一種城市分岔隧道大拱段輔助挖掘支撐結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，特別是涉及一種城市分岔隧道大拱段襯砌型結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]為緩解日益突出的交通擁堵問(wèn)題，以北京和上海為代表的國(guó)內(nèi)一線城市的地下公路(又稱城市地下道路）即將迎來(lái)建設(shè)高潮，作為連接其與地面交通紐帶的大量分岔隧道將隨之產(chǎn)生。分岔隧道是一類由大拱段、連拱段和小凈距段共同構(gòu)成的組合隧道型式，其線形設(shè)計(jì)上的多斷面、多尺度和施工工序及圍巖荷載頻繁轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)導(dǎo)致其開(kāi)挖支護(hù)體系在復(fù)雜應(yīng)力空間中表現(xiàn)為一個(gè)難度自增值系統(tǒng)。分岔隧道是一種新型隧道結(jié)構(gòu)型式，目前尚無(wú)相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可循，在國(guó)內(nèi)建成并投入使用的例子并不多。而且與山嶺分岔隧道相比，城市地下道路分岔隧道具有斷面和結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，地質(zhì)條件更差和環(huán)境影響敏感性更強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0003]大拱段是城市地下道路分岔隧道這一結(jié)構(gòu)型式中重要的組成部分，并具有超大的開(kāi)挖斷面特征，圍巖應(yīng)力變化和圍巖與結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系復(fù)雜，并且具有以下特點(diǎn)：
[0004](I)大拱段隧道斷面尺寸大，并且由于在隧道出口處土質(zhì)條件較差，導(dǎo)致普通的洞間凈距基本上不能達(dá)到最小凈距的要求，于是產(chǎn)生了大跨度的隧道經(jīng)常是小凈距隧道這種情況；
[0005](2)大拱段隧道斷面面積大，就拿單洞四車道公路隧道來(lái)說(shuō)，凈斷面面積通常都大于220m2。當(dāng)車道數(shù)增加的時(shí)候，隧道開(kāi)挖跨度也隨之增大，在施工過(guò)程中，如果采用一般雙車道公路隧道設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)斷面時(shí)，將會(huì)造成較大的空間浪費(fèi)，斷面的利用率會(huì)隨之降低，從一定程度上來(lái)說(shuō)會(huì)造成施工不經(jīng)濟(jì)，因此，大拱段隧道一般情況下會(huì)設(shè)計(jì)成扁平形狀；
[0006](3)在軟弱圍巖中，大拱段隧道施工過(guò)程將會(huì)由于斷面較大的特征而采取分部開(kāi)挖的方式。在圍巖條件較好的時(shí)候，施工過(guò)程將控制擾動(dòng)，基本上不會(huì)采用一次爆破然后進(jìn)行全斷面開(kāi)挖的方法，因此將會(huì)采取復(fù)雜的施工工序和方法。故而在大拱段隧道施工過(guò)程中更加需要重視施工力學(xué)效應(yīng)影響，從而研究出較為合理的施工步驟。
[0007]由于大拱段隧道復(fù)雜的力學(xué)特性，再加上隧道工程的地質(zhì)環(huán)境也很復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范。而且，大拱段隧道斷面形式、襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)以及施工工藝等方面的研究還比較少，可以借鑒的工程實(shí)例并不多，設(shè)計(jì)與管理尚無(wú)明確的經(jīng)驗(yàn)可循，數(shù)值模擬、系統(tǒng)分析等數(shù)值和理論研究也并不深入，還有很多關(guān)鍵性的問(wèn)題亟待解決。因此，開(kāi)展城市地層中分岔隧道大拱段的力學(xué)特征研究，將為支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)制定提供理論基礎(chǔ)，具有重要而現(xiàn)實(shí)的意義。
[0008]隧道扁平率是指隧道高度與跨度的比值。隧道在斷面尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，在保證建筑限界的基礎(chǔ)上，盡量減小拱頂高度，減小限界以上多余凈空，減少土方開(kāi)挖，進(jìn)而節(jié)約工程造價(jià)，此時(shí)需要減小扁平率，但扁平率的降低會(huì)造成隧道穩(wěn)定性降低，結(jié)構(gòu)受力更加不利，帶來(lái)安全隱患。因此，如何在保證結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)降低工程造價(jià)，選擇合適的扁平率則成為研究的重點(diǎn)。
[0009]扁平、超大斷面隧道的基本力學(xué)特性可以概括為：（1)超大斷面隧道在幾何特征上表現(xiàn)為一個(gè)扁平的拱結(jié)構(gòu)，進(jìn)行力學(xué)特性分析時(shí)可近似看作橢圓；（2)跨度與斷面面積加大，應(yīng)力重分布趨于不利；（3)拱腳處應(yīng)力集中，需要較高的地基承載力；（4)拱頂穩(wěn)定性差；
