[发明专利]一种无中导连拱隧道后行洞的横向超前支护设计方法

说明书

近年来，无中导连拱隧道由于占地面积小、空间利用率高、施工工效高、不再考虑出口路基等优点被广泛的应用，无中导连拱隧道的先行洞开挖时为单洞受力，当后行洞施工时，先行洞原有力学状态被打破，且两洞搭接处应力集中，造成先行洞衬砌结构开裂、漏水甚至块体掉落等病害，严重影响隧道施工进度、威胁后期运营安全。本发明提供种无中导连拱隧道后行洞的横向超前支护设计方法，旨在利用超前管棚形成的土拱效应减小后行洞开挖时变形附加应力，及三角区荷载对两洞及两洞搭接点处的影响，从而优化结构受力状态，保障隧道的施工安全。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种无中导连拱隧道后行洞的横向超前支护设计方法。

背景技术

近年来，连拱隧道施工技术日渐成熟，出现了不少无中导的连拱隧道。这种无中导的连拱隧道具有占地面积小、空间利用率高、施工工效高、不再考虑出口路基等优点。无中导连拱隧道的先行洞与后行洞紧接，在先行洞开挖时，先行洞为单洞受力，结构受力状态较为稳定；但是当后行洞施工时，先行洞原有力学状态易被后行洞施工打破，且先行洞与后行洞搭接处应力集中，容易造成先行洞衬砌结构开裂、漏水，甚至墙体掉落等危害，严重影响隧道施工进度、威胁后期运营安全。

发明内容

本发明提供一种无中导连拱隧道后行洞的横向超前支护设计方法，旨在利用超前管棚形成的土拱效应减小后行洞开挖时变形附加应力，及三角区荷载对两洞及两洞搭接点处的影响，从而优化结构受力状态，保障隧道的施工安全。

本发明采用的技术方案为：

一种无中导连拱隧道后行洞的横向超前支护，该无中导连拱隧道后行洞的横向超前支护包括横向超前管棚；所述横向超前管棚包括若注浆管，若干注浆管在先行洞二次衬砌施作前从先行洞靠近后行洞一侧的拱肩处，以横向等间距同轴倾斜排列方式打入围岩；通过注浆管注浆，使浆液与围岩共同组成一个刚度较大的刚性体，同时在刚性体与刚性体之间形成土拱。

进一步，所述土拱整体呈扇形，其在两侧拱脚处会形成三角形的受压区。

进一步，所述注浆管距离后行洞顶部最近处留有一倍注浆半径的间距。

进一步，以先行洞的一侧拱脚为基础通过围岩的内摩擦角建立破裂面，所述注浆管穿过破裂面的长度至少为1m。

一种无中导连拱隧道后行洞的横向超前支护的设计方法，该设计方法基于上述的无中导连拱隧道后行洞的横向超前支护，包括以下步骤：

步骤1，根据先行洞的实际开挖尺寸绘制先行洞截面尺寸图，在先行洞截面尺寸图的基础上，依据后行洞的设计尺寸绘制无中导连拱隧道截面尺寸图；

步骤2，在无中导连拱隧道截面尺寸图上，以先行洞的一侧拱脚为基础，通过围岩的内摩擦角，建立破裂面；

步骤3，基于破裂面位置，在无中导连拱隧道截面尺寸图和无中导连拱隧道水平面投影图上，确定横向超前管棚的角度和长度；

步骤4，根据隧道所处的围岩情况、埋深，获得围岩粘聚力c，并计算管棚的注浆半径r及隧道两幅搭接点处的围岩压力；

步骤5，基于注浆半径r进行力学分析，确定注浆管之间形成承载土拱的矢宽L，即注浆半径之间的间距，从而确定以横向等间距同轴倾斜排列的注浆管的间距大小。

进一步，步骤3中横向超前管棚的角度确定包括竖直面和水平面上的角度确定，具体包括以下步骤：

步骤3.1，在无中导连拱隧道截面尺寸图上，找到先行洞靠近后行洞一侧的拱肩处适宜机械工作的位置点A，以点A为基准，基于横向超前管棚距离后行洞顶部最近处留有一倍注浆半径的间距为原则，确定其在竖直平面的角度β1，以及横向超前管棚的管棚止点与水平面的垂直距离H；