顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护结构以及支护方法

摘要

本发明公开了一种顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护结构以及支护方法，属于隧洞施工领域，提供一种可以有效地控制顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙发生不利变形的支护结构。本发明中通过在传统的仅设置系统锚杆支护的基础上，增加设置横向连接筋结构，并且将横向连接筋拼接形成网状后贴紧配合的贴在边墙表面，一方面可对系统锚杆之间的围岩提供一定的支护力，避免系统锚杆间的围岩发生局部垮塌；另一方面，通过横向连接筋将系统锚杆连成整体，可提高系统锚杆的整体支护强度；最终提高对边墙的支护效果，进而有效控制顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的不利变形，同时避免由此引起的喷射混凝土开裂或局部掉落现象。

说明书

技术领域

本发明涉及隧洞施工技术领域，尤其涉及一种顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护结构以及该支护结构的支护方法。

背景技术

顺向陡倾薄层围岩是指岩层的走向与隧洞开挖方向接近平行，一般＜30°，岩层倾斜面的倾角接近90°，一般＞60°，且单层岩层的厚度通常小于10cm的层状围岩。此类围岩，在隧洞开挖后，通常在隧洞两侧的边墙位置上，同一层岩层的层面大面积暴露出来，暴露的围岩在卸荷作用、上部压力及重力作用下容易产生弯曲折断、溃曲和顺层剥落现象。而现有的对隧洞边墙的初期支护方法主要为素喷、网喷、锚喷、钢拱架及钢拱架联合锚喷支护，其中以锚喷支护方式最为常见。在锚喷支护中，通常在隧洞边墙内布设垂直于边墙的系统锚杆，此锚杆间排距一般为1.0～1.5m，且多呈梅花形或者矩形布置。然而，由于相邻锚杆之间间距较大，且锚杆之间通常没有采取其它有效的连接或者仅仅设置有钢筋网层，因而无法给予锚杆间变形的围岩足够的抗力，使得锚杆间的围岩容易出现较大的不利变形，进而引起喷射混凝土出现裂缝或局部掉落现象，极大地增加了施工期的安全风险，同时，在后期处理过程中，因需要将开裂部位的混凝土和松弛的围岩清理干净并重新支护，会使得工程工期和投资增加，不利于工程的总体控制。因此，急需一种可以有效地控制顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙发生不利变形、提高隧洞施工安全、降低工程工期和投资控制风险的支护结构和施工方式。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可以有效地控制顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙发生不利变形的支护结构，可提高对边墙的支护效果，进而有效地避免系统锚杆间围岩出现较大的不利变形，同时避免由此引起的喷射混凝土开裂或局部掉落现象，可极大地降低施工期的安全风险并有效降低施工成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护结构，包括设置在隧洞两侧边墙内的系统锚杆，所述系统锚杆的一端深入到边墙内部，其另一端露出于边墙表面；还包括横向连接筋，所述横向连接筋分别呈网状的分布在两侧的边墙表面上，并且所述横向连接筋与边墙表面贴紧配合；其中，每根横向连接筋至少将位于同一侧边墙内的相邻两根系统锚杆露出于边墙表面的一端连接。

进一步的是：所述横向连接筋呈矩形的网状分布或者呈菱形的网状分布。

进一步的是：在隧洞的拱部内也设有系统锚杆，并且位于拱部内的系统锚杆的一端深入到拱部内部，其另一端露出于拱部表面；至少位于其中一侧边墙的横向连接筋在该边墙与拱部的连接处，从边墙向拱部延伸并形成延伸部；所述横向连接筋与对应的边墙表面以及拱部表面贴紧配合；其中，每根横向连接筋至少将位于同一侧边墙以及拱部内的相邻两根系统锚杆露出于边墙表面或者拱部表面的一端连接。

进一步的是：在边墙表面以及拱部表面还设置有素喷混凝土层，所述素喷混凝土层的厚度为3～5cm；所述系统锚杆的一端露出于素喷混凝土层的表面，并且所述横向连接筋与素喷混凝土层的表面贴紧配合。

进一步的是：素喷混凝土层的表面还铺设有钢筋网层，所述钢筋网层覆盖在呈网状分布的横向连接筋上或者所述钢筋网层位于呈网状分布的横向连接筋与素喷混凝土层之间；素喷混凝土层的表面上还设置有一层主体混凝土层，并且所述钢筋网层、系统锚杆上露出于素喷混凝土层表面的端部以及横向连接筋均埋设于主体混凝土层内。

进一步的是：所述延伸部分布在部分的拱部表面上，并且该延伸部对应的夹角为θ，且θ≥10°。

进一步的是：薄层围岩的岩层倾斜面与竖平面所形成的锐角夹角为δ；并且当δ≤5°时，将隧洞两侧边墙的横向连接筋分别向拱部延伸并分别形成延伸部，并且两侧的延伸部所分别对应的夹角θ≥10°；当δ＞5°时，将靠近岩层倾斜面与拱部表面相切处一侧的边墙的横向连接筋向拱部延伸并形成延伸部，并且该延伸部所对应的夹角θ≥2δ。

