一种双层初期支护的多连拱隧道结构的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工领域，尤其涉及一种双层初期支护的多连拱隧道结构。


背景技术：

2.在我国，隧道的结构形式多为双洞分离式，这种结构形式在建设中已积累了丰富理论和实践经验。但在特殊地质及地形条件的地区，由于总体路线展线受限以及桥隧衔接方式等因素的综合考虑，双洞分离式隧道往往难以实现。在山岭重丘区和土地资源宝贵的基本农田和城市用地范围，连拱隧道具有占地少、地下空间利用率高等特点，已成为一种重要的结构形式。此外，随着人民对便捷通畅的交通需要的提高，传统的双向四车道以及六车道隧道不能满足日益增长的交通量的需求。近年来，出现了超大跨双连拱、三连拱、四连拱工程实例，如宛坪高速公路刘家湾隧道为六车道连拱高速公路隧道、西安地铁2号线草场坡～小寨区间围三连拱隧道、北京地铁10号线牡丹园站
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健德门站区间三连拱隧道、哈尔滨地铁一号线一期工程采用四连拱隧道等。其中，长沙市银星路道路洗心隧道采用双向十车道四连拱方案，开挖宽度约63m，长度为约497m，该隧道开挖宽度远超国内公路、地铁、市政工程鲜有的几座既有四连拱隧道工程，工程规模为国内之首。
3.其中，双连拱的设计施工已有多年历史，国内外已有相当的成果，但在依然还有许多问题有待进一步研究解决，连拱隧道结构复杂、开挖、支护相互交错，使得围岩应力和衬砌受力转换变得十分复杂，在隧道开挖过程中，围岩应力分布、衬砌各部分的应力和变形难以获得准确解答；连拱隧道结构和施工复杂，隧道中墙顶部雁形部的防水问题突出，需从结构设计、防排水材料和施工工艺三个方面做系统、全面的研究。随着三连拱、四连拱隧道逐渐出现在工程应用中，以双连拱隧道建造技术为基础，推广至多连拱隧道建设存在诸多技术障碍，沿用原有双连拱隧道建造技术，连拱隧道存在的施工工法转换困难、结构有效荷载难以确定、中墙受力的不确定性、裂缝控制及渗漏水问题严重等固有技术问题在多连拱隧道建造中进一步放大。
4.鉴于多连拱隧道结构安全性无法保证，急需寻找新的技术思路来解决问题，以提高多连拱隧道建造的安全性、经济性，和施工快速的要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种双层初期支护的多连拱隧道结构，旨在解决多连拱隧道结构施工过程中容易出现裂缝和渗水的技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种双层初期支护的多连拱隧道结构，所述多连拱隧道结构的连拱个数大于或等于3，所述多连拱隧道包括2个辅隧道、至少两个中隔墙以及设置于两个相邻的所述中隔墙之间的主隧道，2个所述辅隧道分别位于所述多连拱隧道的两侧，其中，每个所述主隧道包括第一层初期支护、第二层初期支护和二次衬砌；所述第一层初期支护由型钢钢架和喷射混凝土结构构成，所述第一层初期支护跨设于两个相邻的所述中隔墙的顶部，所述第一层初期支护的型钢钢架与所述中隔墙内埋设的钢架连
接，并通过喷射混凝土与所述中隔墙连为一体；所述第二层初期支护设置于所述第一层初期支护的内侧并贴靠所述中隔墙，所述第二层初期支护由型钢钢架喷射混凝土而成并独立成环；所述二次衬砌设置于所述第二层初期支护的内侧。
7.优选地，所述主隧道还包括设置于所述第二层初期支护和所述二次衬砌之间的防水层。
8.优选地，所述防水层与所述二次衬砌之间还设置有排水系统，所述二次衬砌上预留有排水沟。
9.优选地，所述二次衬砌的横截面呈圆环状。
10.优选地，所述辅隧道为单层初期支护结构。
11.优选地，所述辅隧道包括单层初期支护和单层衬砌，所述单层初期支护由型钢钢架和喷射混凝土结构构成，所述单层初期支护的一端架设于所述中隔墙的顶部，所述单层初期支护的型钢钢架与所述中隔墙内埋设的钢架连接，并通过喷射混凝土与所述中隔墙连为一体；所述单层衬砌设置于所述单层初期支护的内侧。
12.优选地，所述中隔墙的侧面为向内凹陷的弧形面。
13.优选地，所述第一层初期支护的截面呈圆弧状。
14.优选地，所述中隔墙由钢拱架浇筑混凝土而成。
15.优选地，所述中隔墙内设置有向地面延伸的锚杆，所述锚杆与所述钢拱架连接。
