[發明專利]一種巨跨隧道洞口內外交互式支護結構及支護方法

在審

• 申請號: 202011269626.4
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112267898A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 賀維國;宋超業;陳翰;洪開榮;費曼利;王星;呂書清;劉龍衛;李兆龍
• 申請（專利權）人: 中鐵第六勘察設計院集團有限公司;中鐵隧道局集團有限公司
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14;E21D20/02;E21D11/15
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務所(普通合伙) 12225
• 代理人: 孟福成

本發明涉及一種巨跨隧道洞口內外交互式支護結構及支護方法，適用于II?IV級硬巖地層，隧道跨度可達30m?100m，仰坡高度可達50m?200m，所述支護結構包括施工隧道以及位于隧道洞口上方的巖體邊仰坡，巖體邊仰坡上設置有多級仰坡，分別為：上層仰坡與下層仰坡，相鄰的仰坡之間連接設置仰坡平臺，其中：上層仰坡中的各級仰坡面上設置錨噴支護；下層仰坡中的各級仰坡面上設置水平錨索支護；所述下層仰坡中的各級仰坡平臺上設有對拉錨索地梁以及貫穿隧道拱頂的對拉錨索支護，所述隧道拱頂結構上設有系統錨索支護和系統錨桿支護。本發明所述的交互式支護結構大幅增強隧道洞口巖體破碎地帶的整體性，支護合理可靠，圍巖安全穩定，保障了巨跨隧道洞口的安全施工。

技術領域

本發明涉及隧道施工技術領域，具體涉及一種在巨型邊仰坡條件下，支護設計合理、施工安全的巨跨隧道洞內外交互式支護結構及支護方法。

背景技術

近年來國內外正在大規模修建公路鐵路隧道、地下洞庫、水電站主廠房等，巖體力學逐漸成為隧道及地下工程研究的重點。國內外建成和在建的典型超大跨度洞室主要有：挪威格喬維克城滑冰場、八達嶺長城站等。京張高鐵八達嶺長城站是亞洲規模最大的山嶺地下火車站，八達嶺長城站兩端渡線段單洞開挖跨度達32.7m，是目前國內已知單拱跨度最大的暗挖鐵路隧道，車站大廳的跨度達到45m。

部分大跨隧道為保證線路標高及隧道埋深，洞口處需開挖邊仰坡，對于某些特定工程，甚至可能存在巨型仰坡。開挖邊仰坡本身就具有穩定性風險，然而很多工程還要由仰坡坡面處開辟工作面作為隧道進出口，導致隧道洞口處圍巖應力狀態復雜，支護效果難以保證，施工安全風險大等問題。當巨跨隧道遇到巨型邊仰坡時，如何改進設計理念，如何進行合理有效支護，如何安全高效施工，成為亟需解決的技術問題。

發明內容

為了提高開挖巨跨隧道時，隧道洞口上方邊仰坡的巖層穩定性，本發明所要解決的技術問題是：提供一種合理打設隧道洞口處邊仰坡上的支護結構，有效保證隧道洞口安全施工的巨跨隧道洞內外交互式支護結構及支護方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種巨跨隧道洞口內外交互式支護結構，包括施工隧道以及位于隧道洞口上方的巖體邊仰坡，所述巖體邊仰坡上設置有多級仰坡，分別為：上層仰坡與下層仰坡，相鄰的仰坡之間連接設置仰坡平臺，其中：上層仰坡中的各級仰坡面上設置錨噴支護；下層仰坡中的各級仰坡面上設置向巖體內部打設的水平錨索支護；所述下層仰坡中的各級仰坡平臺上設有對拉錨索地梁以及貫穿隧道拱頂的對拉錨索支護，所述施工隧道拱頂結構上設有系統錨索支護和系統錨桿支護。

上述方案中，所述施工隧道跨度為30-100m，適用于II-IV級硬巖地層；所述的巖體邊仰坡總體高度范圍為50-200m；所述下層仰坡中的仰坡數量大于等于2，所述多級仰坡中各級仰坡坡率由上至下逐漸減小，各級仰坡的仰坡高度為5-20m，各級仰坡平臺的寬度為2-5m。

作為優選，所述支護結構還包括3-5m的隧道延伸段，所述隧道延伸段上方設置預留仰坡平臺。

作為優選，所述下層仰坡中各級仰坡面以排列方式布置2-4排的水平錨索支護，錨索的傾斜角度為0-15°，錨索的長度為15-40m，錨索的橫向、豎向間距為3-8m，預加力為500kN-2000KN；所述下層仰坡中，在各級仰坡平臺上以排列的方式布置1-2排的對拉錨索支護，所述對拉錨索支護之間環向間距為3-8m，縱向間距為3-8m，預加力為1000kN-2500kN。

作為優選，所述上層仰坡中各級仰坡面上采用梅花形的布置方式設置錨噴支護；其中，所述錨噴支護中的錨桿長度為3-10m，橫向、縱向間距為1-3m。

作為優選，所述隧道系統錨索支護中的錨索長度為15-35m，環向、縱向間距為3-8m，預加力為1000kN-2500kN；所述隧道系統錨桿支護中的錨桿長度為3-10m，環向、縱向間距為1-3m。

基于上述支護結構，本發明還包括一種巨跨隧道洞口內外交互式開挖及支護方法，包括以下步驟：