一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构

本发明属于大跨度隧道支撑结构，具体涉及一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构。

背景技术：

1、地下空间工程，尤其是地下综合体开发、地下交通枢纽等工程的建设中，一方面工程体量越来越大，另一方面人们对空间环境及审美的要求越来越高，传统的地下结构，诸如马蹄形、圆形等结构形式难以满足此类空间的需求，越来越多的大跨空间结构出现在地下工程的建造中。因此，研究大跨地下空间的建造技术尤为迫切。与传统拱隧道相比，大跨度隧道具有以下优势：(1)三维空间受力，整体性好，内力均匀；(2)空间较大，利于隧道通风；(3)排水性能较好，多方位多角度排水，保证隧道的质量；(4)安全性能高。与此同时，为促进西部经济长期稳定发展，保障能源安全，推进生态建设，建设实施了一系列重大工程，其中包括一系列寒区大跨度隧道工程。然而在建设过程中依然存在许多问题，在冻土岩层的地质条件下，地层开挖后形成的开挖断面围岩抗剪强度低，节理、裂隙发育，切眼断面大；在寒区工程中，隧道由于强烈的冻融作用造成隧道围岩失稳破坏。因此其前期支护、隧道的建设、隧道的空隙回填及隧道建设工期的选择相应迎来建设难题。进一步，传统的大跨度隧道左右隔墙均为实心混凝土，一方面造成空间及材料浪费，另一方面隧道内部均为行车空间缺少安全逃生出口，发生交通事故时难以对人群进行疏散，同时隧道内部均为行车空间缺少通风和排水。因此，本行业亟需研究一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，使其能在保持原有优点的情况下，克服原有的缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，结构简单，施工方便，可以有效缩短施工周期且减少建筑材料使用，节约建设成本，同时能够保证支撑强度，可以应对隧道事故，及时避险。

2、为实现上述目的，本发明一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，包括隧道支撑结构，所述隧道支撑结构内部形成有行车空间，所述隧道支撑架构两侧分别设有导洞支撑结构；

3、所述隧道支撑结构包括多个隧道截面支撑结构和多个檩条，多个隧道截面支撑结构沿隧道走向相互平行且等间距设置，相邻隧道截面支撑结构之间由多个檩条连接；

4、每个所述隧道截面支撑结构包括拱架和骨柱，所述骨柱设有两组，分别设置在拱架的两侧且与隧道底部垂直，所述拱架包括顶梁、两个椽条、两个腹杆、两个梁上柱、两个短柱和横梁，所述横梁两端分别与两个骨柱上端连接，所述顶梁平行设于横梁上方，两个所述椽条上端分别与顶梁两端固定连接，两个椽条下端分别与两个骨柱上端固定连接，两个所述腹杆上端分别和横梁下部固定连接，两个腹杆下端分别与两个骨柱侧部固定连接，两个腹杆与两个椽条平行设置，使腹杆、梁上柱、横梁和骨柱组成平行四边形结构且腹杆和横梁之间的夹角为30°，两个所述梁上柱上端分别与顶梁两端固定连接，两个梁上柱下端分别与横梁上部固定连接，两个所述短柱上端分别与两个椽条的中点固定连接，两个短柱下端分别垂直连接于横梁上部；

5、所述导洞支撑结构包括多个导洞横梁、多个导洞横撑、多个导洞椽条和多个导洞骨柱，所述导洞骨柱设于同一截面的隧道截面支撑结构的两侧，通过平行设置的导洞横梁和导洞横撑连接骨柱，所述导洞椽条上端与骨柱测端固定连接，导洞椽条下端与导洞骨柱和导洞横梁相互固定连接，所述导洞横梁、导洞横撑、导洞椽条、导洞骨柱以及隧道截面支撑结构的骨柱形成平行于隧道走向的左导洞和右导洞。

6、作为本发明进一步的方案：所述行车空间的宽度大于等于60米，所述左导洞和右导洞的宽度小于等于行车空间宽度的1/10，所述左导洞和右导洞的高度均低于行车空间的高度。

7、作为本发明进一步的方案：所述椽条、腹杆、骨柱、导洞椽条、导洞骨柱和檩条均为钢筋混泥土构件，顶梁、横梁、导洞横梁、导洞横撑均为预应力混凝土构件。

8、作为本发明进一步的方案：钢筋混凝土构件和预应力混凝土构件中混凝土的强度等级不低于c30，钢筋均采用强度不低于hrb400的高强度钢筋，混凝土中加有速凝剂和防冻剂。