进一步的是：系统锚杆与横向连接筋通过焊接方式进行连接。

另外，本发明还提供一种顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护方法，其采用上述本发明所述的顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护结构，按如下步骤进行：

A、隧洞开挖后对暴露的围岩表面喷射3～5cm的素喷混凝土层；

B、在隧洞的边墙以及拱部内布置系统锚杆，系统锚杆的间排距为1m～1.5m；

C、在素喷混凝土层上铺设钢筋网层，并且将钢筋网层与系统锚杆连接；

D、将相邻系统锚杆用横向连接筋连接，并且使横向连接筋呈网状分布，同时使横向连接筋紧贴素喷混凝土层的表面；

E、对铺设好钢筋网层的边墙喷射或衬砌混凝土以形成主体混凝土层。

进一步的是：在步骤B之后，先进行步骤D，再进行步骤C。

本发明的有益效果是：本发明中通过设置横向连接筋结构，同时由横向连接筋结构将相邻的系统锚杆的端部进行连接，并且将横向连接筋拼接形成网状后贴紧配合的贴在边墙表面，一方面通过横向连接筋可对系统锚杆之间的围岩提供一定的支护力，避免系统锚杆间的围岩发生局部垮塌；另一方面，通过横向连接筋将系统锚杆连成整体，可显著提高系统锚杆的整体支护强度，提高其对边墙的支护效果，进而可有效地控制顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙发生不利变形。另外，还可将横向连接筋从边墙位置向隧洞的拱部位置延伸，通过横向连接筋对拱部的部分围岩起到支撑作用，以提高对拱部的支护效果。

附图说明

图1为本发明所述的顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护结构沿隧道的横截面视图，且在该图中岩层倾斜面与竖平面平行；

图2、3为图1中局部区域A的放大示意图，其中图2和图3分别对应一种钢筋网层的铺设位置；

图4为设置有延伸部时的局部示意图，且在该图中岩层倾斜面与竖平面的夹角为δ；

图5为图4中P方向视图的第一种结构示意图；

图6为图4中P方向视图的第二种结构示意图；

图中标记为：边墙1、系统锚杆2、横向连接筋3、拱部4、素喷混凝土层5、主体混凝土层6、延伸部7、岩层倾斜面8、竖平面9、岩层倾斜面与拱部表面相切处10、钢筋网层11、延伸部对应的夹角为θ、岩层倾斜面与竖平面所形成的锐角夹角为δ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图6中所示，本发明所述的顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护结构，包括设置在隧洞两侧边墙1内的系统锚杆2，所述系统锚杆2的一端深入到边墙1内部，其另一端露出于边墙表面；一般的，系统锚杆2呈大致垂直的深入到边墙1内；另外，本发明还包括横向连接筋3，所述横向连接筋3分别呈网状的分布在两侧的边墙表面上，并且所述横向连接筋3与边墙表面贴紧配合；其中，每根横向连接筋3至少将位于同一侧边墙1内的相邻两根系统锚杆2露出于边墙表面的一端连接。

所谓横向连接筋3呈网状分布，是指通过设置多根横向连接筋3，且将其进行相互的交叉连接后形成的网格状结构，具体的网状结构可不受限制，一般可设置为如图5中所示的呈菱形的网状分布，或者设置为图6中所示的呈矩形的网状分布。另外，横向连接筋3与系统锚杆2之间的连接，可采用焊接方式进行连接；当然也可采用其他固定连接方式进行连接。本发明中，由横向连接筋3形成的网状结构，其网状框格大小主要由系统锚杆2的间排距决定，例如，当采用如图6中所示的布置方式时，当相邻系统锚杆2的间排距为1m～1.5m时，横向连接筋3形成的网格大小也应当是介于1m×1m～1.5m×1.5m的范围内。

另外，本发明中，要求每根横向连接筋3均与边墙表面贴紧配合，这样的好处是可通过横向连接筋3的贴紧配合，对相应的壁面产生一定的支撑效果，进而控制边墙发生不利变形或者边墙上的表层岩层发生垮塌、脱落等情况。本发明中的横向连接筋3可采用与系统锚杆2相同的钢杆件，也可采用其它具有一定刚度的杆件。本发明中，横向连接筋3的作用是对系统锚杆2之间的围岩起到一定的压紧支护作用，同时还可提高系统锚杆2的整体支护强度。

