一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系及施工方法与流程

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系及施工方法。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，国家加大了对公路建设的投资，高等级的公路逐渐由平原地区向中西部山岭地区延伸。由于单洞隧道跨度大、稳定性差，给施工带来了很大困难，因此目前越来越多采用双洞隧道，双洞隧道目前有联拱隧道和小净距隧道两种结构形式，其隧道稳定性主要取决于中岩柱的稳定性，但中岩柱稳定性差且容易开裂是困扰双洞隧道施工的主要问题。中岩柱加固技术主要是采用小导管注浆、系统锚杆、水平贯通预应力锚杆三种加固技术，以上三种是被广泛接受的，在工程中一般采用两种或三种锚固方式相结合，即使同一级别的围岩支护方式也存在较大的差异，这表明中岩柱加固技术目前没有形成统一的理论。

综上所述，为提高双洞隧道中岩柱的稳定性，促进双洞隧道技术的发展，保障隧道建设自身的安全，提高隧道稳定性，减小中岩柱的竖向横向位移，研发适用于双洞隧道中岩柱加固及预防开裂提高围岩整体性的新型支护结构是非常有必要的，具有重要的理论意义和实际应用价值。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题,本发明提供一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系及施工措施，该支护体系能够有效的控制中岩柱的竖向水平位移，提高围岩整体性和自承能力，提高隧道支护体系的稳定性,技术方案如下：

一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系，包括若干上部注浆锚杆、若干水平预应力注浆锚杆、若干下部注浆锚杆、若干环向钢带和若干纵向钢带，隧道中岩柱上部左右两侧均锚固有上部注浆锚杆,隧道中岩柱中部水平贯穿锚固有水平预应力注浆锚杆,隧道中岩柱下部左右两侧均锚固有下部注浆锚杆,上部注浆锚杆、水平预应力注浆锚杆和下部注浆锚杆沿隧道内壁阵列布置，且各锚杆的锚头均留有适当的外露长度，环向钢带和纵向钢带上均设置有若干与各锚杆外露端相适配的安装孔，若干环向钢带均沿隧道内壁周向设置，环向钢带上的各安装孔从上至下分别与其相对应的上部注浆锚杆、水平预应力注浆锚杆或下部注浆锚杆的外露端套紧，若干纵向钢带均沿隧道轴向设置，位于上部的纵向钢带的各安装孔分别与其相对应的上部注浆锚杆的外露端套紧，位于中部的纵向钢带的各安装孔分别与其相对应的水平预应力注浆锚杆的外露端套紧，位于下部的纵向钢带的各安装孔分别与其相对应的下部注浆锚杆的外露端套紧，上部注浆锚杆、水平预应力注浆锚杆和下部注浆锚杆的外露端均螺接有用于固定环向钢带和纵向钢带的锁紧螺母。

具体的，锁紧螺母尽量选用较大型号，以使其与纵向钢带的接触面积尽可能大，减少应力集中现象。

所述上部注浆锚杆、水平预应力注浆锚杆、下部注浆锚杆延伸至隧道中岩柱岩体稳定部分。

所述纵向钢带靠近隧道内壁设置，所述环向钢带靠近隧道中心设置。

根据中岩柱岩体等级确定安装钢带间距，当围岩等级为五级时，钢带间距不大于50cm；当围岩等级为四级时，钢带间距不小于75cm；

根据围岩等级确定钢带宽度厚度及延伸长度,围岩等级越差所用钢带厚度越厚，伸长度越长，但厚度不大于8mm，宽度不大于30mm。

一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系的施工方法，采用前述的一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系，包括以下步骤：

步骤1、双洞隧道开挖，在每个循环进行支护施工，支护施工包括初期支护和二次支护，初期支护具体为在隧道内壁喷射混凝土；

步骤2、初期支护完成后进行二次支护；

步骤2.1、在隧道中岩柱上部左右两侧锚固上部注浆锚杆，在隧道中岩柱中部水平贯穿锚固水平预应力注浆锚杆，在隧道中岩柱下部左右两侧锚固下部注浆锚杆，各锚杆的锚头均留出适当外露长度以便安装环向钢带、纵向钢带和锁紧螺母；

