一种用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及隧道支护结构，尤其是一种用于浅埋偏压隧道的新型错杆支护结 构。
【背景技术】
[0002] 浅埋偏压隧道是指由于地形、地质构造、施工等种种原因引起的围岩压力明显不 对称性，支护结构承受偏压荷载的埋深较浅的隧道。由于作用在支护结构上的荷载呈不对 称分布，从而使得支护结构受力极不均衡，在隧道施工过程中极易出现巧塌、冒顶、地表塌 陷等工程灾害。
[0003] 目前国内外对于浅埋偏压隧道初期支护方法还停留在同一错杆支护参数的对称 设计方法，在分析初期支护结构时，明显地忽略了浅埋偏压隧道围岩压力的非对称性特点。 支护施工时，一般会出现因错杆设置过长而造成的施工不便、材料浪费等后果，其支护方法 不能完全发挥错固支护体系的支护效果。
[0004] 因此，针对上述问题，本实用新型提出了一种用于浅埋偏压隧道的新型错杆支护 结构。根据浅埋偏压隧道围岩压力分布特点，设置了呈抛物线形式分布的新型错杆支护结 构。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于浅埋偏压隧道的新型错杆支护 结构，其能有效解决浅埋偏压地段隧道的支护问题，并保证隧道运营期间的稳定性和安全 性。
[0006] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于浅埋偏压隧道的新型 错杆支护结构，沿隧道环向包括顶部的拱顶（1)、底部的仰拱(2)及两侧边墙(3)，沿隧道径 向包括外层的初期支护(4)、内层的二次衬搁(6) W及位于初期支护(4)和二次衬搁(6)之间 的防水层，所述初期支护(4)采用含有钢筋网和钢拱架的错喷结构构成;所述初期支护的错 杆形式是按照隧道围岩压力需求布置的，所述的错杆长度不等，其端头设置在围岩塑性区 范围W外。
[0007] 进一步的，所述初期支护的钢拱架沿隧道环向间距不同。
[0008] 进一步的，所述初期支护的钢拱架沿隧道纵向间隔设置。
[0009] 进一步的，所述初期支护的错固结构为水泥砂浆错杆。
[0010] 进一步的，所述初期支护的仰拱，由施工超挖、二次衬搁封闭构成的间隙内设置有 回填层。作为一种优选，所述回填层采用钢筋网喷射混凝±结构构成。
[0011] 本实用新型的有益效果是:本实用新型一种用于浅埋偏压隧道的新型错杆支护结 构，通过改变错杆的布置形式，改善了支护结构受力状态;在实际施工过程中，降低了错杆 的长度，易于桐内施工;在工程投资方面，与传统的错杆支护方法相比，钢筋材料得到有效 利用，投资的成本有较大的降低。
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型支护结构的隧道围岩压力计算简图。
[0013] 图2是本实用新型支护结构的横断面设计图。
[0014]其中：1-拱顶；2-仰拱；3-边墙;4-初期支护；5-防水层;6-二次衬搁；7-系 统错杆;8-锁脚错杆;9-回填层。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的结构及其施工方法做进一步的说 明。
[0016] 本实用新型用于浅埋偏压隧道的支护结构，如图1所示，本实例中坡角为23%隧道 拱顶埋深27m。支护结构在整个隧道纵向上实施，但应根据隧道围岩压力的不同对错杆长度 进行适当调整。如图2所示，支护结构中，错杆错固段端头连线呈抛物线形式，两侧拱脚各布 置一根锁脚错索，在初期支护后围岩变形达到一定的稳定程度后，铺设防水层并施作二次 衬搁，完成整个支护过程。本实例中的施工过程包括如下步骤：
[0017] 步骤一，错杆长度的量化。
[0018] (1)偏压隧道衬搁围岩压力计算
[0019] 1)偏压隧道竖向压力计算
[0020] 根据规范要求，假定偏压分布图形与地面坡一致，则隧道的竖向围岩压力 留如下式
