一种软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑方法及结构

技术领域

本发明属于市政地下工程设计与施工技术领域，特别涉及一种软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑方法及结构。

背景技术

当修筑暗挖大跨隧道遭遇不良地质环境或周边复杂建设环境时，为保证开挖期间工程安全、风险可控，常采用化整为零、化大为小、分块开挖的施工工法，如CRD法、双侧壁导坑法等，紧跟后行导坑掌子面一定距离或待全线贯通后，采用“跳仓法”分段、隔区拆除临时支撑、铺设防水、绑扎钢筋并模筑二次永久衬砌，拆撑步距、顺序受地质条件制约比较严重，最大允许安全拆撑步距需根据监测数据进行调整、优化，当周边复杂环境对地层变形较为敏感时，会进一步制约单次拆撑步距，严重影响施工效率和进度。

拆撑施工的瞬间打破原有的围岩—支护共同承载体系的平衡状态，若拆撑方案设计合理、可靠，则残余承载体系通过自身内力调整、变形协调可以达到新的平衡状态，可以确保安全、顺利拆撑并模筑衬砌；若拆撑设计方案选择不当，则残余承载体系无法通过自身内力合理转移或形变让压达到新的平衡状态，而发生因初支强度、刚度不足所导致的局部或整体失稳破坏，不得不对现有拆撑技术方案进修正、再论证，通常采用以下两种修正方案：

方案一：加大隔仓距离、减小拆撑步距，以达到增强残余支护体系的空间棚护效应、降低相邻拆撑步距相互干涉程度的目的，充分发挥并利用初支空间棚护效应替换内撑的减跨效应，确保拆撑施工顺利、安全的进行。

方案二：先行模筑导坑衬砌至既有临时支撑节点附近，于节点旁侧增设临时支撑代置换有支撑的减跨功能，然后拆除既有临时支撑并完成相应导坑衬砌模筑，如此循环直至全环衬砌封闭，闭环位置需避开拱顶弯矩、剪力较大的位置。

上述两种拆撑技术方案虽然在一定程度上能有效克服、避免拆撑施工引起的工程风险，但也存在以下弊端和不足之处：

方案一：a单次拆撑步距较短(一般是小于6m或更小)、施工效率低、建设周期长、工程经济性差；b防水施工接缝增多，多以环缝为主，防水成本增加且防水质量难以保证；c主洞与支洞交叉口结构同时模筑，拆撑步距受支洞尺寸制约严重且难以调整；d当拆撑步距小于正常施工组织所允许的最小衬砌模筑长度时，施工可操作性极差甚至无法施工。

方案二：a换撑工序复杂、施工组织困难、建设周期长、工程经济性差；b新增临时支撑均为废弃工程量，先期架设与后期拆除任务量重，且工程投资激增；c防水施工缝增多，多以纵缝为主，且纵缝基本无法避开弯矩、剪力等受力薄弱位置，不利于永久衬砌受力和防水质量保障；d拆撑施工容易对节点附近的既有防水材料及成品混凝土造成损伤。

综上，为保证不良地质或复杂周边环境条件下的软岩大跨隧道拆撑施工风险可控，在不降低施工效率且不引起额外工程投资增加的前提下，本文提出一种将原有二衬结构按照厚度一分为二而形成的双层叠合衬砌拆撑技术方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑方法及结构，既能有效避免拆撑施工风险，又能提高衬砌整体防水质量，工程、经济和社会效益较为显著。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，整平初期支护基面，背后注浆堵水至防水验收标准，机械破除中隔墙钢筋网片、喷湿喷砼以及拆除部分型钢支撑；

步骤S2，清除暂时保留的型钢支撑表面附着物、污垢、铁锈等异物；紧贴所述初期支护基面依次铺设土工布缓冲层和防水层，对暂时保留的型钢支撑的埋撑节点(相对于将要施作的外层二衬内的埋撑节点)做防水处理；

步骤S3，在所述初期支护内侧架设外层二衬模板工程、绑扎钢筋，模筑外层二衬；

步骤S4，待所述外层二衬达到设计强度后，拆除所述型钢支撑和所述外层二衬模板工程；

步骤S5，采用水泥砂浆抹平所述外层二衬上的埋撑节点基面，紧贴所述外层二衬基面铺设防水加强层；

步骤S6，在所述外层二衬内侧架设内层二衬模板工程、绑扎钢筋，模筑内层二衬，待所述内层二衬达到设计要求强度后拆除所述内层二衬模板工程。

作为优选，步骤S1中，采用跳拆、试拆的方式拆除部分型钢支撑，严禁全部保留以免形成纵向过于密集的埋撑节点而削弱所述外层二衬结构强度和耐久性。

作为优选，所述型钢支撑埋置在所述外层二衬内部，所述型钢支撑在所述防水加强层铺设之前拆除，拆除后采用水泥砂浆抹平所述外层二衬上的埋撑节点基面。

作为优选，步骤S2中：

1)将所述土工布缓冲层固定在所述初期支护基面上，采用射钉将塑料圆垫片紧贴所述土工布缓冲层；

2)利用热风焊枪热熔焊接将所述防水层焊接在所述塑料圆垫片之上，所述防水层在所述型钢支撑的埋撑节点处采用90度弯折处理，弯折方向沿所述型钢支撑纵向并朝向内侧；

3)在所述型钢支撑的埋撑节点上涂刷双面粘结胶，将90度折回的所述防水层紧压、粘结在所述型钢支撑的埋撑节点上，同时在所述防水层外侧角部增设L形加强防水层；

4)在所述防水层末端布置首道所述遇水膨胀止水胶作为收口防水加强措施，并间隔一定距离布置第二道作为防水储备；

5)在所述遇水膨胀止水胶下方，将对E型止水钢板通过焊接方式与所述型钢支撑连接牢固，并沿焊缝涂刷所述密封胶封堵潜在孔洞、裂隙瑕疵；所述对E型止水钢板与所述型钢支撑横截面形状相匹配。