16.本申请的方案中，多连拱隧道结构包括至少一个主隧道和两个辅隧道，主隧道先于辅隧道施作，由于每个主隧道包括第一层初期支护、第二层初期支护和二次衬砌；第二层初期支护独立成环能够有效抵抗相邻隧道施工时的开挖扰动，具有补强支护强度，隔离相邻隧道开挖影响的作用，对二次衬砌起到良好的保护作用，从而避免已经施作完成的二次衬砌出现裂缝和渗水的情形。同时，在第二层初期支护与二次衬砌间也更加便于施作防水和排水措施，从而解决了传统连拱隧道排水困难的缺点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
18.图1为本实用新型的双层初期支护的多连拱隧道结构的结构示意图；
19.图2为图1的局部视图。
20.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
21.附图标号说明：
22.110
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第一层初期支护、120
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第二层初期支护、130
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二次衬砌；
23.210
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单层初期支护、220
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单层衬砌；
24.300
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中隔墙。
具体实施方式
25.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。
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.需要说明，本实用新型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。
28.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
29.请参照附图1至附图2，为了实现上述目的，本实用新型提供一种双层初期支护的多连拱隧道结构，多连拱隧道结构的连拱个数大于或等于3。多连拱隧道结构可以为三连拱、四连拱、五连拱甚至六连拱。本实施例附图中以四连拱为例进行说明。
30.多连拱隧道包括2个辅隧道、至少两个中隔墙300以及设置于两个相邻的中隔墙300之间的主隧道，2个辅隧道分别位于多连拱隧道的两侧，其中，每个主隧道包括第一层初期支护110、第二层初期支护120和二次衬砌130；第一层初期支护110由型钢钢架和喷射混凝土结构构成，第一层初期支护110跨设于两个相邻的中隔墙300的顶部，第一层初期支护110的型钢钢架与中隔墙300内埋设的钢架连接，并通过喷射混凝土与中隔墙300连为一体；第二层初期支护120设置于第一层初期支护110的内侧并贴靠中隔墙300，第二层初期支护120由型钢钢架喷射混凝土而成并独立成环；二次衬砌130设置于第二层初期支护120的内侧。
31.其中，中隔墙300用于支撑隧道的侧边并作为第一层初期支护110的搭建基础。第一层初期支护110在混凝土的作用下与中隔墙300连为一体；第一层初期支护110用于在隧道洞口施工时形成安全的施工空间。进一步地，第一层初期支护110的截面呈圆弧状，对隧道的洞顶进行支撑，且两端分别跨设于相邻的两个中隔墙300上。
32.其中，第二层初期支护120自身形成一个环状结构，能够有效抵抗相邻隧道施工时的开挖扰动，具有补强支护强度，隔离相邻隧道开挖影响的作用，从而对二次衬砌130起到良好的保护作用。第二层初期支护120可以采用型钢钢架搭设成贴靠于第一层初期支护110的环状结构，并通过喷射混凝土的方式形成第二层初期支护120。
33.本申请的方案中，多连拱隧道结构包括至少一个主隧道和两个辅隧道，主隧道先于辅隧道施作，由于每个主隧道包括第一层初期支护110、第二层初期支护120和二次衬砌130；第二层初期支护120独立成环能够有效抵抗相邻隧道施工时的开挖扰动，具有补强支护强度，隔离相邻隧道开挖影响的作用，对二次衬砌130起到良好的保护作用，从而避免已经施作完成的二次衬砌130出现裂缝和渗水的情形。同时，在第二层初期支护120与二次衬砌130间也更加便于施作防水和排水措施，从而解决了传统连拱隧道防水困难的缺点。
