CN112682063B - 一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构，包含若干个加固桩，所述加固桩沿隧道纵向和横向呈矩阵分布，所述加固桩顶部设有支撑钢板，所述支撑钢板位于所述隧道拱墙底面，所述支撑钢板的两侧分别伸入围岩中，所述支撑钢板顶面设有沿隧道纵向和横向呈矩阵分布的钢柱，相邻两个所述钢柱之间设有连系梁，所述钢柱顶部用于连接轨道板。采用本结构可靠性强，承载力高，能保证列车长期行驶安全且施工简便易行，还利于有效节约隧底空间，所述钢柱之间形成空隙还可以用于设置排水***等设施，支撑结构具有较强的整体性，能降低不均匀变形的产生，能够有效减小隧道变形引起的轨道板上鼓量，有效解决高地应力软弱围岩隧底的变形问题。

Description

一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别涉及一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构。

背景技术

随着我国基础建设和西部大开发的进一步推进，隧道及地下工程突飞猛进，越来越多的长大、深埋隧道逐渐涌现；由于穿越地质条件的复杂多样性，长大隧道工程在穿越高应力区（岩石饱和单轴抗压强度与岩体最大初始应力的比值小于7）及软弱围岩时，经常会出现隧底变形等地质问题。隧底变形是铁路隧道常见的病害之一，且大多病害隧道处于高地应力下的缓倾层状岩层，通常是由高地应力引起的围岩长期蠕变造成，当隧道地下水发育且有膨胀性矿物成分时，隧底变形尤为加剧。隧道如果处于高地应力、软岩变形、活动断裂带等区域，隧底变形的防治便尤为重要。隧底变形对施工开挖、***极为敏感，且一旦形成难以稳定，造成隧道衬砌开裂和破坏，严重影响隧道的施工进程和运营安全。

为了有效控制隧道底部变形，国内外通常采用的控制手段包括底板锚杆、底板注浆、封闭式支架等支护加固法；切缝、打钻孔、松动***等卸压法以及各种联合支护法。但这些方法都有各自的局限和适用条件。如反底拱支护法，一般要使隧道形成全封闭才有效；锚杆加固法，对于已经变形的隧道，由于底板破碎、成孔困难，不能保证锚杆的施工质量而失败。因此，在隧道施工及修复过程中，必须根据围岩的地质条件等实际情况选择合理的支护方法及支护参数。现有技术中，虽然已提出了恒阻锚索辅以长短锚索（杆）的结合手段，对于高地应力软岩变形有一定成效，但由于其工艺尚未普及，施工成本较高，在大断面隧道中的应用效果仍待检验。

发明内容

本发明的目的在于现有技术中缺乏对高地应力区及软岩地区的隧道底部 变形的有效解决手段的上述不足，提供一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构，包含若干个加固桩，所述加固桩沿隧道纵向和横向呈矩阵分布，所述加固桩顶部设有支撑钢板，所述支撑钢板位于所述隧道拱墙底面，所述支撑钢板的两侧分别伸入围岩中，所述支撑钢板顶面设有沿隧道纵向和横向呈矩阵分布的钢柱，相邻两个所述钢柱之间设有连系梁，所述钢柱顶部用于连接轨道板。

沿隧道纵向和横向呈矩阵分布，即沿所述隧道横向分布若干列，沿所述隧道纵向也分布有若干排，形成矩阵分布。

采用本发明所述的一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构，采用桩基础来稳固隧道底部的变形，可靠性强，能保证列车长期行驶安全且施工简便易行，施工效率高，在轨道板和桩基础之间架设钢柱，不仅提高了承载力，还利于有效节约隧底空间，所述钢柱之间形成空隙还可以用于设置排水***等设施，配合连接相邻所述钢柱之间的连系梁，使得支撑结构具有整体性，有效降低不均匀变形的产生，设置在所述隧道初支及二衬结构下方的所述支撑钢板，具有一定变形能力，能够有效减小隧道变形引起的轨道板上鼓量，有效解决高地应力软弱围岩隧底的变形问题。

