穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构的制作方法

本实用新型属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构。

背景技术：

断层带是指由主断层面及其两侧破碎岩块以及若干次级断层或破裂面组成的地带。在国内，断面倾角大于45°或30°的高角度逆断层称为逆冲断层，对于穿越倾角大于60°的陡倾逆冲断层的隧道施工难度更大，其中陡倾逆冲断层指断面倾角大于60°的逆冲断层。碎屑岩是指由母岩机械风化产生的矿物和岩石碎屑经搬运、沉积、压实和胶结而形成的岩石；其组分除碎屑颗粒外，还有杂基和胶结物。对于碎屑岩地层进行隧道施工时，施工难度较大，尤其是当所处地层为富含地下水的富水地层时，岩体破碎为地下水的赋存与富集提供了更有利条件，施工难度非常大，施工中极易发生涌水涌砂，再加上断层断面倾角大于60°，易造成灾难性后果，严重影响到施工安全与效益。因而，对穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层的隧道进行施工时，所存在的施工风险非常大，碎屑岩陡倾逆冲富水断层指的是富含地下水且地层为碎屑岩地层的陡倾逆冲断层，待开挖至碎屑岩陡倾逆冲富水断层时，掌子面极易突发涌水、涌砂，并且由于碎屑岩陡倾逆冲富水断层为碎屑岩且富含地下水，在高水压作用下更易形成涌水、涌砂等地质灾害，施工风险高，施工难度大且施工进度慢。

由于在软弱破碎及松散、不稳定的地层中采用暗挖法施工时，隧道初期支护施作的及时性及支护的强度和刚度，对保证开挖后隧道的稳定性、减少地层扰动和地表沉降，都具有决定性的影响。因而，针对穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道，为确保开挖后隧道洞身结构稳定，不仅需及时进行初期支护，并且需对所采用的隧道初期支护方案进行优化调整，以能满足支护稳固、可靠的需求，并确保后期隧道结构安全。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用型钢钢架与格栅钢架相结合组成刚性支撑结构，再采用混凝土初喷层、混凝土复喷层和混凝土内喷层相结合对刚性支撑结构进行有效防护的同时，能有效提高刚性支撑结构的支护强度，并将刚性支撑结构转换成纵向全断面连续支撑结构，确保后期黄土隧道结构安全。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征在于：包括由一层喷射于隧道洞内壁上的混凝土形成的混凝土初喷层、多榀对隧道洞进行支护且支立于混凝土初喷层内侧的型钢钢架、由一层喷射于混凝土初喷层上的混凝土形成的混凝土复喷层、多榀对隧道洞进行支护且支立于混凝土复喷层内的格栅钢架和由一层喷射于混凝土复喷层上的混凝土形成的混凝土内喷层，所述型钢钢架和格栅钢架均为对隧道洞进行全断面支护的支护钢架且二者的形状均与隧道洞的横断面形状相同；所述混凝土初喷层、混凝土复喷层和混凝土内喷层的横断面形状均与隧道洞的横断面形状相同；多榀所述型钢钢架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢钢架通过纵向连接结构紧固连接为一体；多榀所述格栅钢架的结构均相同，所述格栅钢架的数量与型钢钢架的数量相同，每榀所述型钢钢架内侧均布设有一榀所述格栅钢架，每榀所述型钢钢架与布设于其内侧的格栅钢架均布设于隧道洞的同一隧道断面上；多榀所述型钢钢架均埋设于混凝土复喷层内，所述混凝土复喷层的层厚大于型钢钢架的厚度；多榀所述格栅钢架均埋设于混凝土内喷层内，所述混凝土内喷层的厚度大于格栅钢架的厚度。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：所述混凝土初喷层的层厚为3cm～5cm。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：每榀所述型钢钢架与位于其内侧的格栅钢架之间的净距不小于5cm。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：所述混凝土内喷层包括外侧混凝土层和位于所述外侧混凝土层内侧的内侧混凝土层，多榀所述格栅钢架均固定于所述外侧混凝土层内；所述内侧混凝土层的层厚不小于5cm。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：所述混凝土内喷层内设置有防水层，所述防水层的横断面形状均与隧道洞的横断面形状相同，所述防水层位于格栅钢架内侧。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：多榀所述型钢钢架呈均匀布设。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：前后相邻两榀所述型钢钢架之间的间距为0.8m～1.2m。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：所述型钢钢架包括对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙支架和布设于拱墙支架正下方且对隧道洞底部进行支护的仰拱支架，所述仰拱支架的左右两端分别与拱墙支架的左右两侧底部紧固连接。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：所述型钢钢架为第一钢架或第二钢架，所述第一钢架与所述第二钢架交错布设且二者的数量相同，前后相邻两榀所述第一钢架之间均设置有一榀所述第二钢架；所述纵向连接结构包括第一纵向钢筋连接结构和第二纵向钢筋连接结构；

