一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系的制作方法

1.本发明属于隧道工程技术领域，具体来讲属于一种适用于分岔口隧道超小净距区内的软弱中岩墙组合加固体系。


背景技术：

2.我国城市公路隧道修建进入高速发展时期，受交通规划和地质条件等影响道路交汇处形成分岔隧道，在分岔小净距隧道施工过程中，中岩墙是小净距隧道传力和承力的主要部位，起着非常重要的支撑作用，对小净距隧道稳定性至关重要。受连接线曲率和开挖断面不同的影响，过渡段主线与连接线之间往往形成非对称结构，分岔段中岩墙厚度沿纵向不断变化，容易造成偏压变形等不利情况，目前针对此类工程的施工关键技术和中墙加固方案研究较少，可借鉴的相关工程案例有限。随着城市公路隧道的不断发展，中岩墙合理加固体系会成为未来分岔小净距隧道修建中的重要研究方向，因此采取合理的方案对分岔段中岩墙进行加固，对保证隧道在施工和运营期间的安全性意义重大。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对分岔口小净距隧道设计一种加固效果明显、操作便捷、可调整的软弱中岩墙组合加固体系，解决了因连接线曲率变化、隧道开挖跨度不同和中岩墙厚度变化等影响所带来的加固技术难题，充分发挥支护体系协调加固能力，并且能够及时监测中墙受力情况，保障隧道施工安全性。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；采用锚索张拉锚固和钢支撑结合的方法，通过交错排列的u型锚索张拉和传力钢板相互作用，将锚固张拉应力均匀作用于中墙，提高中墙承载能力和稳定性，并能有效保护中墙完整性，防止出现局部破坏；本中岩墙加固组合体系包括多个u型张拉锚索结构、长锚杆、注浆小导管、工字钢、传力钢板、钢筋网、喷射混凝土，能够在分岔小净距隧道开挖过程中对中岩墙进行合理有效加固，防止出现失稳垮塌等灾害，并且可以通过测力元器件对中岩墙受力进行长期压力监测。
5.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；所述u型张拉锚索由预应力钢绞线制作而成，长度随着中岩墙厚度变化，为2倍中墙厚度加2m，一端通过钻孔通入中岩墙另一端然后进行弯曲从下端另一钻孔回到中岩墙原本一侧，两端通过专用设备进行张拉并通过锚固装置进行固定；u型张拉锚索横向交错排布4组，纵向间隔0.8m均匀排列，长度与中岩墙厚度呈正相关，锚索水平布设，主线与连接线两侧均设计两组锚固装置，通过预制传力钢板将张拉荷载均匀传递给中岩墙。
6.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；每个u型锚索组合形成网状锚索加固组合体系，每个单独锚索加固结构加固影响范围相互叠加共同组成深入中岩墙内部的组合加固体系，通过施加主动力使中墙处于三向受压状
态，增加中墙承载能力和稳定性。
7.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；上述传力钢板选用屈服强度不小于q235的钢板，长度为0.8m~1.0m，宽度为0.8m，最小厚度为20mm，两端开孔，相邻钢板间使用螺栓进行搭接，将锚索张拉局部应力均匀传递到中岩墙上，形成沿纵向均匀作用的均布荷载，防治出现局部破坏；需要安装土压力盒的钢板中部位置设置凹槽，用于固定监测元器件，置于中岩墙与钢板之间，必要时通过胶带固定，与围岩接触紧密，通过监测中墙加固后的压力变化规律对中墙受力特性和组合加固体系效果进行评价，解决了土压力盒监测中常常出现的难以安装的问题，使得监测数据更加真实有效地反应中岩墙实际所受压力；传力钢板设计时呈弧形状，与围岩紧密接触，主线一侧可以使用直线形钢板。
8.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；上述工字钢采用18工字钢和16工字钢，纵向间隔0.8m，18工字钢用于主线隧道支护，16工字钢用于连接线隧道支护，各工字钢之间通过焊接连接，形成封闭支护环。