更具体的，通常在隧道的拱部4内也设有系统锚杆2，并且位于拱部4内的系统锚杆2的一端深入到拱部4内部，其另一端露出于拱部表面；设置在拱部4内的系统锚杆2，其和设置在边墙1内的系统锚杆2可采用相同的构件。另外，考虑到在边墙1与拱部4的连接转角处往往也容易形成层状的岩石表面；进而也可能出现表层岩层垮塌、脱落的情况，为此，可进一步将至少位于其中一侧边墙1的横向连接筋3在该边墙1与拱部4的连接处，从边墙1向拱部4延伸并形成延伸部7；所述横向连接筋3与对应的边墙表面以及拱部表面贴紧配合；其中，每根横向连接筋3至少将位于同一侧边墙1以及拱部4内的相邻两根系统锚杆2露出于边墙表面或者拱部表面的一端连接。这样，通过延伸部7，可对边墙1与拱部4连接的拐角位置也起到一定的支护效果，提高该处的支护强度，避免该处围岩发生较大不利变形。一般情况下，因所述延伸部7分布在部分的拱部表面上，因此，其延伸部7将对应一相应的夹角θ，如图4中所示；本发明中，通常情况下可设置θ≥10°。

另外，在上述设置有延伸部7的情况下，考虑到本发明本身针对的是顺向陡倾薄层围岩结构，因此其薄层围岩的岩层倾斜面8与竖平面9所形成的锐角夹角δ一般较小，通常δ＜30°，如附图中所示；同时，由于对应不同的δ，岩层倾斜面8与拱部表面相切处10的位置将发生变化，而该相切处10往往是结构相对较为薄弱位置，此处的岩层易出现成片暴露、类似于两侧边墙的情况；因此要求延伸部7尽量能覆盖到该位置；为此，本发明采取如下方案：当δ≤5°时，将隧洞两侧边墙1的横向连接筋3分别向拱部4延伸并分别形成延伸部7，并且两侧的延伸部7所分别对应的夹角θ≥10°；当δ＞5°时，将靠近岩层倾斜面8与拱部表面相切处10一侧的边墙1的横向连接筋3向拱部4延伸并形成延伸部7，并且该延伸部7所对应的夹角θ≥2δ；并且此时，可仅在该侧边墙对应的位置设置延伸部7。

更一般的，在隧洞开挖后，会在隧洞的内壁面，即边墙1的表面和拱部4的表面快速的喷射一层素喷混凝土层5，并且所述素喷混凝土层5的厚度一般为3～5cm；之后，再进行系统锚杆等的设置工作；在这种情况下，本发明中要求所述系统锚杆2的一端露出于素喷混凝土层5的表面，并且，此时需要将所述横向连接筋3与素喷混凝土层5的表面贴紧配合。当然，相应的，当拱部4的表面也喷射素喷混凝土层5且设置有延伸部7时，在拱部4上相应的横向连接筋3也应当与素喷混凝土层5的表面贴紧配合。

更一般的，本发明还可进一步在素喷混凝土层5的表面铺设钢筋网层11，如图2和图3中所示，所述钢筋网层11覆盖在呈网状分布的横向连接筋3上或者所述钢筋网层11位于呈网状分布的横向连接筋3与素喷混凝土层5之间；其中，当将钢筋网层11设置为覆盖在呈网状分布的横向连接筋3上时，在横向连接筋3以外的部分所对应的钢筋网层11应尽量贴到素喷混凝土层5的表面上，具体可参照图2中所示。另外，在素喷混凝土层5的表面上还设置有一层主体混凝土层6，并且所述钢筋网层11、系统锚杆2上露出于素喷混凝土层5表面的端部以及横向连接筋3均埋设于主体混凝土层6内。钢筋网层11的作用是与后续施做的主体混凝土层6形成一个整体，以增强混凝土的结构强度。本发明中的钢筋网层11同现有技术中通常采用的钢筋网层一致，其通常为柔性，且网格大小一般设置为15cm×15cm的尺寸，并且一般采用较细的钢筋，如采用直径6.5mm的钢筋组成钢筋网层11。

另外，本发明还提供一种顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护方法，其采用上述顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的支护结构，包括如下步骤：

A、隧洞开挖后对暴露的围岩表面喷射3～5cm的素喷混凝土层5；

B、在隧洞的边墙1以及拱部4内布置系统锚杆2，系统锚杆2的间排距为1m～1.5m；

C、在素喷混凝土层5上铺设钢筋网层11，并且将钢筋网层11与系统锚杆2连接；

D、将相邻系统锚杆2用横向连接筋3连接，并且使横向连接筋3呈网状分布，同时使横向连接筋3紧贴素喷混凝土层5的表面；

E、对铺设好钢筋网层11边墙喷射或衬砌混凝土以形成主体混凝土层6。

当然，按照上述方法设置后，所述钢筋网层11应当是位于横向连接筋3和素喷混凝土层5之间；另外，本发明中可将上述步骤C与步骤D的顺序做一变换，即在步骤B之后，先进行步骤D，再进行步骤C，此时，钢筋网层11应当是覆盖在呈网状分布的横向连接筋3上。

综上，本发明所述的支护结构以及支护方法，其与传统的仅仅采用系统锚杆支护相比，能够有效控制顺向陡倾薄层围岩中隧洞边墙的不利变形，进而减少边墙围岩弯曲折断、溃曲和顺层剥落现象，本发明可极大地提高隧洞施工安全，并且有效地降低工程工期和投资控制风险。