[0021] 式中：h、敵一内、外侧由拱顶水平至地面的高度(m);B-隧道跨度围岩重 度化N/m3);舟一顶板±柱两侦峰擦角0，根据规范规定取值0.5稱；、龙一内、外侧的侧压 力系数，由下式计算：
[0026] 式中：h、化一地面坡坡角(。）；化一围岩计算摩擦角(。）；择、齊一内、外侧产生最 大推力时的破裂角(°)。
[0027] 2)偏压隧道侧向压力计算
[002引内侦^:町三姆1
[0029] 外侧
[0030] 式中：為扭一内、外侧任意一点至地面的距离(m)。
[0031] (2)利用同济曙光公路隧道设计与分析软件计算分析得到浅埋偏压隧道的竖向压 力与侧向压力。通过竖向压力与侧向压力矢量叠加，获得垂直于桐周的围岩压力。最大围岩 压力的位置在靠近山体一侧与竖直方向45°角附近，通过此时的围岩压力确定围岩塑性区 半径，取L=1.5R作为最大围岩压力处的错杆长度。
[0032]
[0033] 式中：R-围岩体塑性区半径；布一隧道开挖半径；凯一初始地应力；與一支护对 围岩的支护力;C-黏聚力;心一内摩擦角。
[0034] 步骤二，错杆施作。
[0035] 所述的系统错杆为的无纵筋螺纹钢错杆。
[0036] 所述的系统错杆，W隧道中屯、线为基准，在靠近山体(压力较大)一侧密度稍大，环 向间距布置为0.8m;在远离山体(压力较小）一侧密度较小，错杆环向布置间距为1.2m。沿隧 道轴线方向布置间距为1.2m。
[0037] 所述的系统错杆，其长度均是利用各布设点的围岩压力值，通过公式计算确定，当 系统错杆计算值小于3. Om时，取3. Om。
[0038] 所述的系统错杆，在施工时每根错杆用一块CK2550和一块K2570错固剂。
[0039] 同样，所述的锁脚错索，在远离山体(压力较小）一侧，采用Φ 17.8mmX 5200mm错 索;靠近山体(压力较大)一侧，采用Φ 19.8mm X 7200mm错索。
[0040] 所述的锁脚错索，其布置方向与水平方向呈30°夹角。
[0041] 所述的锁脚错索，在施工时，用一块CK2550和两块K2570错固剂进行错固。
[0042] 所述的错固剂在钻孔达到预定深度后，用高压风将孔内水和粉尘吹干净，并用错 杆(索)边旋转边揽拌轻轻推入钻孔底部。
[0043] 所述揽拌过程，应按照错固剂型号和厂商规定的时间进行，揽拌完成后，立即安装 错杆(索)托板、垫圈，并通过梓紧螺母，对错杆(索)施加一定的错固力。
[0044] 所述的错杆，托盘要压紧压实，外露螺帽长度30-80mm，错固力大于等于80kN。
[0045] 所述的锁脚错索的外露长度为240mm，错固力大于等于lOOkN。
[0046] 所述的错杆(索)托盘是规格为240mmX240mmX 12mm的碟形托盘。
[0047] 隧道开挖后，清除掌子面危岩，按照上述要求，沿隧道桐周布设错杆安装位置(首 先确定最长错杆的位置），用钻机沿隧道径向钻孔，钻孔误差+l〇〇mm，依次安装系统错杆及 锁脚错索。
[004引步骤Ξ，错喷支护施作。
[0049]错杆(索)施作完毕后，对隧道桐周挂钢筋网，并与错杆、错索焊牢，钢筋网要贴近 壁面，采用潮喷法喷射混凝±。
[(K)加]所述的喷射混凝±，标号为C25。
[0051] 所述钢筋网喷射混凝±，采用双层网挂设，其中的钢筋网为Φ6的钢筋编织而成， 规格为1760mmX 1160mm，网格为150mmX 150mm，网与网之间搭接长度为两个网格，连网时要 梓紧梓牢，避免出现松动现象。
[0052] 所述的混凝±喷网的施作顺序为"先墙后拱，先下后上"，初喷混凝±终凝W后进 行复喷2~3次，喷层厚度20~25cm。
[0053] 所述的混凝±喷网，施工前，要测量开挖断面，对喷射混凝±表面凹凸显著部位分 层喷射找平，将外露的错杆头齐根切除，并用水泥砂浆抹平，确保喷浆后混凝±均匀，无露 网、露筋现象。
[0054] 所述的隧道拱底喷网支护，应在错喷网及钢支架施作后，再铺钢筋网喷浆回填支 护。
[0055] 所述的钢拱架为HW175型钢拱架，间距为0.8m，梳与梳之间用22mm的钢筋连接，连 接筋间距为0.8m，连接筋在钢拱架。
[0056] 步骤四，二次衬搁施作。
