本發(fā)明涉及隧道襯砌構造，特別涉及一種軟弱不良地質、特殊地質或淺埋下穿既有構(建)筑物條件下的大斷面隧道襯砌構造。

背景技術：

為適應我國經濟和社會的快速發(fā)展，緩解運輸能力緊張，實現大能力快速運輸，減少環(huán)境污染，進入二十一世紀后我國鐵路建設高速發(fā)展，時速160km及200km以上高標準大斷面雙線鐵路修建越來越多。同時，隨著高標準鐵路向山區(qū)發(fā)展，由于受曲線半徑大、地形地質條件復雜、環(huán)保要求高等多種因素的制約，鐵路沿線部分地段設站條件極為困難，大斷面車站隧道的修建也將越來越多。

對于大斷面隧道，當位于淺埋段，穿越土層、巖石風化層或下穿既有構(建)筑物，施工中需嚴格控制地表沉降，施工時不可能一次開挖成洞；當位于深埋段，穿越軟弱不良地質體、構造發(fā)育帶、地應力復雜地段，支護變形不易控制，施工時亦不可能一次開挖成洞。

因此，針對以上情況，施工中應遵循“分層分塊開挖，導洞快速封閉，逐步形成隧道設計體形”的原則，采用諸如CRD法、雙側壁導坑法等分部開挖方法，隧道開挖完成后，形成“十字形”、“井字形”甚至更為復雜的臨時支護體系。但在施作二次襯砌前，必須首先拆除隧道內的臨時支撐，臨時支撐的拆除必然會打破結構系統(tǒng)原有的平衡，臨時支護所承擔的外力只能通過初期支護進行二次轉換以期達到新的平衡狀態(tài)。在體系轉換過程中，由于臨時支護應力的突然釋放，可能造成初期支護的破壞，導致隧道的整體垮塌，是施工最為危險的時刻，因此往往被人們稱之為“天窗時間”。如何保證“天窗時間”的支護結構的穩(wěn)定性，除了在單次拆撐距離上進行優(yōu)化外，還沒有更好的辦法。

如何降低支護體系轉換過程風險，保證施工安全，將“安全快速通過”原則、支護體系轉換風險控制及“簡潔明快”統(tǒng)一在一種支護體系結構下，成為應對軟弱不良地質、特殊地質或淺埋下穿既有構(建)筑物條件下大斷面隧道修建的迫切需求。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種大斷面隧道新型隧道襯砌構造，以有效控制隧道凈空變形及地表沉降，減小支護體系轉換過程施工風險，實現在惡劣地質環(huán)境條件下安全、快速修建大斷面隧道。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

本發(fā)明的大斷面隧道新型多層襯砌構造，包括由內而外設置的預加固支護結構、初期支護結構，其特征是：所述初期支護結構外設置二次支護結構，二次支護結構外設置三次襯砌結構，二次支護結構和三次襯砌結構之間鋪設防水層；所述初期支護結構采用內設鋼架的噴射混凝土結構，所述二次支護結構采用鋼筋混凝土結構或內設鋼架的噴射混凝土結構，所述三次襯砌結構采用混凝土結構或鋼筋混凝土結構。

本發(fā)明的有益效果是，施作二次支護前，不拆除臨時支護體系，在二次支護施工完成達到設計強度后，切除所有臨時支護，再施作防水層，最后澆筑三次襯砌，以達到防水和安全儲備的作用；有效解決了初期支護剛度較小的問題，控制了淺埋段下穿既有構(建)筑物隧道凈空變形及地表沉降，降低了深埋隧道穿越軟弱富水、構造發(fā)育、地應力紊亂地段初支變形大、極易發(fā)生塌方的風險；規(guī)避了傳統(tǒng)襯砌施工中的“天窗時間”，大大減小支護體系轉換過程施工風險，保證施工安全。