优选的，所述钢柱为格构柱，所述格构柱包含焊接连接的角钢和缀板。

格构柱整体刚度大、有较高的承载能力，不容易发生变形，具有良好的支撑作用。

进一步优选的，相邻两个所述格构柱的间距小于或等于相邻两个所述加固桩的间距。

进一步优选的，所述格构柱的位置对应所述加固桩的位置设置。

即设有所述加固桩的位置上方对应设有一个所述钢柱。

优选的，所述加固桩的桩长大于或等于5m。

优选的，所述支撑钢板的厚度大于或等于15cm，所述支撑钢板沿纵向拼接，所述钢柱与所述支撑钢板的拼缝错位设置。

所述支撑钢板沿所述隧道横向应避免拼缝。

优选的，所述连系梁包含横向连系梁和纵向连系梁，所述横向连系梁一端伸入所述隧道的中心沟的沟身中、另一端伸入所述隧道的侧沟沟身中，所述横向连系梁和纵向连系梁上下错位设置。

进一步优选的，所述横向连系梁伸入所述中心沟或侧沟中的深度均为15-18cm，所述纵向连系梁位于所述横向连系梁的下方。

优选的，所述钢柱伸入所述轨道板中的深度为15-18cm。

优选的，所述支撑钢板伸入所述围岩中的深度大于或等于25cm。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用本发明中所述的一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构，通过桩基础来稳固隧道底部的变形，可靠性强，能保证列车长期行驶安全且施工简便易行，施工效率高，在轨道板和桩基础之间架设钢柱，不仅提高了承载力，还利于有效节约隧底空间，所述钢柱之间形成空隙还可以用于设置排水***等设施，配合连接相邻所述钢柱之间的连系梁，使得支撑结构具有整体性，有效降低不均匀变形的产生，所述隧道初支及二衬结构下方设置的所述支撑钢板，具有一定变形能力，能够有效减小隧道变形引起的轨道板上鼓量，有效解决高地应力软弱围岩隧底的变形问题。

附图说明：

图1为本发明中所述的一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构的断面示意图；

图2为本发明中所述的一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构的平面布置图；

图3为实施例1中的钢柱连接连系梁的结构俯视图；

图4为实施例1中的钢柱连接连系梁的结构立面图；

图5为实施例1中的钢柱的结构示意图；

图6为实施例1中的横向连系梁的连接示意图。

图中标记：1-加固桩，2-隧道，3-支撑钢板，4-钢柱，5-轨道板，61-横向联系梁，62-纵向联系梁，71-中心沟，72-侧沟。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1-2所示，本发明所述的一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构，包含若干个加固桩1，所述加固桩1沿隧道2纵向和横向呈矩阵分布，所述加固桩1顶部设有支撑钢板3，所述支撑钢板3位于所述隧道2拱墙底面，所述支撑钢板3的两侧分别伸入围岩中，所述支撑钢板3顶面设有沿隧道2纵向和横向呈矩阵分布的钢柱4，相邻两个所述钢柱4之间设有连系梁，所述钢柱4顶部用于连接轨道板5。

具体的，所述隧道2开挖完成后，在所述隧道2底部围岩中打设若干个加固桩1，所述加固桩1的桩径、桩长和间距根据地层条件确定，所述加固桩1的桩长宜大于或等于5m，如采用0.5m×0.5m的桩，桩长5m，间距3m，采用钻孔灌注桩。

所述加固桩1顶部设置所述支撑钢板3，在所述支撑钢板3上方设置初期支护及二衬，所述支撑钢板3厚度宜大于或等于15cm，材质如为Q235。所述支撑钢板3的两侧分别伸入对应侧的围岩中的深度大于或等于25cm。所述支撑钢板3沿纵向拼接，即沿纵向按一定间距分块，如每块纵向长度20-25m。

