[实用新型]一种上软下硬地层隧道支护结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道修建技术领域，具体地指一种上软下硬地层隧道支护结构。

背景技术

隧道施工一般可采取矿山法、盾构(顶进)法，明挖法等工法施工。其中矿山法一般应用于地质条件较好，围岩自稳性较好的隧道。当上软下硬地层需采用矿山法施工时，软弱地层难以自稳，在上部荷载作用下易坍塌变形。现有的上软下硬地层矿山法隧道施工需要对隧道周边一定范围的软弱地层进行加固，然后在加固的地层以及超前支护的保护下施工。采用现有技术可满足一般条件下此类隧道施工，但在复杂条件下时，仍然存在以下问题：

1)在有条件的情况下，采用从地面向下加固的方式通常能取得较好的加固效果。但当隧道近距离下穿既有建(构)筑物时，则没有条件从地面实施围岩加固，只能采用洞内加固。而洞内加固施工空间有限，受现有技术所限，地层加固效果一般，且影响洞内其他工序施工。从现有的工程经验来看，对于沉降要求高的矿山法隧道，当地面不具备加固条件时，加固效果通常难以保证。

2)随着隧道跨度的增大，为将地表沉降控制在允许范围内，需不断加大超前支护和初期支护的刚度，但现有技术中广泛采用的管棚、超前小导管注浆、钢拱架和喷射混凝土等常规支护措施刚度增加的空间较为有限。如果仅采用现有的常规支护措施，在矿山法大跨度隧道开挖时，地层荷载作用在管棚及其初期支护上，其刚度相对较小，地层作用引起的变形较大，难以满足沉降控制的要求。

3)大跨度隧道地层加固时，由于地层土体性质具有较大差异，加固体的抗压强度，抗渗性能会产生一定离散性，对沉降控制要求高的隧道，其安全可控性较差，施工中存在较高风险。

实用新型内容

本实用新型的目的就是要解决上述背景技术中提到的现有技术的支护结构存在的结构复杂、施工困难、稳定性差、难以满足沉降控制要求、安全控制性差的问题，提供一种上软下硬地层隧道支护结构。

本实用新型的技术方案为：一种上软下硬地层隧道支护结构，其特征在于：包括位于隧道限界上部的管幕结构和位于隧道限界下方的支撑结构；所述的管幕结构包括多根沿隧道轴向穿设于隧道上部软弱土层内的钢管，多根钢管沿隧道的圆周方向间隔布置形成覆盖在隧道上方的拱形结构，相邻钢管之间两块沿隧道圆周方向布置的钢板固定连接；所述的相邻钢管之间的两块钢板沿隧道的径向平行间隔布置，两块钢板之间的空间通过开设于钢管侧壁的安装槽与钢管内部空间连通，钢板与钢管形成拱形的连通空腔；所述的连通空腔内浇筑有钢筋混凝土；所述的支撑结构的上端连接于管幕结构两侧最下端的两根钢管上与管幕结构形成环绕在隧道外侧的封闭支护结构。

进一步的所述的支撑结构包括埋设于坚硬土层内的位于隧道限界两侧的侧部初期支护和位于隧道限界下方的下部初期支护，侧部初期支护的下端固定在下部初期支护的两端形成承接于隧道下方的U型支撑结构，侧部初期支护的上端与管幕结构的两侧最下端的钢管连接，侧部初期支护、下部初期支护和钢管以及钢板形成密封的环状腔体支护结构。

进一步的所述的支撑结构还包括二次衬砌；所述的二次衬砌为浇筑于侧部初期支护和下部初期支护内侧的U型钢筋混凝土结构，二次衬砌的两侧上端与管幕结构两侧最下端的两根钢管固定连接。

进一步的所述的钢板沿隧道轴向方向连续布置，相邻钢管之间的两块钢板之间设置有立柱；所述的立柱为沿隧道的径向方向布置的杆件结构，立柱的两端分别固定在相邻两块钢板上。

进一步的所述的钢管内穿设有多根沿隧道轴向间隔布置的钢管钢筋，钢管钢筋沿隧道的圆周方向将所有的钢管连接为整体结构，钢管钢筋通过混凝土浇筑于连通空腔内。

进一步的所述的二次衬砌内浇筑有多根沿隧道轴向方向间隔布置的衬砌钢筋；所述的衬砌钢筋的两侧上端与对应的钢管钢筋的两侧下端焊接连接形成围绕在隧道圆周外侧的环形结构。

进一步的所述的管幕结构与下部初期支护之间设置有支撑杆；所述的支撑杆的上端固定在钢管的侧壁，下端支撑于隧道底部的坚硬土层上。

一种上软下硬地层隧道支护结构的施工方法，其特征在于：所述的施工方法包括以下步骤：

1)、在隧道限界上方的软弱土层中沿隧道轴向方向插打钢管，依顺序间隔施作钢管直至形成覆盖在隧道限界上方的拱形结构；

2)、从钢管内部在钢管侧壁上开设安装槽，在安装槽中插入两块钢板，将钢板的两端分别焊接在相邻的两根钢管上，从钢管内部开挖钢板之间的土体，在两块钢板之间施作内支撑；

3)、分块开挖隧道，沿隧道侧部和下部的坚硬土层施工支撑结构，将管幕结构两侧最下端的钢管固定在支撑结构的上端；