34.作为本实用新型的优选实施方式，主隧道还包括设置于第二层初期支护120和二次衬砌130之间的防水层。防水层由防水建材构成，用于将水隔绝在二次衬砌130之外。防水层可以采用土工布加ldpe防水层，将水堵在二次衬砌之外，作为第一道防水措施。二次衬砌的模筑混凝土采用c25以上的防水混凝土浇筑，隧道洞身变形缝可以设置中埋式的橡胶止水带，施工缝设置带注浆管膨润橡胶水条，边墙基础与拱墙二次衬砌之间的施工纵缝也应设置橡胶止水条作为第二道防水措施。此外，防水层与二次衬砌130之间还设置有排水系统，二次衬砌130上预留有排水沟。地表下来的水经排水系统汇聚至排水沟。
35.作为本实用新型的优选实施方式，二次衬砌130的横截面呈圆环状。二次衬砌130设置于独立成环的第二层初期支护120的内侧，因此二次衬砌130也可以设置为独立成环的结构，从而有效提高支护强度。
36.作为本实用新型的优选实施方式，辅隧道为单层初期支护210结构。需要说明的是，辅隧道是位于多连拱隧道的两侧的隧道，在主隧道完成施工后，再进行辅隧道的施工。由于主隧道事先施作完成，因此在开挖相邻隧道时容易对已经施作完成的主隧道产生扰动，致使主隧道的二次衬砌130开裂。而辅隧道由于是最后施工，因此在施作完成后不会受到扰动，可以直接采用现有的单层初期支护210结构来节省成本。
37.进一步地，辅隧道可以包括单层初期支护210和单层衬砌220，单层初期支护210由型钢钢架和喷射混凝土结构构成，单层初期支护210的一端架设于中隔墙300的顶部，单层初期支护210的型钢钢架与中隔墙300内埋设的钢架连接，并通过喷射混凝土与中隔墙300连为一体；单层衬砌220设置于单层初期支护210的内侧。
38.作为本实用新型的具体实施方式，中隔墙300的侧面为向内凹陷的弧形面，中隔墙300的侧面与第一初期支护的弧形内侧面相接，共同形成一个半圆形的内壁面。其中，中隔墙300可以由钢拱架浇筑混凝土而成。具体施工时，在中导洞内间隔设置多个钢拱架，相邻的钢拱架通过连接筋连接。沿中导洞的纵深方向，在中导洞的地面设置多个支撑架，多个支撑架与多个钢拱架一一对应连接；再在多个钢骨架上设置钢筋网，在中导洞内分段浇筑中隔墙300砼以形成中隔墙300。
39.进一步地，中隔墙300内还设置有向地面延伸的锚杆，锚杆与钢拱架连接，锚杆将中隔墙300稳定地固定在地面上。
40.为施作上述多连拱隧道结构，本实用新型公开的施工方法包括以下步骤：
41.s10，开挖第一个主隧道的中导洞，开挖后分段浇筑中隔墙砼以形成所述中隔墙；
42.在联拱隧道施工时，可以采用三导洞法施工或中导洞
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正洞施工工法。三导洞法即首先开挖中导洞，然后施做中隔墙，再分别开挖左右导洞。开挖中导洞主要是为了首先施做中隔墙。而中导洞
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正洞施工工法则是广泛用于双连拱隧道施工的一种高效施工方法。采用光面爆破大断面开挖,使用锚、喷、网、钢拱架和超前导管及超前管棚等支护手段,先开挖贯通中导洞，浇筑中隔墙混凝土。
43.s20，开挖第一个主隧道的隧道洞口；
44.其中，采用中导洞
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正洞法施工时，铺设中隔墙顶防水材料,并将中隔墙相同标号的砼回填,打设长管棚注浆,然后开挖右洞上拱及临时支护,同时做好围岩的变形观测。待右洞上拱推进适当距离后,开挖左洞上拱并做好上拱的临时支护,做好围岩的变形观测。
45.s30，施作第一个主隧道的第一层初期支护：采用型钢钢架架设于所述中隔墙的墙
顶，通过喷射混凝土的方式在所述中隔墙的墙顶形成所述第一层初期支护，所述第一层初期支护在混凝土的作用下与所述中隔墙连为一体；所述第一层初期支护用于在隧道洞口施工时形成安全的施工空间；
46.通过喷射混凝土使第一层初期支护在混凝土的作用下与所述中隔墙连为一体，加强支护的强度和可靠性。
47.s40，施作第一个主隧道的第二层初期支护：采用型钢钢架搭设成贴靠于所述第一层初期支护的环状结构，并通过喷射混凝土的方式形成所述第二层初期支护；所述第二层初期支护在隧道内独立成环；
48.s50，在所述第二层初期支护的内侧做防水处理；主要为铺设防水层，以及做排水系统。
49.s60，施作第一个主隧道的二次衬砌，完成最后的加固；
50.二次衬砌主要由钢筋混凝土构成，厚度为35
