一种隧道柔性支护结构、柔性支护结构的柔性层、柔性支护结构的施工方法及应用

1.本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道柔性支护结构、柔性支护结构的柔性层及柔性支护结构的施工方法及应用。


背景技术：

2.随着我国交通基建事业发展，交通线路逐渐向山区地带延伸，隧道工程是优化山区公路线形的重要工程。目前，隧道工程多采用新奥法施工，支护型式为初期支护 防水板 二次衬砌的复合式支护结构，初期支护为喷射混凝土 钢拱架。
3.上述支护型式虽然适用于大多数岩石隧道，但对于特殊土隧道具有明显的局限性。喷射混凝土直接喷射在围岩内表面，对于水敏性黄土和膨胀土，喷射混凝土中的水会导致土质围岩力学性质改变，承载能力降低，这与新奥法中“充分发挥围岩自承能力”的理念相悖。此外，复合式衬砌施工工序负责，初期支护的喷射混凝土施工环境较差，对环境影响较大，难以适应节能减排和绿色施工的要求。
4.在我国全面推进环境友好型社会构建和可持续发展的时代背景下，城市建设必须遵循绿色发展的道路。隧道工程作为重要环节，研发绿色环保的新型隧道初期支护体系和施工工艺是绿色发展的必然需求。
5.专利申请cn113153363a公开了一种高地应力下的隧道柔性支护结构，通过设置应力释放孔、注浆层、新型让压锚杆、改性喷射混凝土构成主动支护，改善高地应力区围岩；设置钢板混凝土和硬质聚氨酯泡沫材料层作为被动支护，提供了高效的安全储备。但该申请仍需要拱架安装机辅助作业以及改性喷射混凝土，难以避免喷射混凝土中的水会导致土质围岩力学性质改变，承载能力降低的缺陷。


