浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造.pdf

本实用新型公开了一种浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，旨在有效地控制隧道施工的沉降和公路地表沉降。它包括超前支护结构和初期支护结构，所述超前支护结构是由径向间隔布设的外大管棚(11)、内大管棚(12)复合构成，外大管棚(11)、内大管棚(12)环向设置范围均延伸至边墙最大跨度位置；所述初期支护结构是由全环喷射混凝土形成的外支护层(21)、内支护层(22)复合构成。本实用新型的有益效果是，能有效地减小开挖变形对地表的影响，增强了隧道外衬的初期支护刚度和抵抗变形的能力，有效地解决了黄土隧道施工的技术难题，可将隧道施工的沉降值和地表沉降值控制5cm内，从而确保隧道施工和公路运营的安全性。

权利要求书
1.  浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，包括超前支护结构和初期支护结构，其特征是：所述超前支护结构是由径向间隔布设的外大管棚(11)、内大管棚(12)复合构成，外大管棚(11)、内大管棚(12)环向设置范围均延伸至边墙最大跨度位置；所述初期支护结构是由全环喷射混凝土形成的外支护层(21)、内支护层(22)复合构成。

2.  如权利要求1所述浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，其特征是：所述外支护层(21)内纵向间隔设置全环钢架加强支护，相邻两榀钢架间环向间隔设置纵向连接钢筋。

3.  如权利要求2所述浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，其特征是：所述外支护层(21)在其拱部段的拱脚部横向加宽，并设置锁脚锚杆(21a)将全环钢架锚固在黄土围岩上。

4.  如权利要求2或3所述浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，其特征是：所述外支护层(21)采用C25砼，厚度为35cm。

5.  如权利要求1所述浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，其特征是：所述内支护层(22)内纵向间隔设置全环格栅钢架加强支护，相邻两全环格栅钢架间环向间隔设置纵向连接钢筋。

6.  如权利要求5所述浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，其特征是：所述内支护层(22)采用C25砼，厚度为25cm。