(5)松弛壓力較大；(6)支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力較小。扁平率是實(shí)際工程中存在的大問(wèn)題，扁平率過(guò)大，安全性問(wèn)題，襯砌過(guò)厚，也不經(jīng)濟(jì);扁平率過(guò)小，開(kāi)挖面積過(guò)大，不經(jīng)濟(jì)。
[0010]因此，需要提供一種新型的挖掘方法，以滿足超大跨度扁平隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種城市分岔隧道大拱段輔助挖掘支撐結(jié)構(gòu)及挖掘方法，以解決在城市分岔隧道大拱段襯砌結(jié)構(gòu)安全性不足和施工難度大的問(wèn)題。
[0012]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0013]—種城市分岔隧道大拱段輔助挖掘支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括依次鋪設(shè)在隧道內(nèi)壁上的第一襯砌和第二襯砌；
[0014]該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括垂直于水平面支撐在隧道內(nèi)部的多個(gè)支撐部，所述支撐部通過(guò)第一縱梁和第二縱梁固定在第一襯砌和第二襯砌上。
[0015]優(yōu)選的，所述第一襯砌為噴射混凝土，第二襯砌為模筑鋼筋混凝土。
[0016]優(yōu)選的，所述支撐部為鋼筋混凝土管柱。
[0017]優(yōu)選的，所述支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括用于協(xié)助所述第一襯砌、第二襯砌和多個(gè)支撐部對(duì)新挖掘成的隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐的多個(gè)臨時(shí)支撐部。
[0018]優(yōu)選的，所述臨時(shí)支撐部為噴射混凝土并內(nèi)嵌工字形型鋼的支撐架。
[0019]一種城市分岔隧道大拱段挖掘方法，該方法的步驟包括
[0020]SI、基于預(yù)先設(shè)計(jì)的隧道藍(lán)圖的截面圖，在該隧道的頂部附近的位置開(kāi)鑿一貫通隧道的第一導(dǎo)洞，并在該第一導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第一導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第一導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0021]S2、在所述隧道中與第一導(dǎo)洞對(duì)稱位置的隧道底部附近的位置開(kāi)鑿一貫通隧道的第二導(dǎo)洞，并在該第二導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第二導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第二導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0022]S3、在第一導(dǎo)洞的底部每隔一段距離向第二導(dǎo)洞施作鉆孔灌注粧，該粧體的頂部通過(guò)第一縱梁固定在第一導(dǎo)洞內(nèi)的第一襯底上，該粧體的底部通過(guò)第二縱梁固定在第二導(dǎo)洞內(nèi)的第一襯底上；
[0023]S4、在所述隧道的左側(cè)壁與所述粧體之間距離的三分之一處和左側(cè)壁之間的空間的上半部分開(kāi)鑿一貫通隧道的第三導(dǎo)洞，并在該第三導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第三導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第三導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0024]S5、在所述隧道的左側(cè)壁與所述粧體之間距離的三分之一處和左側(cè)壁之間的空間的下半部分開(kāi)鑿一貫通隧道的第四導(dǎo)洞，并在該第四導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第四導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第四導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0025]S6、在所述隧道的右側(cè)壁與所述粧體之間距離的三分之一處和右側(cè)壁之間的空間的上半部分開(kāi)鑿一貫通隧道的第五導(dǎo)洞，并在該第五導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第五導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第五導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0026]S7、在所述隧道的右側(cè)壁與所述粧體之間距離的三分之一處和右側(cè)壁之間的空間的下半部分開(kāi)鑿一貫通隧道的第六導(dǎo)洞，并在該第六導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第六導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