[发明专利]一种预防底鼓的隧道仰拱结构及施工工艺

说明书

本公开涉及预防底鼓的隧道仰拱结构及施工工艺，隧道仰拱结构的主体包括包括外层仰拱钢架、内层仰拱钢架和顶层钢拱架；施工工艺的步骤主要包括开挖拱墙部位和仰拱部位的地层、对地层软弱区域进行注浆加固，对地下水发育段进行排水；安装仰拱钢架，对每一榀仰拱钢架进行锚杆加固；浇筑仰拱初支层混凝土，铺设防水层；安装拱脚排水管；沿隧道轴向铺设加密钢筋排，安装内层仰拱钢架，浇筑内层混凝土，铺设内防水层；进行仰拱二衬钢筋绑扎，浇筑二衬混凝土等步骤。

技术领域

本公开属于土木工程施工技术领域，具体涉及一种预预防底鼓的隧道仰拱结构及施工工艺。

背景技术

隧道仰拱是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一，它一方面将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效地传递到地下，而且还有效地抵抗隧道下部地层传来的反力，是隧道结构的重要组成部分。当隧道穿越软弱地层及地质恶劣的高应力区时，经常发生各种坍塌、涌水、底鼓、大变形现象，仰拱底鼓是其中较为常见的一种，一旦发生其变形持续且不确定，对工程建设及后期运营留下重大隐患，严重破坏了隧道结构。

国内外出现过多起隧道仰拱底鼓病害实例，总结隧道仰拱底鼓的原因，除了人为因素(施工质量欠佳)、自然因素(地震)等，主要是由于隧道穿越区域的自然环境因素导致的，比如地层软弱导致隧道不均匀沉降或者整体沉降、地下水对仰拱的侵蚀、围岩变形破碎导致塑性圈扩大增加仰拱负荷等。

发明人认为：目前隧道仰拱结构容易受上述因素的影响而发生底鼓，施工工艺没有针对仰拱底鼓易发洞段的科学设防，只是依靠蛮力注浆加固，取得的效果十分有限，并且仰拱底鼓现象十分容易反复，极大地拖延了工期，增加了施工成本。

发明内容

本公开的目的是提供预防底鼓的隧道仰拱结构及施工工艺，能够解决隧道穿越软弱地层、地下水发育区域时发生仰拱底鼓、上浮的难题。

为实现上述目的，本公开的第一方面提供一种预防底鼓的隧道仰拱结构，包括外层仰拱钢架、内层仰拱钢架和顶层钢拱架；所述外层仰拱钢架与内层仰拱钢架均呈仰拱形，所述顶层钢拱架水平布置，外层仰拱钢架与内层仰拱钢架的顶端分别与顶层钢拱架固定连接，外层仰拱钢架与内层仰拱钢架固定连接。

内层仰拱钢架与顶层钢拱架之间设置有钢筋笼，所述内层仰拱钢架与外层仰拱钢架之间、内层仰拱钢架与钢筋笼之间、钢筋笼处、顶层钢拱架处分别浇筑有混凝土；所述外层仰拱钢架处固定连接有倾斜锚杆，所述倾斜锚杆朝着远离内层仰拱钢架的方向呈放射状布置；所述顶层钢拱架的两端分别固定连接有水平锚杆，所述水平锚杆插入顶层钢拱架两端的围岩中。

本公开的第二方面提供一种预防隧道仰拱底鼓的施工工艺，包括以下步骤：

开挖拱墙部位和仰拱部位的地层、对地层软弱区域进行注浆加固，对地下水发育段进行排水；

安装外层仰拱钢架，对每一榀仰拱钢架进行锚杆加固；

浇筑仰拱初支层混凝土，铺设外防水层；

安装拱脚排水管；

沿隧道轴向铺设加密的钢筋排，安装内层仰拱钢架，浇筑内层混凝土，铺设内防水层；

进行仰拱二衬钢筋绑扎，浇筑二衬混凝土；

安装顶层仰拱钢架，进行仰拱顶层混凝土填充施工。

以上一个或多个技术方案的有益效果为：

本公开中，采用顶层钢拱架、内层仰拱钢架和外层仰拱钢架固定连接的方式，相对于现有的仰拱结构来说，增加了顶层钢拱架，能够在仰拱结构的顶层形成一个整体，顶层处的水平锚杆沿水平方向张拉顶层钢拱架，能够抵消部分仰拱底鼓的应力，减少底鼓的风险。