9.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；上述长锚杆为直径25mm的砂浆锚杆，长度取3.0m~3.5m，出露端设置垫板，外露长度取10cm；断面较小的连接线隧道使用长度为3.0m的长锚杆，断面较大的主线隧道使用长度3.5m的长锚杆。
10.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；长锚杆施作于隧道上部拱肩，位于中岩墙水平对拉预应力锚杆上部15
°
~60
°
范围内，纵向间隔0.8m，左右两侧长锚杆交错布置，主要使用限制中墙顶部竖向位移。
11.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；上述注浆小导管用于对中岩墙进行预加固，提升中墙的粘聚力，先行洞开挖时对中墙顶部进行水平斜向30
°
超前注浆。
12.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；上述钢筋网和喷射混凝土待锚索结构和工字钢组合完成后进行施作，混凝土强度选用不小于c25的喷射混凝土，钢筋网选用直径8mm，间隔20cm布置。
13.根据本发明所述一种特大断面分岔口隧道软弱中岩墙组合加固体系，其特征在于；中墙组合加固系统施工步骤为：步骤一、小导管超前注浆加固：先行洞台阶法开挖至分岔口附近时，使用超前注浆小导管对前方中墙顶部围岩进行超前加固，靠近中墙一侧对前方水平斜向30
°
左右超前注浆，待强度达到要求后进行开挖；步骤二、施作长锚杆：开挖后，向中墙一侧上方按照设计范围施作长锚杆，纵向间隔1.6m，安装完成后进行锚杆封闭；待后行洞开挖至分岔口位置时，施作对应长锚杆，与前述锚杆交错布置，间隔0.8m；步骤三、钻孔并安装u型锚索网结构：由上往下对设计孔位进行钻孔并清洗，共设计5个孔位，上下两端孔直径为30mm，中间钻孔直径60mm，钻孔方向保持水平直线，与主线隧道中墙岩面垂直。将钢板安装至孔位
中部，相邻钢板使用螺栓进行连接，从上端孔开始将锚索一端伸入孔内到达另一端，然后通过弯曲形成u型结构再顺着下端孔回到初始端，u型端尽量与钢板紧密接触，在中岩墙另一侧重复以上操作，形成4组左右交错布置的u型网状锚索结构；步骤四、张拉锚固：使用专用设备由上往下将同一根锚索的两个自由端进行张拉，稳定后通过锚固装置固定于钢板中部，进行封孔注浆；步骤五、工字钢立架：锚索结构安装完成后，将工字钢架设到设计位置，通过焊接进行固定，绑扎双层钢筋网；步骤六、喷射混凝土封闭：使用喷射混凝土对加固体系进行封闭，至隧道设计轮廓线。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本中墙组合加固体系可以对软弱围岩下分岔口中岩墙进行有效加固，既可以根据中墙厚度变化而进行调整，也能够适应于连接线曲率变化带来的加固难题；2、本中墙组合加固体系整体受力协调，通过u型锚索、传力钢板和工字钢的组合，将锚索张拉应力均匀地传递给围岩，加固范围大，避免了中岩墙因局部荷载过大而出现破坏，使得加固效果得到充分发挥。
附图说明
15.图1为中岩墙组合加固体系结构图；图2为中岩墙组合加固体系侧视图；图3为传力钢板示意图；图4为中岩墙组合加固体系横断面图；图5为中岩墙组合加固体系纵断面图；图6为中岩墙组合加固体系布设范围横断面图；图7为中岩墙组合加固体系布设范围纵断面图。
16.其中：1-锚索，2-传力钢板，3-螺栓，4-锚固装置，5-圆形凹槽，6-工字钢，7-钻孔，8-中岩墙，9-砂浆，10-喷射混凝土，11-钢筋网，12-长锚杆，13-连接线隧道，14-主线隧道。
具体实施方式
17.下面将结合附图1-图7对本发明进行详细说明，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.如图1-7所示，本发明在此提供一种中岩墙加固组合体系，包括多个u型张拉锚索结构1、长锚杆12、注浆小导管、工字钢6、传力钢板2、钢筋网11、喷射混凝土10，能够在分岔小净距隧道开挖过程中对中岩墙进行合理有效加固，防止出现失稳垮塌等灾害，并且可以通过测力元器件对中岩墙受力进行长期压力监测。
