆盖所述隧道内壁；

格栅钢架，其贴近所述第一混凝土层设置；

第一锚杆，其一端固定连接所述格栅钢架，另一端延伸至隧道围岩内；

第二锚杆，其一端固定连接所述格栅钢架，另一端延伸至隧道围岩内；

预应力锚索，其一端固定连接所述格栅钢架，另一端延伸至隧道围岩内；

第二混凝土层，其通过在所述格栅钢架上喷射混凝土形成，用于覆盖所述格栅钢架；

钢筋网，其覆盖在所述第二混凝土层上；

锁脚锚管，其一端固定于所述第二混凝土层内，另一端延伸至隧道围岩内；

以及第三混凝土层，其通过在所述第二混凝土层、钢筋网上喷射混凝土形成，用于覆盖所述所述钢筋网，以及第一锚杆、第二锚杆、预应力锚索固定连接所述格栅钢架的一端。

优选的，所述第一混凝土层厚5cm。

优选的，所述第一锚杆为药卷锚杆，所述第二锚杆为预应力锚杆。

优选的，所述格栅钢架包括：靠近围岩的内钢架件、连接件以及通过连接件与所述内钢架件连接的外钢架件；所述内钢架件与外钢架件均包括：平行设置的两支撑件以及设置于两支撑件之间的填充件。

优选的，所述填充件包括：“∞”型件和/或“X”型件和/或“Z”型件。

本实用新型技术方案所带来的效果：

本实用新型能够解决超大跨软弱围岩隧道的开挖和支护问题，其对拱顶围岩采用锚索、锚杆提前支护；预留核心土，提供安全保障和补强平台；同时分部分开挖，由此减小一次开挖跨度，提供安全性；工法简洁，工序转换少，可实现大跨隧道的安全快速施工，提高施工效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中超大跨度隧道喦字形支护结构的断面图；

图2是本实用新型实施例一中第一混凝土层至第三混凝土层、第一锚杆、第二锚杆、预应力锚索以及锁脚锚管的局部示意图；

图3是本实用新型实施例一中第一锚杆、第二锚杆以及预应力锚索的平面布置图；

图4是本实用新型实施例一中格栅钢架的局部示意图；

图5是本实用新型实施例二中超大跨度隧道喦字形开挖工法的步骤示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

图1-2示出了本实施例中的超大跨度(即跨度大于或等于20m，优选大于或等于30m)隧道喦字形支护结构，其包括：第一混凝土层1(厚度为5cm)，其覆盖所述隧道100内壁；格栅钢架2，其贴近所述第一混凝土层1设置；第一锚杆3，其一端固定连接所述格栅钢架2，另一端延伸至隧道围岩内；第二锚杆4，其一端固定连接所述格栅钢架2，另一端延伸至隧道围岩内；预应力锚索5，其一端固定连接所述格栅钢架2，另一端延伸至隧道围岩内；第二混凝土层6，其通过在所述格栅钢架上喷射混凝土形成，用于覆盖所述格栅钢架2；钢筋网(未示出)，其覆盖在所述第二混凝土层6上；锁脚锚管7(长度为5m，直径为42mm或89mm)，其一端固定于所述第二混凝土层内，另一端延伸至隧道围岩内；以及第三混凝土层8，其通过在所述第二混凝土层6、钢筋网上喷射混凝土形成，用于覆盖所述所述钢筋网，以及第一锚杆3、第二锚杆4、预应力锚索5固定连接所述格栅钢架2的一端。

本实施例中，如图3所示，所述第一锚杆3长6m，其另一端延伸至2～6m范围的浅层围岩内，若干第一锚杆3之间的环向间距为2-3m(优选为2.4m)、纵向间距为1-2m(优选为1.6m)，且直径为25mm，优选的，所述第一锚杆3为药卷锚杆；

所述第二锚杆4长11m，其另一端延伸至6～11m范围的中层围岩内，若干第二锚杆4之间的环向间距为1-1.5m(优选为1.2m)、纵向间距为1-2m(优选为1.6m)，且直径为32mm，优选的，所述第二锚杆4为预应力锚杆，且其预应力100kN；

所述预应力锚索5长25m，其另一端延伸至11～25m范围的深层围岩内，若干预应力锚索5之间的环向间距为2-3m(优选为2.4m)、纵向间距为2-3m(优选为2.4m)，且其预应力1000kN。

由此，上述锚杆、锚索能与隧道围岩组成若干道承载圈，由此可极大增强对于隧道围岩的支撑、支护能力，能够有效控制超大跨软弱围岩隧道的变形，确保超大跨软弱围岩隧道的稳定和安全；其次，其通过采用锚杆、锚索组成的围岩自承载支护体系，可以大幅度减小二衬的厚度，节省混凝土用量，降低工程投资。

进一步的，如图4所示，所述格栅钢架2包括：靠近围岩的内钢架件201、远离围岩的外钢架件202以及设置于内钢架件201、外钢架件202之间的填充件；具体的，所述填充件包括：“∞”型件203和/或“X”型件204和/或“Z”205型件，优选的，相邻两填充件的结构不同，由此可通过格栅钢架2对围岩进行进一步的支撑和加固，增强其结构强度。

