[实用新型]一种用于敞开式TBM施工的衬砌结构

说明书

本实用新型提供了一种用于敞开式TBM施工的衬砌结构，通过在开掘后的岩层设置初次支护，初期支护内侧设置二次衬砌，初期支护与二次衬砌之间设置排水系统，在二次衬砌两拱脚之间设置弧形仰拱块，在保证施工安全性与可靠度的情况下，还节约了工程造价、实现了节能减排，并解决了敞开式TBM穿越软岩大变形、岩爆、断层破碎带等不良地层存在的坍塌、撑靴打滑、卡机、岩爆飞石伤人及损伤设备等问题。

技术领域

本实用新型属于用于长大隧道TBM施工技术领域，尤其涉及一种用于敞开式TBM施工的衬砌结构。

背景技术

在山岭长大隧道建设中敞开式TBM已经得到普遍应用，其施工技术日益成熟，尤其是针对II级、III级、IV级、V级稳定性好坚硬地层能充分发挥其快速掘进的优势，但是对于软弱围岩、断层破碎地层适用性较差。

在敞开式TBM施工隧道中，经常遇到软弱围岩、断层、岩爆等不良地层等施工问题，但是由于TBM的结构和施工特性，其受困与软弱围岩、断层、岩爆等不良地层后的处理难度要远大于钻爆法施工隧道，不仅会造成工期延误，还可能使敞开式TBM受损，甚至可能造成TBM施工失败。以往TBM软弱围岩、断层破碎带、岩爆地层施工实施如中处理问题一般比较困难，也有被迫改成钻爆法成洞的沉痛教训。

在敞开式TBM施工隧洞中遇到软弱围岩、断层、岩爆等不良地层时，通常会遇到卡机、坍塌，尤其是左右侧撑靴部位易造成TBM撑靴受力不均、出现打滑。在软弱围岩、断层、岩爆等不良地层掘进时通常根据其软弱程度和破碎程度选用钢筋排、强支护强行通过、组装钢拱架支护、化学灌浆加固+强支护、化学灌浆加固+组合钢拱架、超前管棚注浆加固+强支护、超前管棚注浆加固+组合式钢拱架、化学灌浆加固+超前管棚注浆加固等相结合的支护措施通过，但是以上支护措施耗时长，容易造成TBM盾壳卡机的风险，同时支护施工完成后不能及时的喷射混凝土至设计厚度，不能及时的封闭裸露围岩，初期支护不能承受围岩压力存在二次坍塌的风险。同时敞开式TBM在强烈岩爆区，无法抵御岩爆产生的飞石对人员的伤害和机械的设备的损害，往往需要停机待避，影响TBM的施工工期，鉴于以上敞开式TBM在软弱、断层、岩爆等不良地层的支护方式，还需要进一步的研究。

结合新疆某22.13km级特长隧道，地处高寒高海拔地区，隧道采用“3洞+4竖井”设计方案，中导洞采用敞开式TBM法掘进，设计开挖直径8430mm，总机长度285m，采用2台敞开式TBM掘进21.464km，依次穿越中风化花岗斑岩、大理岩夹砂质板岩、花岗岩，穿越4条断裂带，将敞开式TBM与压注式有效结合，采用一次初期支护为模筑混凝土代替上述背景中支护方式，快速的穿越了FW-14断层破碎带，克服了敞开式TBM在软弱围岩、断层地段初期支护后不能及时喷射混凝土封闭裸露围岩所造成的坍塌、撑靴打滑等风险，提高了敞开式TBM的掘进功效。

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于敞开式TBM施工的衬砌结构，重在解决敞开式TBM穿越软岩大变形、岩爆、断层破碎带等不良地层存在的坍塌、撑靴打滑、卡机、岩爆飞石伤人及损伤设备等问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种用于敞开式TBM施工的衬砌结构，其特征在于：包括：初期支护，紧贴于TBM开挖岩面设置，在混凝土未凝固之前始终保持恒定压力以抵抗围岩压力和水压力，紧贴岩层，不给岩层的松弛留有余地 ，从而起到及时的支撑岩层的作用，一直到混凝土凝固不释放压力，所以围岩很难产生松弛和下沉；二次衬砌，设置于初期支护内侧，横截面为拱形，二次衬砌进一步巩固了隧道，延长了隧道的使用寿命，并美化了隧道内部的环境；弧形仰拱块，设置于二次衬砌的两拱脚之间，弧形仰拱块的上端面作为人和车辆经过隧道的路面；排水系统，设置于初期支护与二次衬砌之间，避免岩层中的地下水等水份通过初期支护后进一步的渗入二次衬砌而影响隧道的安全性及使用性。