技术实现要素：

6.为了解决上述现有技术问题，本发明的目的在于提供一种隧道柔性支护结构、柔性支护结构的柔性层及柔性支护结构的施工方法及应用，通过柔性支护代替初期支护和防水板，铺设完成即起作用，大幅减少初期支护时间，其中，恒阻锚杆采用梅花形式布置，减少材料用量，提高材料利用率；采用柔性层提高了防水效率，避免导致土质围岩力学性质改变，优化施工工序，提高施工效率，实现了绿色施工。
7.为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
8.一种隧道柔性支护结构，包括隧道由内向外布置的二次衬砌8、柔性层9及恒组锚杆6，所述柔性层9上预留有恒阻锚杆6的穿过孔7，恒阻锚杆6与穿过孔7之间通过密封垫片12进行封孔。
9.所述柔性层包括依次紧贴的内层土工布1、防水膜2、外层土工布3及土工格栅4；柔性层9两侧边缘处设有拼接企口5。
10.所述二次衬砌8采用模筑混凝土。
11.所述预留的穿过孔7呈梅花型分布。
12.所述密封垫片12采用橡胶垫片。
13.所述防水膜2采用复合土工膜。
14.所述拼接企口5采用凹凸槽式企口。
15.一种隧道柔性支护结构的柔性层，包括依次紧贴的内层土工布1、防水膜2、外层土工布3及土工格栅4；紧贴的内层土工布1、防水膜2、外层土工布3及土工格栅4两侧边缘处设有拼接企口5。
16.一种隧道柔性支护结构的施工方法，具体包括以下步骤：
17.步骤一、根据隧道设计，当隧道整个截面需同时开挖，采用全断面开挖法；当隧道截面需要划分不同区域进行施工，采用台阶开挖法；制定施工计划，同时在预制工厂制作柔性层9；
18.步骤二、根据隧道不同的开挖方法开挖并清理出施工平面
19.2.1开挖方法为全断面开挖法时，开挖台车进场，全断面开挖，清理出施工平面；
20.2.2开挖方法为台阶开挖法时，上台阶开挖并清理施工平面，根据施工高度布置脚手架；
21.步骤三、
22.3.1柔性层9利用不同施工平台紧贴岩壁铺设，布置木板临时支撑，两两柔性层9之间通过拼接企口5拼接；
23.3.2将恒阻锚杆6穿过预留的穿过孔7打进后方岩壁进行第一次固定，恒阻锚杆6露出长度8cm-12cm；去除木板临时支撑；
24.3.3将密封垫片12套在恒组锚杆6上对穿过孔7封孔；
25.步骤四、
26.4.1搭设二次衬砌钢筋，衬砌台车进场对需灌注混凝土区域进行封堵；
27.4.2二次衬砌灌注混凝土：利用衬砌台车分流槽自下而上分层浇筑侧墙及顶部混凝土，浇筑过程中采用机械振捣，混凝土灌注必须左右对称，左右高差不超过50cm，防止产生偏压损坏台车，浇筑过程必须连续进行，避免停歇造成冷缝，浇筑间隔时间小于一小时，顶部采用顶模中心封顶器接输送管，逐渐加注混凝土封顶，当观察孔有混凝土溢出时，即标志混凝土浇筑完成；
28.步骤五、二次衬砌钢筋混凝土养护：在二次衬砌混凝土强度大于2.5mpa以后拆模；拆模后用高压水喷混凝土表面，降低水化热，养护期不小于14天。
29.一种隧道柔性支护结构的应用，用于四级以上围岩的隧道支护结构施工中，或无地下水地区的黄土隧道支护结构施工中。
30.本发明有益效果在于：
31.1、本发明柔性支护结构中，柔性层9的内层土工布1及外层土工布3起隔离作用，将防水膜2夹在中间，避免岩层、土工格栅4划破防水膜2；防水膜2采用复合土工膜，可有效阻止岩壁渗水对支护结构的侵蚀；土工格栅4代替初期支护过程中喷射混凝土，起部分支护作用，二次衬砌8的模筑混凝土起主要支护作用；密封垫片12起封孔作用，避免水通过预留的穿过孔7对支护结构造成侵蚀作用，本发明不改变土质围岩力学性质，充分发挥围岩自承能力。
32.2、双层土工布的运用，保护柔性材料完整性，提高了防水效率。恒阻锚杆6采用梅花形式布置，减少材料用量，提高材料利用率，同时起固定作用。
33.3、本发明根据隧道开挖方法制定不同的柔性支护结构的施工方法，隧道开挖后，全断面开挖法利用开挖台车作为施工平面，台阶开挖法利用开挖出的上台阶地面、下台阶地面、仰拱地面进行施工，先进行柔性层的铺设，柔性层9通过启口缝进行搭接，随后用恒阻锚杆6对柔性层9进行固定，以及密封垫片12封孔；待柔性层施工结束进行二次衬砌，搭设二次衬砌钢筋，移动衬砌台车到达指定位置对区域进行封堵，灌注混凝土，最后进行二次衬砌养护。柔性支护结构及施工方法取代传统的隧道开挖后初喷混凝土以及搭建钢拱架，可以有效的减少工作时间，由于没有喷射混凝土，替代的土工格栅，不需要凝结时间，铺设完成即起作用，大幅减少初期支护时间。
附图说明
34.图1为本发明柔性支护结构的立面图。
35.图2为本发明柔性支护结构的三维图。
36.图3为本发明柔性层9的结构图。
37.图4为本发明梅花型穿过孔7的布置图。
38.图5为本发明密封垫片12的三维图。
39.图6为本发明密封垫片12的布置图。
40.图中：1、内层土工布；2、防水膜；3、外层土工布；4、土工格栅；5、拼接企口；6、恒阻锚杆；7、穿过孔；8、模筑混凝土；9、柔性层；12、密封垫片。
具体实施方式
41.下面结合附图对本发明进行进一步描述。
42.参见图1和图2，一种隧道柔性支护结构，包括隧道由内向外布置的二次衬砌8、柔性层9及恒组锚杆6，所述柔性层9上预留有恒阻锚杆6的穿过孔7，恒阻锚杆6与其穿过孔7之间通过密封垫片12进行封孔。