步骤2.2、沿隧道内壁周向套设环向钢带，使环向钢带上的各安装孔从上至下分别与其相对应的上部注浆锚杆、水平预应力注浆锚杆或下部注浆锚杆套紧；

步骤2.3、沿隧道轴向套设纵向钢带，使位于上部的纵向钢带的各安装孔分别与其相对应的上部注浆锚杆的外露端套紧，使位于中部的纵向钢带的各安装孔分别与其相对应的水平预应力注浆锚杆的外露端套紧，使位于下部的纵向钢带的各安装孔分别与其相对应的下部注浆锚杆的外露端套紧；

步骤2.4、钢带布置完成后，在各锚杆的锚头上安装锁紧螺母压紧环向钢带和纵向钢带；

步骤3、在环向钢带和纵向钢带外部喷射混凝土，进行覆盖。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在进行初期支护后；通过上部注浆锚杆、水平预应力注浆锚杆和下部注浆锚杆把隧道中岩柱分三个部分进行不同形式的锚固，将隧道中岩柱分部锚固更能充分利用围岩的自承能力，还能节约经济成本。

2、在锚杆外露端套上开设有安装孔的环向钢带，环向钢带紧贴隧道内壁，有效的给围岩一个环向约束，隧道中岩柱岩体与隧道其余相对稳定岩体连接为一个整体，减小了隧道中岩柱的竖向和水平位移；在环向钢带内侧(靠近隧道中央的一侧)套上具有空洞的纵向钢带，对环向钢带有一个环向加固作用，如果隧道中岩柱岩体变形过大不能让环向围岩单独分担环向变形，通过纵向钢带可以将隧道中岩柱围岩不良段过渡到围岩良好段，且与环向围岩共同分担中岩柱围岩不良段的变形荷载。

3、本发明通过改善支护体系，有限提高了各部分的利用效率。支护结构的有效利用有利于节约成本，符合可持续发展理念。

4、整个支护体系将隧道中岩柱与隧道其余围岩稳定部分连接为一个整体，共同承担隧道中岩柱的变形，此外，还能有效减小二衬的开裂程度，防止了衬砌渗水，及外部空气进入对钢带的腐蚀效果。

5、本发明的施工方法施工工艺简单，易于操作，尤其是对破碎岩体支护效果显著。

6、本发明不仅局限于双洞隧道，而且对于围岩分布不均匀隧道，例如偏压隧道，都可以进行支护加固。

7、本发明将锁紧螺栓固定到锚杆端部，还可以通过采用尽量大尺寸的锁紧螺栓来增大锁紧螺栓与纵向钢带的接触面积，减小了应力集中现象；一方面，充分利用了围岩的自承能力，降低了二次支护体系应力，减小了隧道中岩柱变形大的问题，提高了双洞隧道的自稳能力，对隧道的加固起到重要作用；另一方面，本发明充分利用了支护体系的每一部分，发挥了锚杆作用，尤其是隧道中岩柱中部水平贯通预应力锚杆，对不良围岩有一个好的支护效果，减小了二衬的开裂。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明环向钢带和纵向钢带安装结构的侧视示意图；