附圖說明

本說明書包括如下七幅附圖：

圖1是本發(fā)明大斷面隧道新型多層襯砌構造實施例一的斷面結構示意圖；

圖2是圖1中A局部的放大圖；

圖3是圖1中B局部的放大圖；

圖4是本發(fā)明大斷面隧道新型多層襯砌構造造實施例二的斷面結構示意圖；

圖5是圖2中C局部的放大圖；

圖6是實施例1的施工狀態(tài)示意圖；

圖7是實施例2的施工狀態(tài)示意圖；

初期支護拱墻段10，拱墻噴射混凝土層10a，拱墻鋼架10b，拱墻系統(tǒng)錨桿10c，鎖腳錨桿10d；初期支護仰拱段11，仰拱噴射混凝土層11a，仰拱鋼架11b；二次支護拱墻段20，二次支護仰拱段21；三次襯砌拱墻段30，三次襯砌仰拱段31；拱部預加固支護結構40，邊墻預加固支護結構41，仰拱預加固支護結構42，防水層50。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

參照圖1及圖2，本發(fā)明的大斷面隧道新型多層襯砌構造，包括由內而外設置的預加固支護結構、初期支護結構。所述初期支護結構外設置二次支護結構，二次支護結構外設置三次襯砌結構，二次支護結構和三次襯砌結構之間鋪設防水層。所述初期支護結構采用內設鋼架的噴射混凝土結構，所述二次支護結構采用鋼筋混凝土結構或內設鋼架的噴射混凝土結構，所述三次襯砌結構采用混凝土結構或鋼筋混凝土結構。即在開挖完成后施作二次支護結構前不拆除臨時支護體系，在二次支護結構施工完成達到設計強度后，切除臨時支護體系，然后鋪設防水層，最后澆筑三次襯砌結構。

參照圖1和圖2，根據不同的地質條件，所述預加固支護結構包括拱部預加固支護結構40、邊墻預加固支護結構41及仰拱預加固支護結構42中的至少一種結構，由超前水平旋噴加固體、地表注漿圍巖加固體、超前帷幕注漿加固體或超前管棚注漿支護單獨或復合構成。

參照圖1和圖2，根據不同的地質條件，所述預加固支護結構包括拱部預加固支護結構40，或者包括拱部預加固支護結構40及邊墻預加固支護結構41，或者包括拱部預加固支護結構40、邊墻預加固支護結構41及仰拱預加固支護結構42，所述預加固支護結構由超前管棚注漿支護、超前水平旋噴加固體、地表注漿圍巖加固體或超前帷幕注漿加固體單獨或復合構成。

參照圖1、圖3和圖4，所述初期支護仰拱段11包括覆蓋仰拱圍巖的仰拱噴射混凝土層11a和沿隧道開挖方向間隔布設且埋設于仰拱噴射混凝土層11a內的仰拱鋼架11b。仰拱噴射混凝土層11a內加設鋼筋網。

參照圖1和圖2，所述二次支護結構包括二次支護拱墻段20及二次支護仰拱段21，二次支護拱墻段20及仰拱段21采用鋼筋混凝土結構或內設鋼架的噴射混凝土結構。所述三次襯砌結構包括三次襯砌拱墻段30，或者包括三次襯砌拱墻段30及三次襯砌仰拱段31，三次襯砌拱墻段30、三次襯砌仰拱段31采用混凝土或鋼筋混凝土結構。

實施例1

改建鐵路貴(陽)昆(明)線六盤水至沾益段三聯隧道。

該三聯隧道全長12214m，進口DK300+419.12處下穿既有運營內昆線路基段，埋深約3.7m，且該段洞頂穿越人工填土。DK300+387～+445段段襯砌構造如圖1所示，具體支護參數如下：

1、本段采用雙側壁導坑法施工，開挖完成后，形成如圖6所示“井字形”支護體系，施作二次支護前，不拆除洞內臨時支護，在二次支護施作完成達到設計強度后，拆除“井字形”臨時支護，再施作三次襯砌。