说明书浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造
技术领域
本实用新型涉及高速铁路隧道，特别涉及浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造。
背景技术
郑州至西安铁路客运专线，线路全长458.8km，是我国在黄土地区新建的运营速度为350km/h的第一条铁路客运专线。全线隧道共计38座，总长约77km，其中黄土隧道总长50km。该客运专线隧道内铺设无砟轨道，要求隧道内线路有高度的平顺性，工后沉降要求不大于15mm，不同结构物间的差异沉降不应大于5mm，沉降控制标准高，必须采用有效的衬砌结构，避免因为运营期间基底受扰动后产生较大的工后沉降。在隧道下穿高速公路的情况下，更要通过初期支护构造有效地控制隧道施工的沉降值和公路地表沉降值，以确保隧道下穿高速公路的安全性，并使工程造价控制在合理的范围内。
传统的初期支护构造是以单层大管棚(Φ108mm)作为超前支护结构层，以全环喷射混凝土作为外衬(C25砼、厚35cm)，外衬内设全环型钢钢架加强支护，钢架间距通常为0.5m一榀。其不足之处是浅埋黄土隧道施工的沉降值较大、地表沉降较难控制。以郑州至西安铁路客运专线函谷关隧道为例，该隧道进口以30°角下穿连霍高速公路，下穿段长89m；地质为Q3新黄土，隧道埋深约30m；隧道开挖跨度约15m，开挖面积170m2；隧道采用CRD法施工，拱部采用小导管超前支护。据路面9个沉降监测断面数据可知，各个断面最大沉降为138～529mm。路面变形较大，并出现了多条裂缝，对高速公路的安全运营构成影响。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，可有效地控制隧道施工的沉降和公路地表沉降，以确保隧道施工和公路运营的安全性。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，包括超前支护结构和初期支护结构，其特征是：所述超前支护结构是由径向间隔布设的层外大管棚、内层大管棚复合构成，外层大管棚、内层大管棚环向设置范围均延伸至边墙最大跨度位置；所述初期支护结构是由全环喷射混凝土形成的外支护层、内支护层复合构成。
本实用新型的有益效果是，采用双层大管棚超前支护可增大管棚刚度，减小管棚间距，避免管间土体剥落，有效地减小开挖变形对地表的影响；隧道外衬是由内、外支护层复合构成，增强了初期支护刚度和抵抗变形的能力；有效地解决了黄土隧道施工的技术难题，可将隧道施工的沉降值和地表沉降值控制5cm内，可确保隧道施工和公路运营的安全性。
附图说明
本说明书包括如下一幅附图：
图1是本实用新型下穿公路大断面黄土隧道初期支护构造的断面结构示意图。
图中示出构件、部位名称及所对应的标记：外大管棚11、内大管棚12、外支护层21、锁脚锚杆21a、内支护层22。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
参照图1，本实用新型浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造，包括超前支护结构和初期支护结构。所述超前支护结构是由径向间隔布设的外大管棚11、内大管棚12复合构成，外大管棚11、内大管棚12环向设置范围均延伸至边墙最大跨度位置。采用双层大管棚超前支护可增大管棚刚度，减小管棚间距，避免管间土体剥落，有效地减小开挖变形对地表的影响。所述初期支护结构是由全环喷射混凝土形成的外支护层21、内支护层22复合构成。双层复合的外衬增强了隧道初期支护的刚度和抵抗变形的能力，可有效地将隧道施工的沉降值和地表沉降值控制5cm内，确保隧道施工和高速公路运营的安全性。
为有效地控制黄土围岩的变形和增强初期支护的稳定性，所述外支护层21内纵向间隔设置全环钢架加强支护，相邻两榀钢架间环向间隔设置纵向连接钢筋；外支护层21在其拱部段的拱脚部横向加宽，并设置锁脚锚杆21a将全环钢架锚固在黄土围岩上。由于加宽的拱脚部增大了拱脚受力面积，全环钢架、锁脚锚杆21a的设置提高了拱脚承载力，因此能更为有效地控制拱部初期支护下沉。所述内支护层22内纵向间隔设置全环格栅钢架加强支护，相邻两全环格栅钢架间环向间隔设置纵向连接钢筋。外支护层21、内支护层22通常可采用C25砼，厚度分别为35cm、25cm。
下面以郑州至西安客运专线阌乡隧道为实施例进一步说明本实用新型。
阌乡隧道全长770m，位于河南省灵宝市，为郑州至西安客运专线的难点工程，为双线大跨浅埋砂质黄土隧道。隧道以15°的小角度下穿连霍高速公路，下穿段隧道开挖面积175m2(开挖跨度17.6m，高度13.6m)，下穿长度达270m，下穿段分两部分：其中160m地段从公路正下方穿过，此段的埋深仅有10m左右；其余两段从公路路堑边坡下方穿过，共计110m，埋深为10～24m。
阌乡隧道黄土成分以粉粒为主，质地均匀，结构疏松，孔隙比大，具肉眼可见之大孔隙，具高压缩性，遇水易崩解或湿陷。该隧道设计施工具以下难点：
(1)隧道的最大埋深为24m，下穿连霍高速公路段只有10m，埋深浅，覆跨比远远小于1，隧道的施工对上方路面的影响很大，沉降控制极为困难。(2)隧道轴线与连霍高速公路的平面交角仅为15°，这使得下穿段长达270m，隧道施工将长时间处在通行的连霍高速公路下方进行，对高速公路的影响时间很长。(3)隧道所处的地层为Q3砂质黄土，土质松散，土体稳定性差，而隧道开挖断面又很大，施工极其困难。(4)连霍高速公路有大量重载汽车通行，由于埋深浅，对隧道施工有一定影响，使路面沉降控制更加困难。(5)由于隧道双向施工，同时进入行车道，公路又不能中断运行，施工安全风险很大。
阌乡隧道初期支护构造及具体参数如下：
1.拱部设由外大管棚11、内大管棚12构成的超前支护结构。钢管管径Φ159，壁厚均为8mm，纵向有效搭接长度为10m。大管棚环向设置范围均延伸至边墙最大跨度位置，管棚外插角控制在1°范围内，每环管棚施工完成后方可进行隧道掘进施工。
2.外支护层21内纵向间隔设置全环钢架加强支护，钢架间距0.5m一榀，相邻两榀钢架间环向间隔设置Φ22纵向连接钢筋，连接钢筋环向间距1.0m。在其拱部段的拱脚部横向加宽80cm，并设置锁脚锚杆21a将全环钢架锚固在黄土围岩上。每榀全环钢架两侧大拱脚处各设4根Φ42锁脚锚杆21a，锁脚锚杆21a每根长4.0m，拱墙内设Φ8钢筋网。外支护层21采用C25砼，厚度为35cm。
3.内支护层22内纵向间隔设置全环格栅钢架加强支护，格栅钢架间距1.0m一榀，相邻两格栅钢架间环向间隔设置Φ22纵向连接钢筋，连接钢筋环向间距1.0m。内支护层22采用C25砼，厚度为25cm。
在阌乡隧道下穿施工过程中，高速公路路面最大沉降仅为4.5cm，公路路面没有产生裂缝，既保证了下穿隧道的施工安全，又保证了连霍高速公路的运营安全。有效地解决了黄土隧道施工的技术难题，并取得显著社会经济效益，具有广阔的推广应用前景。
以上所述只是用图解说明本实用新型浅埋下穿高速公路黄土地层超大断面隧道的初期支护构造的一些原理，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。