多榀所述第一钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，且多榀所述第二钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设；多榀所述第一钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第一纵向钢筋连接结构紧固连接为一体，多榀所述第二钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第二纵向钢筋连接结构紧固连接为一体；

所述第一纵向钢筋连接结构和第二纵向钢筋连接结构均为折线形钢筋连接结构；所述第一纵向钢筋连接结构由多根第一纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第一纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第一钢架支架之间；所述第二纵向钢筋连接结构由多根第二纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第二纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第二钢架支架之间。

上述穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道双层初期支护结构，其特征是：前后相邻两榀所述格栅钢架之间通过多道纵向连接钢筋紧固连接，多道所述纵向连接钢筋沿格栅钢架的外轮廓线布设，多道所述纵向连接钢筋均呈平行布设且其均沿隧道纵向延伸方向布设。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且加工制作及安装布设方便，投入施工成本较低。

2、施工简便且施工效率较高。

3、使用效果好且实用价值高，能满足穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层隧道的初期支护需求，与型钢钢架支护体系与格栅钢架支护体系相比，具有明显优势。采用型钢钢架与格栅钢架相结合组成刚性支撑结构对隧道洞进行初期支护，型钢钢架与格栅钢架相结合组成刚性支撑结构，同时结合混凝土初喷层、混凝土复喷层和混凝土内喷层，型钢钢架埋设于混凝土复喷层内且其支立于混凝土初喷层内侧，格栅钢架埋设于混凝土内喷层内且支立于混凝土复喷层内侧，通过混凝土初喷层、混凝土复喷层和混凝土内喷层相结合对刚性支撑结构进行有效防护的同时，能有效提高刚性支撑结构的支护强度，并将刚性支撑结构转换成纵向全断面连续支撑结构，确保后期黄土隧道结构安全。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型型钢钢架的结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为本实用新型型钢钢架和格栅钢架的布设位置示意图。

图4为本实用新型第一纵向钢筋连接结构和第二纵向钢筋连接结构的结构示意图。

附图标记说明:

1—隧道洞； 2—混凝土初喷层； 3—型钢钢架；

3-1—拱墙支架； 3-2—仰拱支架；

4—混凝土复喷层； 5—格栅钢架； 6—混凝土内喷层；

7—防水层； 8—第一纵向钢筋连接结构；

9—第二纵向钢筋连接结构。

具体实施方式

如图1、图2及图3所示，本实用新型包括由一层喷射于隧道洞1内壁上的混凝土形成的混凝土初喷层2、多榀对隧道洞1进行支护且支立于混凝土初喷层2内侧的型钢钢架3、由一层喷射于混凝土初喷层2上的混凝土形成的混凝土复喷层4、多榀对隧道洞1进行支护且支立于混凝土复喷层4内的格栅钢架5和由一层喷射于混凝土复喷层4上的混凝土形成的混凝土内喷层6，所述型钢钢架3和格栅钢架5均为对隧道洞1进行全断面支护的支护钢架且二者的形状均与隧道洞1的横断面形状相同；所述混凝土初喷层2、混凝土复喷层4和混凝土内喷层6的横断面形状均与隧道洞1的横断面形状相同；多榀所述型钢钢架3的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢钢架3通过纵向连接结构紧固连接为一体；多榀所述格栅钢架5的结构均相同，所述格栅钢架5的数量与型钢钢架3的数量相同，每榀所述型钢钢架3内侧均布设有一榀所述格栅钢架5，每榀所述型钢钢架3与布设于其内侧的格栅钢架5均布设于隧道洞1的同一隧道断面上；多榀所述型钢钢架3均埋设于混凝土复喷层4内，所述混凝土复喷层4的层厚大于型钢钢架3的厚度；多榀所述格栅钢架5均埋设于混凝土内喷层6内，所述混凝土内喷层6的厚度大于格栅钢架5的厚度。