43.所述柔性层包括依次紧贴的内层土工布1、防水膜2、外层土工布3及土工格栅4；柔性层9两侧边缘处设有拼接企口5。
44.所述二次衬砌8采用模筑混凝土。
45.所述预留的穿过孔7呈梅花型分布；能够固定周围岩体，防止隧道因初期开挖扰动而出现变形、坍塌等一系列不利影响，同时起到固定柔性层的作用，防止柔性层脱落。
46.所述密封垫片12采用橡胶垫片。
47.所述防水膜2采用复合土工膜。
48.所述拼接企口5采用凹凸型企口。
49.参见图3，内层土工布1与岩体紧密相接，起到隔离保护作用，图中厚度仅为示意位置所用。
50.参见图3，防水膜2位置为内外层土工布之间，主要起防水作用，图中厚度仅为示意位置所用。
51.参见图3，外层土工布3位置为防水膜2与土工格栅4之间，主要起保护作用，避免防
水膜2被土工格栅4划烂。
52.参见图3，箭头方向为拼接启口5的拼接方向，图中厚度仅为示意位置所用。
53.参见图6，密封垫片12主要作用为封住恒阻锚杆6与穿过孔7的孔隙，防止水从孔隙穿过侵蚀支护结构。
54.实施例1(全断面开挖法实施例)
55.一种隧道柔性支护结构的施工方法，具体包括以下步骤：
56.步骤一：
57.1.1全断面开挖法时，柔性层9环向长度可为隧道环向长度，中间不进行拼接，增强整体性；纵向长度取2m或4m。
58.步骤二：
59.2.1 9m长开挖台车进场，全断面开挖，清理出施工平面。
60.步骤三：
61.3.1第一节柔性层利用不同施工平台紧贴岩壁铺设，布置木板临时支撑，第一节柔性层启口伸出方向为隧道纵向挖掘方向；
62.第一节柔性层步骤三结束后将第二节启口与第一节启口拼接并进行铺设，随后布置木板临时支撑，第二节柔性层启口伸出方向为隧道纵向挖掘方向；
63.3.2将恒阻锚杆穿过预留穿孔打进后方岩壁进行第一次固定，恒阻锚杆露出长度10cm作为橡胶垫片附着长度；去除木板临时支撑；
64.3.3将橡胶垫片套在恒组锚杆上作为封孔。
65.由于该实施例中开挖台车长9m，开挖台车一次工作平面可进行四节2m柔性层，三、四节柔性层施工重复步骤三。当开挖台车进入下一工作平面，除下一节启口需要拼接其余均与上述施工方法相同直至隧道施工结束。
66.步骤四：
67.4.1搭设二次衬砌钢筋，衬砌台车进场对需灌注混凝土区域进行封堵；
68.6m长衬砌台车同时进行三节2m隧道柔性层处二次衬砌；
69.4.2二次衬砌灌注混凝土：衬砌台车移动到指定位置后，安装注浆管，安装堵头板，中心拱顶位置预留排气孔和观察孔；混凝土浇筑过程中混凝土采用拌合站拌合，运输车运输至输送泵送入衬砌台车模灌注，利用衬砌台车分流槽自下而上分层浇筑侧墙及顶部混凝土，浇筑过程中采用机械振捣，混凝土灌注必须左右对称，左右高差不超过50cm，防止产生偏压损坏台车，浇筑过程必须连续进行，避免停歇造成冷缝，浇筑间隔时间小于一小时，顶部采用顶模中心封顶器接输送管，逐渐加注混凝土封顶，当堵头板上观察孔有混凝土溢出时，及标志混凝土浇筑完成。
70.步骤五：二次衬砌钢筋混凝土养护：在二次衬砌混凝土强度大于2.5mpa以后拆模，拆模后用高压水喷混凝土表面，降低水化热，养护期不小于14天。
71.实施例2(为台阶法开挖实施例)
72.步骤一：
73.1.1由于采用台阶法施工，根据不同台阶断面环向长度制定柔性层的尺寸，柔性层纵向长度根据开挖情况取2m或4m；
74.由于台阶法开挖时每一工作平面不在同一截面，下述施工方法为上台阶隧道纵向
两节12m的情况，下台阶、仰拱部分除仰拱柔性层施工时不需要模板临时支撑，其余均与此相同；
75.柔性层环向尺寸，如施工段为下台阶处，则环向长度为上至上台阶底部，下至仰拱顶部的隧道环向长度。
76.步骤二：
77.2.1上台阶开挖并清理施工平面；
78.2.2布置脚手架，若施工高度适中可不布置。
79.步骤三：
80.3.1上台阶第一节6m为三小节2m宽柔性层拼接，环向长度为上台阶环向总长，柔性层紧贴岩壁铺设，布置木板临时支撑，第三小节柔性层启口朝向第四小节，同时预留与下台阶第一节搭接启口；
81.第一节第三小节柔性层完成步骤三后，第二节第一小节2m施工，先将第二节第一小节启口缝与第一节第三小节启口拼接，然后重复步骤三；
82.3.2将恒阻锚杆10穿过预留穿过孔6打进后方岩壁进行第一次固定，恒阻锚杆10露出长度10cm；去除木板临时支撑；
83.3.3将密封垫片套在恒组锚杆10上作为封孔。
84.步骤四：
85.4.1搭设二次衬砌钢筋，衬砌台车进场对需灌注混凝土区域进行封堵；
86.6m长衬砌台车同时进行三节2m隧道柔性层处二次衬砌；
87.4.2二次衬砌灌注混凝土。
88.步骤五：
89.5.1二次衬砌钢筋混凝土养护。
90.本发明的作用方式是，土工布起隔离作用，将防水膜夹在中间，避免岩层、土工格栅划破防水膜，从而使防水膜失效。防水膜采用复合土工膜，可有效阻止岩壁渗水对支护结构的侵蚀。土工格栅代替初期支护过程中喷射混凝土，起部分支护作用，模筑混凝土起主要支护作用。橡胶垫片起封孔作用，避免水通过预留孔洞对支护结构造成侵蚀作用。
91.本发明适用于岩性较好的隧道(四级以上围岩)，原因是柔性支护结构支护强度有限，不适合岩性较差的隧道。由于四级围岩断裂及软弱结构面较多，五级围岩为散体、沙层滑坡堆积等，因此四级以下围岩并不适合本支护方案；另外，无地下水地区的黄土隧道施工也适用本发明方法。