[发明专利]一种用于隧道IV级围岩的单层衬砌结构及其施工方法

说明书

本发明属于隧道工程施工技术领域，特别涉及一种用于隧道IV级围岩的单层衬砌结构及其施工方法。一种用于隧道IV级围岩的单层衬砌结构，包括在围岩的隧道洞室表面形成的钢纤维喷射混凝土层和沿围岩的隧道洞室径向方向插入的多根多根锚杆，钢纤维喷射混凝土层包括第一钢纤维喷射混凝土层、第二钢纤维喷射混凝土层，锚杆包括位于围岩的隧道顶部的拱顶预应力锚杆、位于围岩的隧道两侧的拱墙系统锚杆，锚杆的一端沿围岩径向方向埋设于围岩的内部，锚杆的另一端位于钢纤维喷射混凝土层。本发明通过采用低预应力涨壳式锚杆和钢纤维喷射混凝土主动支护围岩，取消了钢架和钢筋网片初期支护结构，优化了施工工序，减少了人员暴露在岩体下立架挂网安全风险。

技术领域

本发明属于隧道工程施工技术领域，特别涉及一种用于隧道IV级围岩的单层衬砌结构及其施工方法。

背景技术

在隧道建设过程中，钻爆法隧道多采用新奥法施工，隧道支护结构常采用复合式衬砌，其包括初期支护和二次衬砌，初期支护多采用喷锚网支护，特别是对于IV级围岩，设计采用钢架+喷锚网支护，隧道开挖后先立拱架，安装钢筋网片，然后施作系统锚杆，最后喷射混凝土，工序多，作业时间长,日进尺大多在一个循环，月进尺大多在75m~90m。特别是由于拱架立架作业的需要，系统锚杆和喷射混凝土作业不及时，未能实现早支护围岩，而且人工在未完全支护的围岩下立架作业风险大。

中国专利CN201611099848.X《一种隧道防岩爆支护方法及隧道防岩爆支护体系》主要公开了一种隧道防岩爆支护方法及隧道防岩爆支护体系，采用喷射混凝土层和多根预应力释能锚杆支护，但该发明未能提供普通段IV级围岩主动支护的具体参数要求，而且混凝土未采用早高强混凝土，无法对围岩形成快速高强的支护。

中国专利CN202022038907.0《一种隧道主动支护结构》具体提供了一种预制装配式隧道主动支护结构，包括支撑架和锚杆，支撑架安装在隧道中，施作的锚杆要穿过钢筋网网格口，并通过自由端施加预应力，使锚杆的垫板与格构式单元紧密连接，实现预制拼装式结构对隧道围岩的主动支护作用。但该结构仍然要面临支撑架施工、挂网等工序，未能有效减少是施工工序。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于隧道IV级围岩的单层衬砌结构及其施工方法，通过采用低预应力涨壳式锚杆和钢纤维喷射混凝土主动支护围岩，取消了钢架和钢筋网片初期支护结构，优化了施工工序，减少了人员暴露在岩体下立架挂网安全风险，作业过程中，基于掌子面围岩稳定性识别，可实现喷射混凝土和系统锚杆分区施作，确保了隧道快速施工，提高了施工进度和质量。

本发明的技术方案在于：一种用于隧道IV级围岩的单层衬砌结构，包括在围岩的隧道洞室表面形成的钢纤维喷射混凝土层和沿所述围岩的隧道洞室径向方向插入的多根多根锚杆，所述钢纤维喷射混凝土层包括第一钢纤维喷射混凝土层、第二钢纤维喷射混凝土层，所述锚杆包括位于所述围岩的隧道顶部的拱顶预应力锚杆、位于所述围岩的隧道两侧的拱墙系统锚杆，所述锚杆的一端沿所述围岩径向方向埋设于所述围岩的内部，所述锚杆的另一端位于所述钢纤维喷射混凝土层。

所述钢纤维喷射混凝土层为早高强钢纤维混凝土层，所述第一钢纤维喷射混凝土层的厚度≥4cm，所述第一钢纤维喷射混凝土层的混凝土强度等级≥CF30，所述第一钢纤维喷射混凝土层的混凝土8小时强度不低于10Mpa、24小时强度不低于15MPa。

所述第二钢纤维喷射混凝土层的厚度≥8cm，所述第二钢纤维喷射混凝土层的混凝土强度等级≥CF30，所述第二钢纤维喷射混凝土层的混凝土8小时强度不低于10MPa、24小时强度不低于15MPa。

所述拱顶预应力锚杆为中空注浆低预应力涨壳式锚杆，所述拱顶预应力锚杆在所述围岩的隧道洞室顶部120°范围内均布，所述拱顶预应力锚杆的锚杆长度≥3m，所述拱顶预应力锚杆的施加预应力≥60KN，所述拱顶预应力锚杆的锚杆间距为1.2m×1.2m。