岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构的制作方法

本实用新型涉及地下工程领域，尤其涉及一种岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构。

背景技术：

中国是多山之国，据统计，山地、丘陵和高原的面积占全国土地总面积的69％，这些地区地层大都为岩石地层。全国平原地区岩石地层也广泛分布，粉细砂岩层主要分布于长江三角洲平原和苏北地区；细砂岩层主要分布于里下河和太湖地区；亚砂岩层是砂岩和砾石岩层之间的一类岩层，主要分布于长江三角洲平原区、黄泛区及沿海一带。

随着国家经济的发展，地下空间开发利用越来越受到重视，地下空间开发利用可以实现城市空间拓展，提高土地利用效率；可以拉动建设的科技需求，推动地下工程科技产业转型与技术进步；可以建立完善的地下防灾空间体系，强化国家抵抗灾害和战争的能力。

岩石地层超大跨度地下工程在洞口段面临跨度大、覆土薄等问题，加之节理裂隙等软弱构造带叠加情况，在施工过程中极易造成洞室坍塌，如何实现岩石地层中超大跨度地下工程洞口的安全快速施工的研究很少。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构，实现对硬岩地层高边坡超大跨度地下结构快速安全地进洞施工，形成洞口边坡自稳加固体，避免洞口上部岩体形成滑裂面、不稳定块体或洞室范围顶部岩块楔形体因开挖而塌落的风险，避免开挖范围顶部不稳定块体因支护不当而导致洞口坍塌问题。

为实现上述目的，本实用新型的一种岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构的具体技术方案为：

一种岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构，包括：仰坡地梁，为洞口支护体系外部受力结构；环向仰坡锚索，设置在洞口的边坡处，洞口段结构顶部岩石裂隙、破碎带形成的不稳定块体通过环向仰坡锚索将其固定于周边稳定块体上，或将不稳定块体串联形成稳定块体；竖向高强预应力钢索，设置在仰坡地梁的下放孔洞内，与环向仰坡锚索交叉设置；以及洞内系统锚杆或锚索，设置在顶部中洞的上方和顶部侧洞的上方。

本实用新型的一种岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构的优点在于：

1)实现对硬岩地层高边坡超大跨度地下结构快速安全地进洞施工，形成洞口边坡自稳加固体，避免洞口上部岩体形成滑裂面、不稳定块体或洞室范围顶部岩块楔形体因开挖而塌落的风险，避免开挖范围顶部不稳定块体因支护不当而导致洞口坍塌问题；

2)地梁、竖向高强预应力强钢索、环向仰坡锚索可让洞口上方不稳定岩体形成整体受力圈；

3)洞口顶部中洞和洞口顶部侧洞先期施工，为竖向高强预应力强钢索张拉和洞内系统锚杆(索)提供条件；

4)利用岩体自稳和抗压能力，通过跳舱施工，分期支护，使先期开挖的洞室顶部岩体能及时得到支护，应力得以重分布，最终实现超大跨地下结构高边坡洞口段的安全施工。

附图说明

图1为本实用新型的洞口支护结构的立面图；

图2为本实用新型的洞口支护结构的纵剖面图。

图中：1、顶部中洞；2、顶部侧洞；3、临时支撑岩体；4、环向仰坡锚索；5、竖向高强预应力强钢索；6、仰坡地梁；7、钢索仰坡固定端；8、洞内固定端；9、侧洞下方土体；10、中洞与临时支撑岩体下方土体；11、洞内系统锚杆或锚索；12、边坡。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构做进一步详细的描述。

如图1和图2所示，本实用新型公开了岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构，适用于硬岩地区高边坡小矢跨比超大跨度地下结构，支护结构包括仰坡地梁6、环向仰坡锚索4、竖向高强预应力钢索5和洞内系统锚杆或锚索11。超大跨度地下工程洞口段由顶部中洞、顶部侧洞、临时支撑岩体三部分组成。

进一步，仰坡地梁6作为洞口支护体系外部受力结构，承担竖向高强预应力强钢索传递的点式拉力，并将点式拉力转化为线式压力均匀传导到仰坡平台上，以使洞口结构顶部岩体竖向稳定。顶部中洞和顶部边洞中间的岩体为洞口临时支撑。

进一步，环向仰坡锚索4设置在洞口边坡处，洞口段结构顶部岩石裂隙、破碎带形成的不稳定块体通过环向仰坡锚索4将其固定于周边稳定块体上，或将不稳定块体串联形成稳定块体。

进一步，竖向高强预应力钢索5设置在仰坡地梁6的下放孔洞内，与环向仰坡锚索4交叉设置；洞内系统锚杆或锚索11和竖向高强预应力钢索5设置在顶部中洞1的上方和顶部侧洞2的上方，以保持开中洞挖面上方和顶部侧洞2开挖面上方岩体稳定。

