[实用新型]隧洞衬砌结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧洞支护技术领域，尤其涉及一种适用于在高地应力条件下的隧洞衬砌结构以及一种隧洞衬砌结构施工工艺。

背景技术

随着西部水利工程、水电工程和交通工程发展，将修建越来越多的隧道工程。在西部特殊的地质和地形条件下，高地应力问题常常困扰着隧道工程的设计和开挖支护施工，并可能影响到隧道围岩的长期稳定。高地应力条件下，隧洞工程存在围岩大变形和后期变形的情况，并且现有支护结构不能很好的适应围岩的大变形和后期变形。高地应力条件常常导致围岩的大变形，围岩大变形的定义，一种方法是根据变形的绝对量值和相对量值来确定是否发生了大变形，根据变形是否超过了初期支护预留的变形量值来判断是否大变形；另一种方法是根据大变形的力学机制来定义，由剪应力产生的岩体剪切变形发生错动、断裂分离破坏，岩体向临空面产生大的挤压变形，则确定为岩体大变形。

隧洞后期变形原因包括三种，一种是由于围岩强度应力比不够，围岩在地应力的作用下，围岩承受的外力大于自身强度，持续的向洞内挤压变形；另一种是围岩断层、裂隙、节理等结构面组合形成的块体，在外力作用下的进一步发展，块体安全裕度不够，导致向洞内变形；第三种是，围岩在地下水的作用下，持续膨胀变形侵占隧洞净空断面。围岩的后期变形，给隧洞的后续施工和正常运行带来很大的危害，比如，可能导致衬砌开裂、衬砌漏水，甚至影响隧洞整体围岩稳定，必须对原被损坏的衬砌进行加固，并再次增加衬砌的刚度强度。

目前，现有的隧洞衬砌一般采用锚喷支护+衬砌的结构型式。对于高地应力区隧洞的支护理念常分为两种，其一是以释放围岩大变形为主，其二是以尽量控制围岩大变形为主：

如果以释放围岩大变形为主，在初期锚喷支护后不及时二次衬砌支护，任围岩继续变形，待围岩变形稳定后再二次衬砌。但是这种支护理念存在两个问题：第一，如果二次衬砌等待的时间过长，则影响后续工程施工，影响工期；第二，如果初期支护强度不够，二次衬砌支护又不及时，可能导致围岩失稳，影响工程安全。

如果以控制围岩大变形为主，在初期锚喷支护后及时进行二次衬砌支护，及时抑制围岩的继续大变形，但是当围岩强度应力比较低或围岩剪胀效应明显或雨水膨胀时，二次衬砌支护不能适应围岩的大变形和后期大变形，或者其支护强度很难抵抗由于上述原因导致的围岩大变形，因此常常导致二次衬砌的开裂破坏，导致衬砌失效。

因此，在高地应力区隧洞采用以释放围岩大变形或以控制围岩大变形的支护方式均存在较大的弊端。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：针对高地应力条件下存在围岩大变形的情况，继而导致现有的支护结构无法适用的问题，提出一种既能释放围岩大变形，又能及时二次衬砌支护围岩的新型隧洞衬砌结构及其施工工艺，可确保隧洞围岩稳定和施工安全，做到安全可靠、经济合理。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：隧洞衬砌结构，包括隧洞，在隧洞内部设置有内衬砌，所述内衬砌与隧洞的内壁面之间形成缓冲区，并且在缓冲区的下部填充有砾砂，在缓冲区的上部位于砾砂上方填充有砾石；在内衬砌上分别设置有贯穿的注浆孔和泄压孔，所述注浆孔与砾石所在的缓冲区对应，所述泄压孔与砾砂所在的缓冲区对应。

进一步的是：在泄压孔内设置有用于封堵泄压孔的堵头，所述堵头可开启。

进一步的是：所述隧洞的横截面呈圆形或椭圆形，所述缓冲区呈环形，所述砾砂填充在环形缓冲区的下半圆环内，所述碎石填充在环形缓冲区的上半圆环内。

进一步的是：所述注浆孔设置在环形缓冲区的上半圆环的顶部对应的120°夹角范围内。

进一步的是：所述碎石直径为20mm～40mm，所述砾砂直径为2mm～4mm。

进一步的是：所述泄压孔从填充有砾砂的一端至另一端为倾斜向下设置。

进一步的是：还包括锚杆，所述锚杆的一端深入到岩体内部，锚杆的另一端从隧洞的内壁面穿出后伸入到缓冲区内或者锚杆的另一端从隧洞的内壁面穿出并穿过缓冲区后伸入到内衬砌内。

进一步的是：所述注浆孔在沿隧洞的轴线方向上间隔地设置有多列，每列注浆孔包括多个间隔地设置在隧洞的同一横截面上的注浆孔；所述泄压孔在沿隧洞的轴线方向上间隔地设置有多列，每列泄压孔包括至少两个设置在隧洞的同一横截面上的泄压孔，并且在同一列泄压孔内位于隧洞两侧分别设置有至少一个泄压孔。

另外本实用新型还提供一种隧洞衬砌结构施工工艺，其采用上述本实用新型所述的隧洞衬砌结构，包括如下步骤：

A：在隧洞开挖后，进行锚杆支护；