9、作为本发明进一步的方案：各个与岩土体直接接触的构件外部均设有一层pvc-pe复合防水板和一层聚胺酯(pu)保温板形成防水保温层。

10、作为本发明进一步的方案：所述防水保温层采用tn-1型聚胺酯粘接剂进行粘贴施工，防水板接缝采用热合焊机双焊缝焊接。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

12、采用多段隧道断面为拱形，与冻土岩层开挖后的断面更为相似，有利于在冻土岩层断面下进行前期支护，并减少工后对空隙的回填；

13、隧道支撑结构由多个隧道截面支撑结构和多个檩条组成；在进行大跨度隧道开挖过程中，通过依次在沿隧道开挖方向设置隧道截面支撑结构，在隧道走向上相邻两个隧道截面支撑结构之间通过檩条连接，在同一平面上的隧道截面支撑结构及左导洞和右导洞通过导洞横梁和导洞横撑连接，利用导洞工作面边开挖边施工；从而形成一个行车空间和左导洞、右导洞，左导洞和右导洞在隧道施工中可以提供施工工作面和保证通风，并在隧道出现事故时可以保证人员及时避险，另外其结构简单，施工方便，可有效缩短施工周期且减少建筑材料使用，节约建设成本；隧道支撑结构、多个导洞横梁、多个导洞横撑、多个导洞骨柱和多个导洞椽条的各个部件在连接支撑时，通过预设钢筋进行固定焊接，然后进行混凝土浇筑，有效保证了所需的支撑强度，减少了混凝土过早出现裂缝的现象；

14、大跨度隧道支撑结构由预应力混凝土构件和钢筋混凝土构件组成，传统混凝土构件不适合大跨度工程，故加入预应力混凝土构件以实现优势互补；预应力混凝土采用高强材料，因而可以减小构件截面尺寸，从而减少材料用量并降低结构物的自重，节约建设成本；预应力提高了构件的抗裂能力和刚度，使构件在使用荷载作用下可以不出现裂缝或可以使裂缝宽度大大减小，有效地改善了构件的使用性能，提高了构件的刚度，增加了结构的耐久度；传统混凝土构件的抗拉强度低，容易开裂，选用预应力混凝土构件可以有效避免传统混凝土构件的弊端并提高结构的耐久性。

技术特征：

1.一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，包括隧道支撑结构，所述隧道支撑结构内部形成有行车空间(12)，其特征在于，所述隧道支撑架构两侧分别设有导洞支撑结构；

2.根据权利要求1所述的一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，其特征在于，所述行车空间(12)的宽度大于等于60米，所述左导洞(13)和右导洞(14)的宽度小于等于行车空间(12)宽度的1/10，所述左导洞(13)和右导洞(14)的高度均低于行车空间(12)的高度。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，其特征在于，所述椽条(2)、腹杆(4)、骨柱(5)、导洞椽条(8)、导洞骨柱(10)和檩条(15)均为钢筋混泥土构件，顶梁(1)、横梁(3)、导洞横梁(9)、导洞横撑(11)均为预应力混凝土构件。

4.根据权利要求3所述的一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，其特征在于，钢筋混凝土构件和预应力混凝土构件中混凝土的强度等级不低于c30，钢筋均采用强度不低于hrb400的高强度钢筋，混凝土中加有速凝剂和防冻剂。

5.根据权利要求3所述的一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，其特征在于，各个与岩土体直接接触的构件外部均设有一层pvc-pe复合防水板和一层聚胺酯(pu)保温板形成防水保温层。

6.根据权利要求5所述的一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，其特征在于，所述防水保温层采用tn-1型聚胺酯粘接剂进行粘贴施工，接缝采用热合焊机双焊缝焊接。

技术总结
本发明公开了一种适用于冻土岩层条件下的大跨度隧道支撑结构，包括隧道支撑结构，隧道支撑结构内部形成有行车空间，隧道支撑架构两侧分别设有导洞支撑结构；隧道支撑结构包括隧道截面支撑结构和檀条，多个隧道截面支撑结构沿隧道走向相互平行且等间距设置，相邻隧道截面支撑结构之间由檀条连接；隧道截面支撑结构包括拱架和骨柱，骨柱设有两组，分别设置在拱架的两侧且与隧道底部垂直；导洞支撑结构包括导洞横梁、导洞横撑、导洞掾条和导洞骨柱，导洞骨柱通过平行设置的导洞横梁和导洞横撑连接骨柱。本发明结构简单，施工方便，可以有效缩短施工周期且减少建筑材料使用，节约建设成本，同时能够保证支撑强度，可以应对隧道事故，及时避险。

技术研发人员：刘桓宇,于洋,相润泽,卢建飞,潘雨欣,张海燕,于文康,张天宇,龚宇
受保护的技术使用者：徐州工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11