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45cm。二次衬砌一方面去装饰层的作用，另一方面用于抵抗载荷、保护隧道内部。二次衬砌可以采用衬砌台车对称浇筑二次衬砌砼。
51.s70，施作其余的各个主隧道，其余主隧道的施工方法与第一个主隧道的施工方法相同；
52.s80，施作完所有的主隧道后，最后施作两个所述辅隧道，所述辅隧道采用单层初期支护结构或双层初期支护结构。
53.由于主隧道事先施作完成，因此在开挖相邻隧道时容易对已经施作完成的主隧道产生扰动，致使主隧道的二次衬砌开裂，因此主隧道全部采用双层初期支护结构。而辅隧道由于是最后施工，因此在施作完成后不会受到扰动，可以直接采用现有的单层初期支护结构来节省成本。
54.本申请的方案中，多连拱隧道结构包括至少一个主隧道和两个辅隧道，主隧道先于辅隧道施作，由于每个主隧道包括第一层初期支护、第二层初期支护和二次衬砌；第二层初期支护独立成环能够有效抵抗相邻隧道施工时的开挖扰动，具有补强支护强度，隔离相邻隧道开挖影响的作用，对二次衬砌起到良好的保护作用，从而避免已经施作完成的二次衬砌出现裂缝和渗水的情形。本申请解决了多连拱隧道中隔墙受多洞开挖时，受力复杂、结构体系稳定性难以控制、结构防水和开裂问题严重等问题，将多连拱隧道开挖扰动问题进行有效控制，施工难度小，能有效提高结构抗裂性、整体性，能确保多连拱隧道结构工程质量和耐久性，减少隧道工程投入运营后的维修费用，延长工程使用寿命，降低寿命期的成本，具有显著的社会经济效益。
55.优选地，所述在所述第二层初期支护的内侧做防水处理的步骤具体包括：
56.在所述第二层初期支护的内侧施作防水层以及排水管道。排水管道用于将地表渗水汇集后排出。防水层可以采用土工布加ldpe防水层，将水堵在二次衬砌之外，作为第一道防水措施。二次衬砌的模筑混凝土采用c25以上的防水混凝土浇筑，隧道洞身变形缝可以设置中埋式的橡胶止水带，施工缝设置带注浆管膨润橡胶水条，边墙基础与拱墙二次衬砌之间的施工纵缝也应设置橡胶止水条作为第二道防水措施。
57.作为一种优选的实施方式，所述开挖第一个主隧道的中导洞，开挖后分段浇筑中隔墙砼以形成所述中隔墙的步骤具体可以包括：
58.在挖掘的过程中向挖掘出的所述中导洞的洞壁上喷射混凝土，混凝土的厚度可以为3
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5cm；
59.贴合所述中导洞的洞壁轮廓，在所述中导洞内间隔设置多个钢拱架，相邻的所述钢拱架通过连接筋连接；多个钢拱架之间按照0.4
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0.8m的距离等间隔设置。
60.沿所述中导洞的纵深方向，在所述中导洞的地面设置多个支撑架，多个所述支撑架与多个所述钢拱架一一对应连接；其中，支撑架和钢拱架可以采用工字钢制成，支撑架用于支撑钢拱架
61.在多个所述钢拱架上设置钢筋网；钢筋网用于进一步固定钢拱架。
62.最后在所述中导洞内分段浇筑中隔墙砼以形成所述中隔墙。
63.作为本实用新型的一种可选实施方式，所述开挖第一个主隧道的隧道洞口的步骤具体可以包括：
64.将第一个主隧道的隧道洞口分为左侧洞口和右侧洞口，先对左侧洞口进行挖掘，左侧拱部设置注浆小导管进行超前预支护，隧道内设置左侧拱部钢架，左侧拱部钢架与所述中隔墙内的预埋钢架连接；左侧洞口挖掘30至40米后进行右侧洞口挖掘，右侧拱部设置同样注浆小导管进行超前预支护，并设置右侧拱部钢架；左侧洞口和右侧洞口交替挖掘直至完成整个主隧道的隧道洞口开挖。通过左右交替开挖并进行超前预支护的方式提供施工作业的安全性。
65.优选地，所述采用型钢钢架架设于所述中隔墙的墙顶的步骤具体包括：将型钢钢架搭设于所述中隔墙的墙顶，并将所述型钢钢架与所述中隔墙内埋设的钢架连接起来，连接处以焊接或螺栓锁紧的方式固定。为了使第一层初期支护和中隔墙能够充分连接成一体，将第一层初期支护的型钢钢架与所述中隔墙内埋设的钢架固定连接起来，并通过喷射混凝土一体成型。
66.作为本实用新型的一种优选实施方式，所述施工方法还可以包括：将所有的主隧道按照从左至右或从右至左的顺序依次编号，并安装编号顺序对所述主隧道进行施工。
67.通过对主隧道按照某一方向进行顺次施工，能够使位于中间的主隧道只受到一次扰动，同时使施工效率更高。
68.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。