其中，所述隧道洞1为穿越碎屑岩陡倾逆冲富水断层的隧道的隧道洞。

本实施例中，每榀所述型钢钢架3与位于其内侧的格栅钢架5之间的净距不小于5cm。

本实施例中，所述混凝土内喷层6包括外侧混凝土层和位于所述外侧混凝土层内侧的内侧混凝土层，多榀所述格栅钢架5均固定于所述外侧混凝土层内；所述内侧混凝土层的层厚不小于5cm。

所述混凝土内喷层6内设置有防水层7，所述防水层7的横断面形状均与隧道洞1的横断面形状相同，所述防水层7位于格栅钢架5内侧。本实施例中，所述防水层7布设于所述内侧混凝土层的内侧中部，通过所述内侧混凝土层能对防水层7进行有效防护，并且防水层7施工简便。

所述混凝土初喷层2的层厚为3cm～5cm。本实施例中，混凝土初喷层2的层厚为4cm。

实际施工时，可根据具体需要，对混凝土初喷层2、混凝土复喷层4和混凝土内喷层6的层厚分别进行相应调整。

本实施例中，多榀所述型钢钢架3呈均匀布设。

前后相邻两榀所述型钢钢架3之间的间距为0.8m～1.2m。本实施例中，前后相邻两榀所述型钢钢架3之间的间距为1m。实际施工时，可根据具体需要，对前后相邻两榀所述型钢钢架3之间的间距进行相应调整。

如图1所示，所述型钢钢架3包括对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙支架3-1和布设于拱墙支架3-1正下方且对隧道洞1底部进行支护的仰拱支架3-2，所述仰拱支架3-2的左右两端分别与拱墙支架3-1的左右两侧底部紧固连接。

本实施例中，所述拱墙支架3-1和仰拱支架3-2均为型钢支架。

本实施例中，所述型钢钢架3为第一钢架或第二钢架，所述第一钢架与所述第二钢架交错布设且二者的数量相同，前后相邻两榀所述第一钢架之间均设置有一榀所述第二钢架；所述纵向连接结构包括第一纵向钢筋连接结构8和第二纵向钢筋连接结构9；

结合图4，多榀所述第一钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，且多榀所述第二钢架沿隧道纵向延伸方向由后向前布设；多榀所述第一钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第一纵向钢筋连接结构8紧固连接为一体，多榀所述第二钢架之间通过多个沿隧道纵向延伸方向布设的第二纵向钢筋连接结构9紧固连接为一体；

所述第一纵向钢筋连接结构8和第二纵向钢筋连接结构9均为折线形钢筋连接结构；所述第一纵向钢筋连接结构8由多根第一纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第一纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第一钢架支架之间；所述第二纵向钢筋连接结构9由多根第二纵向钢筋从后向前拼接而成，每根所述第二纵向钢筋均连接于前后相邻两榀所述第二钢架支架之间。

本实施例中，前后相邻两榀所述格栅钢架5之间通过多道纵向连接钢筋紧固连接，多道所述纵向连接钢筋沿格栅钢架5的外轮廓线布设，多道所述纵向连接钢筋均呈平行布设且其均沿隧道纵向延伸方向布设。

实际施工过程中，先沿隧道纵向延伸方向由后向前对隧道洞1进行开挖施工，且开挖施工过程中，沿隧道纵向延伸方向由后向前在隧道洞1内壁上喷射混凝土并形成混凝土初喷层2；再在已施工完成的混凝土初喷层2上由后向前支立多榀所述型钢钢架3，并在已支立型钢钢架3的混凝土初喷层2上喷射混凝土并形成混凝土复喷层4，且使型钢钢架3埋设于混凝土复喷层4内；之后，在已施工完成的混凝土复喷层4上由后向前支立多榀所述格栅钢架5，并在已支立格栅钢架5的混凝土复喷层4上喷射混凝土并形成混凝土内喷层6，且使格栅钢架5埋设于混凝土内喷层6内。对混凝土内喷层6进行喷射过程中，在混凝土内喷层6内布设防水层7。

由后向前支立多榀所述型钢钢架3时，通过所述纵向连接结构将多榀所述型钢钢架3紧固连接为一体；并且，由后向前支立多榀所述格栅钢架5时，通过多道纵向连接钢筋将相邻两榀所述格栅钢架5紧固连接为一体。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。