[0057] 当围岩变形呈收敛趋势时，在初期支护表面铺设防水层，并在初期支护变形稳定 后，根据实际的断面轮廓施作二次衬搁，完成该段隧道支护结构的施工。
[005引所述的二次衬搁结构，宜采用模筑钢筋混凝±结构，连接圆顺的等厚度衬搁断面， 仰拱厚度与拱墙厚度相同，厚度为45cm。
[0059]综上所述，本实用新型用于浅埋偏压隧道的新型错杆支护结构，通过初期支护的 作用，使得对围岩的支护先柔后刚、先放后抗，实现对围岩变形的主动适应，并通过初期支 护和二次衬搁构成的强支撑实现对围岩的永久支护，因此，能够有效解决浅埋偏压隧道的 支护问题，施工周期短，安全可靠，能够保证隧道施工及运营期间的稳定性和安全性。
【主权项】
1. 一种用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构，沿隧道环向包括顶部的拱顶（1)、两侧 的边墙(3)及底部的仰拱(2)，沿隧道径向包括外层的初期支护(4)、内层的二次衬砌(6)及 初支与二衬间的防水层(5)，所述初期支护结构(4)由含有双层钢筋网和弧形布置的锚喷支 护结构构成;其特征在于： 所述的初期支护结构中锚喷支护结构的锚杆长度根据围岩压力大小呈抛物线形式布 置，靠近山体压力大一侧，锚杆密度适当增大;远离山体压力较小一侧，锚杆密度相对较小； 拱脚两侧各布置一根锁脚锚杆。2. 如权利要求1所述的一种用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构，其特征在于:所述 山体处于浅埋偏压状态。3. 如权利要求1所述的一种用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构，其特征在于:其初 期支护锚杆环向布置间距不同，压力较大一侧间距相对较小，压力小一侧间距较大。4. 如权利要求1所述的一种用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构，其特征在于:所述 初期支护结构(4)沿隧道纵向间隔设置。5. 如权利要求1所述的一种用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构，其特征在于:所述 初期支护(4)的锚固结构包括非对称布置的系统锚杆(7)和底部预应力锁脚锚杆(8)。6. 如权利要求1所述的一种用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构，其特征在于:所述 初期支护(4)由拱顶（1)、两侧边墙(3)及底部仰拱(2)构成;在仰拱处由回填层(9)及二次衬 砌结构(6)构成。7. 如权利要求6所述的一种用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构，其特征在于:所述 回填层(9)采用挂设钢筋网并喷射混凝土结构。
【专利摘要】本实用新型涉及隧道支护结构，提供了用于浅埋偏压隧道的新型锚杆支护结构，类似于传统的支护结构，沿隧道径向依次为初期支护、防水层及二次衬砌。初期支护采用含有钢拱架和钢筋网的锚喷支护结构构成，根据围岩压力大小分布不同，锚杆长度布置形式有所区别，隧道锚杆锚固段端头连线大致呈抛物线形分布，两侧拱脚处各布置一根锁脚锚索；初期支护和二次衬砌之间设有防水层；二次衬砌采用含有钢筋混凝土的刚性结构。通过新型锚杆初期支护及二次衬砌结构构成了强大的支撑体系，实现对浅埋偏压隧道围岩的永久支护，在有效解决浅埋偏压隧道的支护问题的基础上，降低了施工难度，节约了工程成本。
【IPC分类】E21D11/00, E21D20/00, E21D21/00
【公开号】CN205117376
【申请号】CN201520880664
【发明人】王国斌, 刘毅学, 陈军, 沈峰, 肜增湘
【申请人】湖北省交通规划设计院, 湖北省交通投资集团有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月8日