图3为本发明单根锚杆的结构细节侧视图；

图4为本发明三根锚杆的结构细节主视图；

其中：隧道中岩柱1；环向钢带2；纵向钢带3；锁紧螺母4；上部注浆锚杆5；水平预应力注浆锚杆6；下部注浆锚杆7；隧道内壁8。

具体实施方式

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1至4所示，本发明提供了一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系，包括若干上部注浆锚杆5、若干水平预应力注浆锚杆6、若干下部注浆锚杆7、若干环向钢带2和若干纵向钢带3，在本实施例中，将隧道中岩柱1分成了上部、中部、和下部，隧道中岩柱1上部左右两侧均锚固有上部注浆锚杆5,隧道中岩柱1中部水平贯穿锚固有水平预应力注浆锚杆6,隧道中岩柱1下部左右两侧均锚固有下部注浆锚杆7,上部注浆锚杆5、水平预应力注浆锚杆6和下部注浆锚杆7沿隧道内壁8阵列布置，且各锚杆的锚头均留有适当的外露长度，环向钢带2和纵向钢带3上均设置有若干与各锚杆外露端相适配的安装孔，若干环向钢带2均沿隧道内壁8周向设置，环向钢带2上的各安装孔从上至下分别与其相对应的上部注浆锚杆5、水平预应力注浆锚杆6或下部注浆锚杆7的外露端套紧，若干纵向钢带3均沿隧道轴向设置，位于上部的纵向钢带3的各安装孔分别与其相对应的上部注浆锚杆5的外露端套紧，位于中部的纵向钢带3的各安装孔分别与其相对应的水平预应力注浆锚杆6的外露端套紧，位于下部的纵向钢带3的各安装孔分别与其相对应的下部注浆锚杆7的外露端套紧，上部注浆锚杆5、水平预应力注浆锚杆6和下部注浆锚杆7的外露端均螺接有用于固定环向钢带2和纵向钢带3的锁紧螺母4。

具体的，锁紧螺母4尽量选用较大型号，以使其与纵向钢带3的接触面积尽可能大，减少应力集中现象。

所述上部注浆锚杆5、水平预应力注浆锚杆6、下部注浆锚杆7延伸至隧道中岩柱1岩体稳定部分，使本发明具有较好的稳固效果。

所述纵向钢带3靠近隧道内壁8设置，所述环向钢带2靠近隧道中心设置。

根据中岩柱岩体等级确定安装钢带间距，当围岩等级为五级时，钢带间距不大于50cm；当围岩等级为四级时，钢带间距不小于75cm；三级及三级以上围岩一般不需安装钢带。

根据围岩等级确定钢带宽度厚度及延伸长度,围岩等级越差所用钢带厚度越厚，伸长度越长，但厚度不大于8mm，宽度不大于30mm。

一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系的施工方法，采用前述的一种双洞隧道中岩柱的整体性支护体系，包括以下步骤：

步骤1、双洞隧道开挖，在每个循环进行支护施工，支护施工包括初期支护和二次支护，初期支护具体为在隧道内壁8喷射混凝土；

具体的，在软弱破碎地区，双洞隧道开挖，一般采用台阶开挖法，围岩爆破采用光面爆破，开挖进尺按0.5m控制，每个循环进行支护施工；

步骤2、初期支护完成后进行二次支护；

步骤2.1、在隧道中岩柱1上部左右两侧锚固上部注浆锚杆5，在隧道中岩柱1中部水平贯穿锚固水平预应力注浆锚杆6，在隧道中岩柱1下部左右两侧锚固下部注浆锚杆7，各锚杆的锚头均留出适当外露长度以便安装环向钢带2、纵向钢带3和锁紧螺母4；

步骤2.2、沿隧道内壁8周向套设环向钢带2，使环向钢带2上的各安装孔从上至下分别与其相对应的上部注浆锚杆5、水平预应力注浆锚杆6或下部注浆锚杆7套紧；

步骤2.3、沿隧道轴向套设纵向钢带3，使位于上部的纵向钢带3的各安装孔分别与其相对应的上部注浆锚杆5的外露端套紧，使位于中部的纵向钢带3的各安装孔分别与其相对应的水平预应力注浆锚杆6的外露端套紧，使位于下部的纵向钢带3的各安装孔分别与其相对应的下部注浆锚杆7的外露端套紧；

步骤2.4、钢带布置完成后，在各锚杆的锚头上安装锁紧螺母4压紧环向钢带2和纵向钢带3；

步骤3、在环向钢带2和纵向钢带3外部喷射混凝土，进行覆盖。

隧道洞身开挖完成后，需要及时进行仰拱支护，封闭成环，以及及时喷射混凝土完成二衬支护，衬砌各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。