实施例二：

本实施例还提供了利用实施例一所述的支护结构实现的大跨度隧道喦字形开挖工法，如图5所示，其包括如下步骤：

S1、将待开挖的隧道100从上至下依次划分为上部、中部、下部，从左至右依次划分为左部、中部、右部，此将待开挖的隧道划分为左上部②、左中部④、左下部⑥、中上部①、中中部⑧、中下部⑨、右上部③、右中部⑤、右下部⑦；

S2、施做超前支护，弱爆破开挖所述中上部①，并在所述中上部①处的内壁初喷混凝土以形成该部分的第一混凝土层1，同时靠近该部分的第一混凝土层1设置与该部分对应的格栅钢架2；且在所述上中部①内设置用于支撑所述格栅钢架2的竖向支撑9，优选的，所述竖向支撑9为工字钢，以及在所述上中部边墙施做钢筋肋10，优选的，所述钢筋肋10直径为22mm；所述竖向支撑9以及钢筋肋10的一端均固定在所述中上部①的底面，另一端均固定连接所述格栅钢架2；

在所述中上部处对应的格栅钢架2上喷射混凝土形成用于覆盖该部分格栅钢架2的第二混凝土层6，并在该部分的第二混凝土层6上覆盖钢筋网，以及标记第一锚杆3、第二锚杆4以及预应力锚索5的位置；

施做所述中上部①处对应的第一锚杆3以及玻璃纤维锚杆11，且所述玻璃纤维锚11一端连接所述钢筋肋10，一端伸入所述上中部且所述玻璃纤维锚杆一端连接所述钢筋肋，一端伸入所述上中部①的边墙；

所述上中部①贯通后施做第二锚杆4以及预应力锚索5，并张拉至设计拉力，并在张拉应力稳定后通过所述第二锚杆4以及预应力锚索对围岩进行注浆；

在所述中上部①处对应的第二混凝土层6、钢筋网上喷射混凝土形成所述中上部处对应的第三混凝土层8，用于覆盖所述中上部①处对应的钢筋网，以及与所述中上部处对应的第一锚杆3、第二锚杆4、预应力锚索5固定连接所述格栅钢架2的一端；

S3、施做超前支护，弱爆破开挖所述左上部②，并在所述左上部②处的内壁初喷混凝土以形成该部分的第一混凝土层1，同时靠近该部分的第一混凝土层1设置与该部分对应的格栅钢架2；

在所述左上部②对应的格栅钢架2上喷射混凝土形成用于覆盖该部分格栅钢架2的第二混凝土层6，并在该部分的第二混凝土层6上覆盖钢筋网；设置锁脚锚管7，使得所述锁脚锚管7的一端固定于对应的所述第二混凝土层6内，另一端延伸至隧道围岩内；以及标记第一锚杆3、第二锚杆4以及预应力锚索5的位置；

施做所述左上部②处对应的第一锚杆3；滞后所述左上部②掌子面30m处施做与所述左上部②处对应的第二锚杆4以及预应力锚索5，张拉至设计拉力，并在张拉应力稳定后通过所述第二锚杆4以及预应力锚索5对围岩进行注浆；

在所述左上部②处对应的第二混凝土层6、钢筋网上喷射混凝土形成所述左上部②处对应的第三混凝土层8，用于覆盖所述左上部②处对应的钢筋网，以及与所述左上部②处对应的第一锚杆3、第二锚杆4、预应力锚索5固定连接所述格栅钢架2的一端；

S4、重复步骤S3，以完成右上部③、左中部④、右中部⑤、左下部⑥以及右下部右下部⑦对应的第一混凝土层1、格栅钢架2、第二混凝土层6、钢筋网、第一锚杆3、第二锚杆4、预应力锚索5以及第三混凝土层8的设置；

优选的，步骤S4中，对于所述左上部②、上部③、左中部④、右中部⑤、左下部⑥以及右下部右下部⑦，前一部分的第一锚杆3、第二锚杆4以及预应力锚索5施工30m后再开始后一部分的施工；

S5、依次开挖所述中中部⑧、中下部⑨；优选的，所述中中部⑧开挖10m后再开挖中下部⑨；

以及S6、分两次开挖仰拱，即先开挖左下仰拱⑩，然后再开挖右下仰拱并完成对所述部仰拱、墙底及隧底的填充(其中，所述仰拱以及隧底的填充分次施做)，以及利用衬砌模板台车一次性完成部边墙的衬砌浇筑。

需要说明的是，上述实施例一、二中的技术特征可进行任意组合，所获得技术方案均属于本实用新型的保护范围。

综上所述，本实用新型能够解决超大跨软弱围岩隧道的开挖和支护问题，其对拱顶围岩采用锚索、锚杆提前支护；预留核心土(即中中部⑧、中下部⑨)，提供安全保障和补强平台；同时分部分开挖，由此减小一次开挖跨度，提供安全性；工法简洁，工序转换少，可实现大跨隧道的安全快速施工，提高施工效率，尤其适用于开挖跨度超过20m(优选超过30m)的超大跨度隧道；另外，锚杆、锚索等组成的支护结构能与隧道围岩组成若干道承载圈，由此可极大增强对于隧道围岩的支撑、支护能力，能够有效控制超大跨软弱围岩隧道的变形，确保超大跨软弱围岩隧道的稳定和安全；其次，其通过采用锚杆、锚索组成的围岩自承载支护体系，可以大幅度减小二衬的厚度，节省混凝土用量，降低工程投资。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。