2、拱部預加固支護結構40采用大管棚，壁厚均為5.5mm。管棚傾角0°，采用導向系統(tǒng)定位。大管棚施工完成后方可進行隧道掘進施工。

3、拱墻初期支護結構10采用C25噴砼形成噴射混凝土層10a，厚度為25cm，其內設置鋼筋網，網格間距20cm×20cm，縱向間隔設置I20b型鋼鋼架10b加強支護，間距0.6m一榀，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設置縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1.0m。邊墻腳設置鎖腳錨管10d，長5m。拱墻系統(tǒng)錨桿采用小導管，長3.5m，間距1.0m。

4、仰拱初期支護結構11采用C25噴砼形成噴射混凝土層11a，厚度為25cm，其內設置鋼筋網，網格間距20cm×20cm，縱向間隔設置I20b型鋼鋼架11b加強支護，間距0.6m一榀，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設置縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1.0m。

5、二次支護拱墻段20及仰拱段21采用采用C30鋼筋混凝土。拱墻段20厚40cm，仰拱段21厚80cm。

6、三次襯砌僅設置拱墻段，采用C30鋼筋混凝土，厚40cm。

采用本發(fā)明的支護結構，在施工中有效控制了隧道凈空變形及地表沉降，有效控制了支護體系轉換過程施工風險，既保證了施工安全，又保證了既有線的運營安全。

實施例2

廈門至深圳鐵路客運專線梁山隧道。

梁山隧道全長9888m，該隧DK96+495～535段發(fā)育一富水深埋軟弱構造帶(L7)，寬度約25m，傾角約75°，充填物質為砂性、黏性土體互層，埋深270m，并風化至地表，該隧道采用傳統(tǒng)方法施工時左側迂回導坑未能順利通過，發(fā)生了大規(guī)模的突水涌泥和地表塌陷，導致施工陷入停頓。采用本發(fā)明的襯砌結構后，根據施工過程中進行的圍巖及結構變形監(jiān)測顯示，未發(fā)現結構變形等情況，安全實現了隧道通過該地層的貫通。該段襯砌構造如圖2所示，具體支護參數如下：

1、本段采用十字交叉隔壁后拆式工法施工，開挖完成后，形成如圖7所示“十字形”支護體系，在二次支護施作完成達到設計強度后，拆除洞內“十字形”臨時支護，再施作三次襯砌。

2、采用全環(huán)水平旋噴超前預加固，即拱部預加固支護結構40、邊墻預加固支護結構41及仰拱預加固支護結構42均采用水平旋噴加固，采用鉆頭鉆進，初始開孔角度1％。

3、拱墻初期支護結構10采用C25耐腐蝕纖維噴砼形成噴射混凝土層10a，厚度為35cm，其內設置鋼筋網，網格間距20cm×20cm，縱向間隔設置I25a型鋼鋼架10b加強支護，間距0.5m一榀，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設置縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1.0m。拱腳腳設置鎖腳錨管10d，長5m。拱墻系統(tǒng)錨桿采用小導管，長5m，間距1.0m。

4、仰拱初期支護結構11采用C25耐腐蝕纖維噴砼形成噴射混凝土層11a，厚度為35cm，其內設置鋼筋網，網格間距20cm×20cm，縱向間隔設置I25a型鋼鋼架11b加強支護，間距0.5m一榀，相鄰兩榀鋼架間環(huán)向間隔設置縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1.0m。

5、二次支護拱墻段20及仰拱段21采用采用C35耐腐蝕鋼筋混凝土，厚80cm。

6、三次襯砌拱墻段30及仰拱段31，均采用C30耐腐蝕鋼筋混凝土，厚50cm。

以上所述只是用圖解說明本發(fā)明大斷面隧道新型多層襯砌構造的一些原理，并非是要將本發(fā)明局限在所示和所述的具體結構和適用范圍內，故凡是所有可能被利用的相應修改以及等同物，均屬于本發(fā)明所申請的專利范圍。