进一步，洞内系统锚杆或锚索11和竖向高强预应力钢索5设置在临时支撑岩体3处，即洞口顶部中洞1和洞口顶部侧洞2之间的临时支撑岩体处，以保持侧洞开挖面上方岩体稳定。

进一步，洞口包括顶部中洞1、顶部侧洞2、临时支撑岩体3(洞口顶部中洞1和洞口顶部侧洞2之间为临时支撑岩体)、侧洞下方土体9、中洞与临时支撑岩体下方土体10，顶部中洞1、顶部侧洞2、临时支撑岩体3、侧洞下方土体9每部分的宽度为12m～18m，中洞与临时支撑岩体下方土体10的宽度为顶部中洞1与临时支撑岩体3宽度的总和。

本实用新型通过仰坡地梁6、竖向高强预应力强钢索5、环向仰坡锚索4实现洞口上方不稳定岩体形成整体受力圈；洞口顶部中洞和洞口顶部侧洞先期施工，为竖向高强预应力强钢索5张拉和洞内系统锚杆或锚索11提供条件；利用岩体自稳和抗压能力，通过跳舱施工，分期支护，使先期开挖的洞室顶部岩体能及时得到支护，应力得以重分布，最终实现超大跨地下结构高边坡洞口段的安全施工。

本实用新型还公开了一种岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，将原状边坡12根据陡峭程度和施工难易程度分级开挖，每级平台宽度满足仰坡地梁6施工和竖向高强预应力钢索7张拉的需求。

其中，施工顶部中洞前，先将边坡分级开挖，每级平台宽度满足地梁铺设，每级高度可根据边坡陡峭程度和施工难易程度确定。

步骤二，在洞口边坡开挖过程中，施工环向仰坡锚索4。

步骤三，在仰坡上施工竖向高强预应力钢索5的钻孔，钻孔深度进度洞口开挖面，并满足后期锚固端的安装要求。

步骤四，施工仰坡地梁6，并预留竖向高强预应力钢索5的下放孔洞。

步骤五，将洞口划分为顶部中洞1、顶部侧洞2、临时支撑岩体3(洞口顶部中洞1和洞口顶部侧洞2之间为临时支撑岩体)、侧洞下方土体9、中洞与临时支撑岩体下方土体10共五个部分。

其中，顶部中洞和顶部边洞中间的岩体为洞口临时支撑。顶部中洞1、顶部侧洞2、临时支撑岩体3、侧洞下方土体9每部分的宽度为12m～18m，中洞与临时支撑岩体下方土体10的宽度为顶部中洞1与临时支撑岩体3宽度的总和。

步骤六，开挖洞口段顶部中洞1，在顶部中洞1的上方施工洞内系统锚杆或锚索11和竖向高强预应力钢索5，稳定开中洞挖面上方岩体稳定。

步骤七，开挖洞口段顶部侧洞2，在顶部侧洞2的上方施工洞内系统锚杆或锚索11和竖向高强预应力钢索5，保持顶部侧洞2开挖面上方岩体稳定。

步骤八，开挖临时支撑岩体3，施工洞内系统锚杆或锚索11和竖向高强预应力钢索5，保持侧洞开挖面上方岩体稳定。

步骤九，开挖侧洞下方土体9和中洞与临时支撑岩体下方土体10，完成洞口段施工。

本实用新型中的施工先后顺序为仰坡12、环向仰坡锚索4、竖向高强预应力强钢索5、仰坡地梁6、顶部中洞、中洞系统锚杆(索)、顶部侧洞、侧洞系统锚杆(索)、临时支撑岩体、临时支撑岩体上部系统锚杆(索)、洞口下部岩体。

本实用新型的一种岩质地层超大跨隧洞高边坡洞口支护结构，实现对硬岩地层高边坡超大跨度地下结构快速安全地进洞施工，形成洞口边坡自稳加固体，避免洞口上部岩体形成滑裂面、不稳定块体或洞室范围顶部岩块楔形体因开挖而塌落的风险，避免开挖范围顶部不稳定块体因支护不当而导致洞口坍塌问题；地梁、竖向高强预应力强钢索、环向仰坡锚索可让洞口上方不稳定岩体形成整体受力圈；洞口顶部中洞和洞口顶部侧洞先期施工，为竖向高强预应力强钢索张拉和洞内系统锚杆(索)提供条件；利用岩体自稳和抗压能力，通过跳舱施工，分期支护，使先期开挖的洞室顶部岩体能及时得到支护，应力得以重分布，最终实现超大跨地下结构高边坡洞口段的安全施工。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。