一种黄土隧道的支护结构设计方法.pdf

本发明涉及一种黄土隧道的支护结构设计方法，其应用于设计与施工，可以指导设计,降低施工难度，有利于保证施工安全和隧道结构稳定。本发明包括超前支护、初期支护和二次衬砌支护，超前支护采用小导管或管棚，以控制围岩的前期位移；初期支护采用喷、锚、网与钢架联合支护的结构形式，取消拱部系统锚杆，增设拱脚锁脚锚杆(管)，必要时可设置临时仰拱以控制围岩变形；二次衬砌支护采用高标号的模筑混凝土。

1.  一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：首先，超前支护采用小导管或管棚，以控制围岩的前期位移；其次，初期支护采用喷、锚、网与钢架联合支护的结构形式，取消拱部系统锚杆；最后，二次衬砌支护采用高标号模筑混凝土。

2.  根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：初期支护时，设置临时仰拱以控制围岩变形。

3.  根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：初期支护时，采用增设锁脚锚杆以控制拱脚下沉。

4.  根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：所述小导管为Φ42mm的无缝钢管，长度为3.5～5m，环向间距30～40cm，搭接长度不小于1m。

5.  根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：所述管棚采用Φ89～159mm的钢管，外插角为0～1°，管棚搭接长度不小于3m。

6.  根据权利要求1所述的一种黄土隧道的支护结构设计方法，其特征在于：所述二次衬砌采用先施工仰拱,拱墙衬砌一次浇注的方式进行。

一种黄土隧道的支护结构设计方法
技术领域
本发明涉及一种隧道支护参数，尤其是涉及一种黄土隧道的支护结构设计方法。
背景技术
背景技术中，黄土古称“黄壤”，本源于土地之色，是一种第四纪沉积物，黄土在世界上分布广泛，全世界黄土和黄土状土分布的总面积约1300万平方公里，占陆地总面积的9.3％。我国又是世界上黄土分布面积最多的国家，分布面积达64万平方公里，占我国国土面积的6.3％。在黄河中游地区，西起贺兰山，东至太行山，北起长城，南至秦岭几乎全部被黄土覆盖，面积约27万平方公里，是我国黄土主要的分布地区。
黄土具有以下地质特征：颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；颗粒组成以粉粒(0.05～0.005mm)为主，含量一般在60％以上，粒径大于0.25mm的较少；用肉眼可见的大空隙，较大空隙，一般在1.0mm左右；富含碳酸盐类，存在斜节理，即构造节理，垂直节理发育。
黄土的物理力学性质常随其成岩时代、成岩地区表现出一定的差异。一般新近堆积黄土的干重度较小，空隙比较大，压缩变形大，渗透性强，干燥状态具有一定结构强度，浸水饱和后结构破坏，粘聚力迅速减小，且变化幅度大，呈现较强的湿陷性；晚更新世黄土的物理力学性质相似于新近堆积黄土，它们的结构强度均偏低且易变，受水湿影响大，是湿陷性黄土的主要埋藏地层；中更新世黄土是黄土地层的主体，由黄土、古土壤层和钙质结核层相间组成，质 地比较密实，容重大、压缩性和渗透性均较小，无湿陷性或高压下具有轻微湿陷性，是良好的地基持力层；早更新世黄土地层较薄，为黄褐色，较之中更新世黄土更密实，强度大，压缩性小，无湿陷性，透水性也小。
我国在黄土地区修筑了大量单、双线铁路和两车道公路隧道，在修建过程中，隧道支护参数的选取基本采用工程类比法，由于黄土隧道不同于一般隧道，从而出现过严重的地表开裂、拱部沉降、衬砌变形，甚至塌方等问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提供一种黄土隧道的支护结构设计方法，其应用于设计与施工，可以指导设计,降低施工难度，有利于保证施工安全和隧道结构稳定。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明实施例提供一种黄土隧道的支护结构设计方法，首先，超前支护采用小导管或管棚，以控制围岩的前期位移；其次，初期支护采用喷、锚、网与钢架联合支护的结构形式，取消拱部系统锚杆；最后，二次衬砌支护采用高标号模筑混凝土。
上述方案中，初期支护时，设置临时仰拱以控制围岩变形。
上述方案中，初期支护时，采用增设锁脚锚杆以控制拱脚下沉。
上述方案中，所述小导管为Φ42mm的无缝钢管，长度为3.5～5m，环向间距30～40cm，搭接长度不小于1m。
上述方案中，所述管棚采用Φ89～159mm的钢管，外插角为0～1°，管棚搭接长度不小于3m。
上述方案中，所述二次衬砌采用先施工仰拱,拱墙衬砌一次浇注的方式进行。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
1、本发明基于黄土隧道围岩变形规律，有针对性的提出了适合黄土隧道的支护结构设计参数。
2、按此支护结构设计参数施工既可以有效控制拱部沉降、地表下沉，保证隧道结构稳定和施工安全，而且可以解决二次衬砌早期开裂的难题。
具体实施方式
本发明为一种黄土隧道的支护参数，具体步骤为：
1、超前支护 
(1)黄土隧道超前支护可采用小导管或管棚。
(2)小导管宜采用Φ42mm的无缝钢管，长度宜为3.5～5m，环向间距30～40cm，搭接长度不小于1m。
(3)管棚宜采用Φ89～159mm的钢管，外插角宜为0～1°，管棚搭接长度不小于3m。
(4)隧道开挖掌子面自稳能力差、易坍塌时，宜采用喷混凝土封闭或锚杆加固等措施。
2、初期支护 
(1)初期支护应采用喷、锚、网与钢架联合支护的结构形式，拱部可不设置系统锚杆。
(2)初期支护中可采用设置大拱脚、锁脚锚杆(管)等措施控制拱脚下沉，必要时可设置临时仰拱以控制围岩变形。锁脚锚杆(管)支护参数可采用工程类比确定，当无资料时，可参照表1选用，并根据现场围岩量测信息对支护参数作必要的调整。
表1 锁脚锚杆(管)支护参数表


(3)初期支护参数可采用工程类比确定，当无资料时，可参照表2选用，并根据现场围岩量测信息对支护参数作必要的调整。
表2 黄土隧道支护参数表

注：1 *为钢筋混凝土，喷混凝土宜采用早强喷混凝土。
2 Ⅵ级围岩地段支护参数应根据试验进行确定。
3、二次衬砌支护
(1)二次衬砌应满足强度、刚度和耐久性要求，仰拱厚度不宜小于拱墙厚度。
(2)二次衬砌的设计参数可采用工程类比确定，当无类比资料时，可参照表2选用，并应根据现场围岩量测信息对支护参数作必要的调整。
(3)二次衬砌施工应采用先施工仰拱、拱墙衬砌一次浇注的方式。
(4)二次衬砌应在初期支护变形基本稳定后施做，对于浅埋、偏压、初期支护变形不收敛、有沉降控制要求等地段，可及早施做二次衬砌并予以必要的加强。
(5)黄土隧道施工应预留适宜的变形量，变形量大小可根据监控量测信息进行适当调整。