[实用新型]一种封闭的预支护隧道结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道修建技术领域，具体地指一种封闭的预支护隧道结构。

背景技术

浅埋软土大跨度矿山法隧道一直是隧道专业领域存在的工程难题，其主要的施工难点是：软弱地层自稳性较差，隧道施工引起的地层变形难以控制，开挖洞径容易收缩侵限，同时引起地表的沉降较大。

现有的浅埋矿山法隧道一般采用管棚、注浆等超前支护，增强支护刚度，然后采用分块开挖减少每次开挖坑道的跨度等方法来控制地层变形。以上既有技术手段可满足一般条件下的浅埋大跨度矿山法隧道，但在沉降要求高，工程环境复杂的情况下，存在以下问题：

1)现有的管棚等超前预支护措施，由于直径、间距受限，施工工序复杂等原因，导致超前支护刚度增加的幅度有限；

2)矿山法隧道一般初期支护均采用型钢(格栅钢架)+喷射混凝土的形式，但由于型钢的布设间距不宜过小(否则钢架之间的空间无法喷射混凝土)，同时型钢的尺寸增加的空间有限，在隧道开挖后至施作二次衬砌的这段时间内，初期支护对于地层变形的控制能力有限；

3)采用分块开挖时，初期支护也需要分块施工，相邻初期支护由于施工时间上的差异，导致初期支护间变形后常常产生衔接困难，进而无法形成整体的拱形承载结构，达不到预期的刚度。

针对上述问题，目前一种为增加超前支护和初期支护刚度而施作的大直径钢管管幕法逐渐被推广应用。现有的工程案例中，一般在隧道开挖范围的上方采用顶管或盾构施工大直径钢管管幕，然后在钢管内采用冻结、注浆等辅助工法进行地层加固，或将钢管横向切开，焊接相邻钢管并浇筑钢筋混凝土形成类似护拱的支护结构保护下方的隧道开挖。但上述改进后的方法在应用时仍然存在以下问题：

1)施工的大直径管幕仍属于隧道的超前支护以及初期支护，其施工完成后仍需进行分块开挖及二次衬砌施作，对于工期影响较大；

2)改进后的管幕加固尽管支护刚度提升较大，但是在软土地层中开挖时，由于隧道顶部的荷载作用于管幕上，传递至管幕拱脚处时，不可避免产生应力集中，而软弱地层承载力通常较低，可能导致隧道支护结构整体下沉，进而导致地表沉降加大。

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预支护结构用于隧道修建存在容易沉降、需分块施工拖延工期、需施作二次衬砌等问题，提供一种封闭的预支护隧道结构。

本实用新型的技术方案为：一种封闭的预支护隧道结构，其特征在于：包括围绕在待开挖隧道限界外侧的环形管幕结构；所述的管幕结构包括多根沿隧道轴线方向布设的钢管，多根钢管沿隧道的圆周方向间隔布置围绕在隧道限界外侧形成环形结构，相邻钢管之间焊接有两片沿隧道圆周方向布置的钢板；所述的相邻钢管之间的两片钢板沿隧道的径向方向平行间隔布置，两片钢板之间的空间通过开设于钢管侧壁上的安装槽与钢管内部空间连通，钢板与钢管形成围绕在隧道限界外侧的环状连通空腔；所述的连通空腔内浇筑有钢筋混凝土。

进一步的所述的相邻钢管之间的两片钢板之间设置有立柱；所述的立柱为沿隧道径向方向布设的用于支撑钢板的杆状结构，立柱的两端分别焊接在相邻的两块钢板上，立柱浇筑于混凝土内。

进一步的所述的相邻钢管之间的钢板沿隧道的轴向方向连续布置。

进一步的所述的连通空腔内穿设有多根沿隧道轴向方向间隔布置的环形钢筋；所述的环形钢筋沿隧道的圆周方向穿过安装槽布置于钢管和钢板之间，环形钢筋浇筑于混凝土内。

进一步的所述的钢管内径满足人员进入其内部切割、浇筑钢筋混凝土工作的空间要求。

一种封闭的预支护隧道结构施工方法，其特征在于：所述的施工方法包括以下步骤：

1)、在待开挖的隧道限界外侧，沿隧道轴向方向插打钢管，依顺序间隔施作钢管直至形成围绕在隧道限界外侧的环形结构；

2)、从钢管内部在钢管侧壁开设安装槽，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，两块钢板沿隧道径向间隔分布，钢板与钢管形成封闭的环形连通空腔；

3)、施工人员进入到钢管内部开挖相邻钢管之间的两块钢板之间的土体，在两块钢板之间施作内支撑；

4)、向连通空腔内浇筑混凝土，混凝土流入钢管内和钢板之间形成钢筋混凝土结构；

5)待混凝土养护完成后，完成隧道预支护结构的施工。

进一步的所述的步骤1中，钢管插打施工的顺序为：先插打施工隧道限界底部的钢管，再插打施工隧道限界两侧的钢管，最后插打施工隧道限界顶部的钢管。