第六導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0027]S8、在所述隧道的所述粧體與第三導(dǎo)洞之間距離的二分之一處和第三導(dǎo)洞之間的空間開(kāi)鑿一貫通隧道的第七導(dǎo)洞，并在該第七導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第七導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第七導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0028]S9、在所述隧道的所述粧體與第四導(dǎo)洞之間距離的二分之一處和第四導(dǎo)洞之間的空間開(kāi)鑿一貫通隧道的第八導(dǎo)洞，并在該第八導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第八導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第八導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0029]S10、在所述隧道的所述粧體與第五導(dǎo)洞之間的空間，并拆除該空間與第一導(dǎo)洞重疊空間內(nèi)的第一導(dǎo)洞的臨時(shí)支撐部，開(kāi)鑿一貫通隧道的第九導(dǎo)洞，并在該第九導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第九導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第九導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0030]S11、在所述隧道的所述粧體與第六導(dǎo)洞之間的空間，并拆除該空間與第二導(dǎo)洞重疊空間內(nèi)的第二導(dǎo)洞的臨時(shí)支撐部，開(kāi)鑿一貫通隧道的第十導(dǎo)洞，并在該第十導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第十導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第十導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0031]S12、在所述隧道的所述粧體與第七導(dǎo)洞之間的空間，并拆除該空間與第一導(dǎo)洞重疊空間內(nèi)的第一導(dǎo)洞的臨時(shí)支撐部，開(kāi)鑿一貫通隧道的第十一導(dǎo)洞，并在該第十一導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第十一導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第十一導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0032]S13、在所述隧道的所述粧體與第八導(dǎo)洞之間的空間，并拆除該空間與第二導(dǎo)洞重疊空間內(nèi)的第二導(dǎo)洞的臨時(shí)支撐部，開(kāi)鑿一貫通隧道的第十二導(dǎo)洞，并在該第十二導(dǎo)洞的內(nèi)壁與隧道內(nèi)壁重合的部分鋪設(shè)第一襯砌，該第十二導(dǎo)洞的其它內(nèi)壁部分鋪設(shè)臨時(shí)支撐部，在第十二導(dǎo)洞內(nèi)壁形成封閉環(huán)；
[0033]S14、拆除所有臨時(shí)支撐部，在第一襯砌上覆蓋固定第二襯砌，并在第二襯砌施做后拆除第一層襯砌的所有臨時(shí)支撐，僅保留柱粧作為隧道的永久支撐，完成最終分岔隧道大拱段斷面的挖掘。
[0034]優(yōu)選的，所述粧體為外部包裹鋼管圍護(hù)的混凝土柱粧。
[0035]本發(fā)明的有益效果如下：
[0036]本發(fā)明所述技術(shù)方案解決了在城市分岔隧道大拱段襯砌結(jié)構(gòu)安全性不足和施工難度大的問(wèn)題，能有效地提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，控制地層沉降，并保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。
【附圖說(shuō)明】
[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；
[0038]圖I示出本發(fā)明所述城市分岔隧道大拱段襯砌型輔助挖掘支撐結(jié)構(gòu)的斷面結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0039]圖2示出本發(fā)明所述城市分岔隧道大拱段斷面挖掘方法。
[0040]附圖標(biāo)號(hào)
[0041 ] I、第一襯砌，2、第二襯砌，3、第一縱梁，4、第二縱梁，5，鋼筋混凝土管柱，6、臨時(shí)支撐部。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0043]如圖I和圖2所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種城市分岔隧道大拱段輔助挖掘支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括依次鋪設(shè)在隧道內(nèi)壁上的第一襯砌I和第二襯砌2，所述第一襯砌I為噴射混凝土，第二襯砌2