所述支撑钢板3上方满焊连接有若干钢柱4，所述钢柱4为格构柱，所述格构柱包含焊接连接的角钢和缀板，如图3、5所示，如采用四个等边角钢作为骨架，每边间隔满焊若干个缀板。相邻两个所述格构柱的间距小于或等于相邻两个所述加固桩1的间距，优选的，所述格构柱的位置对应所述加固桩1的位置设置，如图2所示。所述格构柱的高度根据设计要求确定，所述格构柱上端伸入钢筋混凝土的所述轨道板5中，嵌入深度为15-18cm。所述钢柱4与所述支撑钢板3的拼缝错位设置。

为加强各个所述钢柱4之间的整体性，横向相邻的两个所述钢柱4之间焊接有横向连系梁61，纵向相邻的两个所述钢柱4之间焊接有纵向连系梁62，如图3-4所示，所述横向连系梁61和纵向连系梁62上下错位设置，如所述纵向连系梁62位于所述横向连系梁61的下方，焊接时先焊接下方的纵向连系梁62与格构柱连接处，再焊接上方横向连系梁61与格构柱连接处。所述连系梁可采用槽钢，与所述格构柱的角钢或缀板满焊连接。

如所述隧道2在所述支撑钢板3上方设有中心沟71和侧沟72，所述中心沟71作为主要排水通道，所述侧沟72的水通过横向排水管排入中心沟71中，所述横向排水管可采用PVC管，纵向间距为20-30m布置，参见图2。所述横向连系梁61一端伸入所述隧道2的中心沟71的沟身中、另一端伸入所述隧道2的侧沟72沟身中，如所述横向连系梁61伸入所述中心沟71或侧沟72中的深度均为15-18cm，如图6所示。

本支撑结构能够有效解决高地应力软弱围岩隧底的变形问题，同时钢板和轨道板有一定的承载能力，能够满足上部列车通行要求，结构整体性强，不易产生不均匀变形，同时，钢柱和钢板本身具有一定变形量，可以减弱隧道变形引起的轨道板上鼓量，钢柱之间的空间可以施做排水设施。该方案操作简单、成本低廉，具有良好的应用前景和推广意义，可以在隧道工程中大规模推广应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抑制高地应力软岩隧道底部变形的支撑结构，其特征在于，包含若干个加固桩(1)，所述加固桩(1)沿隧道(2)纵向和横向呈矩阵分布，所述加固桩(1)顶部设有支撑钢板(3)，所述支撑钢板(3)位于所述隧道(2)拱墙底面，所述支撑钢板(3)的两侧分别伸入围岩中，所述支撑钢板(3)顶面设有沿隧道(2)纵向和横向呈矩阵分布的钢柱(4)，相邻两个所述钢柱(4)之间设有连系梁，所述钢柱(4)顶部用于连接轨道板(5)。

2.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述钢柱(4)为格构柱，所述格构柱包含焊接连接的角钢和缀板。

3.根据权利要求2所述支撑结构，其特征在于，相邻两个所述格构柱的间距小于或等于相邻两个所述加固桩(1)的间距。

4.根据权利要求3所述支撑结构，其特征在于，所述格构柱的位置对应所述加固桩(1)的位置设置。

5.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述加固桩(1)的桩长大于或等于5m。

6.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述支撑钢板(3)的厚度大于或等于15cm，所述支撑钢板(3)沿纵向拼接，所述钢柱(4)与所述支撑钢板(3)的拼缝错位设置。

7.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于，所述连系梁包含横向连系梁(61)和纵向连系梁(62)，所述横向连系梁(61)一端伸入所述隧道(2)的中心沟(71)的沟身中、另一端伸入所述隧道(2)的侧沟(72)沟身中，所述横向连系梁(61)和纵向连系梁(62)上下错位设置。

8.根据权利要求7所述的支撑结构，其特征在于，所述横向连系梁(61)伸入所述中心沟(71)或侧沟(72)中的深度均为15-18cm，所述纵向连系梁(62)位于所述横向连系梁(61)的下方。

9.根据权利要求1-8任一所述的支撑结构，其特征在于，所述钢柱(4)伸入所述轨道板(5)中的深度为15-18cm。

10.根据权利要求1-8任一所述的支撑结构，其特征在于，所述支撑钢板(3)伸入所述围岩中的深度大于或等于25cm。

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