19.实施时；图1为中岩墙组合加固体系的结构图，隧道开挖后由上往下通过钻孔将锚
索1通入中岩墙的另一端，弯曲后形成u型结构再通过另一钻孔回到原来一侧，锚索两端使用锚固装置4进行固定，并安装到与围岩紧贴的钢板2上；在中岩墙两侧交错进行钻孔和锚索加固操作，每一侧均布置两组锚固转置4，锚索u型段由上往下左右交替布置，不同高度中岩墙加固区域相互作用加强，纵向间隔0.8m，形成规律排列的加固结构。钻孔竖向间隔1.0m，每个断面中岩墙设置5个钻孔，贯通中岩墙，直径为30mm~60mm，除上下端外，其余中部钻孔能够容纳2根锚索1。
20.实施时；图2为中岩墙组合加固体系侧视图，待u型排列锚索1加固结构和钢板2锚固完成后，继续在纵向相邻两钻孔中部安装工字钢6，与锚固转置4交替排列。主线隧道由于断面较大，使用18工字钢，连接线可以使用16工字钢，施作时尽量与中墙紧密贴合，减少局部受力，工字钢6间隔0.8m，通过焊接技术与其他工字钢拼接成环。
21.实施时；图3为传力钢板2，中岩墙钻孔完成后将钢板2安装至竖向两孔之间，纵向相邻钢板2通过螺栓3进行连接，每个横断面由上往下间隔布置4组钢板2，沿纵向形成连续排布的长钢板结构，与中墙紧密接触，将锚索张拉应力均匀施加到中墙两侧。连接线由于隧道线路呈曲线，对应钢板2同样设计成弧形，以充分适应连接线开挖轮廓。
22.有要进行压力监测需要时，可以在监测断面位置将钢板2中部进行圆形凹槽5加工，以固定土压力盒，一面与钢板平面接触，另一侧与中岩墙紧密接触，既减少了土压力盒安装对加固装置的干扰，又使得监测数据能够具有相应真实性。
23.实施时；图4和图5分别为中岩墙组合加固体系横断面图和纵断面图，钻孔保持水平，贯通中岩墙，锚索u型端长度为1.0m~1.1m，弯曲时和张拉时尽量加强与钢板接触紧密。待工字钢6立架完成后在内外两侧绑扎钢筋网11，加强支护结构受力和整体性，最后施作喷射混凝土10封闭成环。
24.本特大断面分岔隧道中岩墙组合加固体系布设范围如图6和图7所示，分岔口形成分离式隧道，包括连接线隧道和主线隧道，两隧道之间的中岩墙厚度和形状沿纵向不断发生改变，在中墙厚度小于6m区域内为重点加固对象。本加固体系适用于分岔口超小净距区内的中墙加固，特别是软弱围岩条件下对隧道进行加固。使用长锚杆12控制中墙顶部的沉降位移，u型锚索网1、工字钢6和传力钢板2组合控制中墙中部水平位移，并通过张拉力作用提高中墙承载能力和稳定性。长锚杆12施作范围为水平线以上15
°
至60
°
范围内，必要时可以进行调整，连接线与主线间长锚杆交错布置，相互间隔0.8m，充分发挥锚杆的组合梁和挤压加固作用，在中岩墙上部松动围岩形成压缩区，各长锚杆作用范围相互叠加，使围岩整体性增强。
25.下面对中墙组合加固系统施工步骤进行详细介绍：步骤一、小导管超前注浆加固先行洞台阶法开挖至分岔口附近时，使用超前注浆小导管对前方中墙顶部围岩进行超前加固，靠近中墙一侧对前方水平斜向30
°
左右超前注浆，待强度达到要求后进行开挖。
26.步骤二、施作长锚杆开挖后，向中墙一侧上方按照设计范围施作长锚杆，纵向间隔1.6m，安装完成后进行锚杆封闭。待后行洞开挖至分岔口位置时，施作对应长锚杆，与前述锚杆交错布置，间隔0.8m。
27.步骤三、钻孔并安装u型锚索网结构由上往下对设计孔位进行钻孔并清洗，共设计5个孔位，上下两端孔直径为30mm，中间钻孔直径60mm，钻孔方向保持水平直线，与主线隧道中墙岩面垂直。将钢板安装至孔位中部，相邻钢板使用螺栓进行连接，从上端孔开始将锚索一端伸入孔内到达另一端，然后通过弯曲形成u型结构再顺着下端孔回到初始端，u型端尽量与钢板紧密接触，在中岩墙另一侧重复以上操作，形成4组左右交错布置的u型网状锚索结构。
28.步骤四、张拉锚固使用专用设备由上往下将同一根锚索的两个自由端进行张拉，稳定后通过锚固装置固定于钢板中部，进行封孔注浆。
29.步骤五、工字钢立架锚索结构安装完成后，将工字钢架设到设计位置，通过焊接进行固定，绑扎双层钢筋网。
30.步骤六、喷射混凝土封闭使用喷射混凝土对加固体系进行封闭，至隧道设计轮廓线。
31.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。