作为优选，在所述型钢支撑表面涂刷环氧树脂涂层，环氧树脂涂层具有变形收缩小、柔韧性好、粘结强度高的优异特点。

作为优选，所述外层二衬兼做临时拆撑阶段和正常使用阶段的承载结构，按照永久结构考虑其强度、刚度和耐久性设计。

作为优选，所述加强防水层设置于所述外层二衬与所述内层二衬之间，在所述型钢支撑拆除后进行铺设。

作为优选，所述外层二衬与内层二衬厚度比值宜略大于1，所述外层二衬比所述内层二衬厚度大50～100mm。

作为优选，所述防水层、防水加强层是防水卷材、防水涂料、塑料防水板其中的一种或两种或三种组合。

第二方面，本发明还提供了一种根据上述软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑方法拆撑后的软岩大跨隧道双层叠合衬砌结构，包括初期支护、防水层、外层二衬、加强防水层、内层二衬；其中，所述初期支护内侧设置有外层二衬，所述外层二衬内侧设置有内层二衬；所述初支结构与所述外层二衬之间铺设有所述防水层，所述初支结构与所述防水层之间铺设有土工布缓冲层；所述外层二衬与内层二衬之间铺设有加强防水层。

本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑方法及结构，依次在初期支护内侧模筑外层二衬和内层二衬，所述外层二衬和内层二衬之间增设一层防水加强层，其中外层二衬施作先于型钢支撑拆除，由初期支护与外层二衬形成的叠合“加强”承载体系共同维持拆撑后大跨结构的稳定性；而内层二衬则在型钢支撑拆除后施作，与外层二衬形成叠合衬砌共同承担正常使用阶段的水、土压力荷载，既能有效避免拆撑施工风险，又能提高衬砌整体防水质量，且本发明叠合衬砌总厚度与原有二衬结构厚度基本相同，工程、经济和社会效益较为显著。

本发明使拆撑施工风险完全可控，工程风险压力降低，且不增加额外工程投资；拆撑步距不受交叉口支洞尺寸的制约，衬砌模筑作业更加灵活；并借助两道防水设防阻断地下水渗漏，提高衬砌整体防水质量和效果；同时，拓宽了拆撑施工对不良地质条件和复杂周边环境的适应性；具有施工组织便利、加快施工速度、节约工程投资、节省建设工期的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑工法图；

图2为本发明实施例的型钢支撑的埋撑防水节点横向布置图。

附图标记说明：

1.初期支护；2.型钢支撑；3.防水层；31.L形防水加强层；32.双面粘结胶；33.环氧树脂涂层；34.遇水膨胀止水胶；35.对E型止水钢板；36.密封胶；4.外层二衬；5.加强防水层；6.内层二衬；7.土工布缓冲层。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

本实施例提供了一种软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑方法，如图1、图2所示，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，整平初期支护1基面，背后注浆堵水至防水验收标准，机械破除中隔墙钢筋网片、喷湿喷砼以及拆除部分型钢支撑。

步骤S2，清除暂时保留的型钢支撑2表面附着物、污垢、铁锈等异物；紧贴所述初期支护1基面依次铺设土工布缓冲层7和防水层3，对暂时保留的型钢支撑2的埋撑节点(相对于将要施作的外层二衬内的埋撑节点)做防水处理。

步骤S3，在所述初期支护1内侧架设外层二衬模板工程、绑扎钢筋，模筑外层二衬4。

步骤S4，待所述外层二衬4达到设计强度后，拆除所述型钢支撑2和所述外层二衬模板工程。

步骤S5，采用水泥砂浆抹平所述外层二衬4上的埋撑节点基面，紧贴所述外层二衬4基面铺设防水加强层5。

步骤S6，在所述外层二衬4内侧架设内层二衬模板工程、绑扎钢筋，模筑内层二衬6，待所述内层二衬6达到设计要求强度后拆除所述内层二衬模板工程。

进一步地，步骤S1中，采用跳拆、试拆的方式拆除部分型钢支撑，严禁全部保留以免形成纵向过于密集的埋撑节点而削弱所述外层二衬4结构强度和耐久性，可隔二埋一或隔三埋一等，本实施例中所述型钢支撑2埋撑节点为隔二埋一保留。

进一步地，所述型钢支撑2埋置在所述外层二衬4内部，所述型钢支撑2在所述防水加强层5铺设之前拆除，拆除后采用水泥砂浆抹平所述外层二衬4上的埋撑节点基面。

进一步地，如图2所示，步骤S2中：

1)将所述土工布缓冲层7固定在所述初期支护1基面上，采用射钉将塑料圆垫片紧贴所述土工布缓冲层7。

2)利用热风焊枪热熔焊接将所述防水层3焊接在所述塑料圆垫片之上，所述防水层3在所述型钢支撑2的埋撑节点处采用90度弯折处理，弯折方向沿所述型钢支撑2纵向并朝向内侧。

3)在所述型钢支撑2的埋撑节点上涂刷双面粘结胶32，将90度折回的所述防水层3紧压、粘结在所述型钢支撑2的埋撑节点上，同时在所述防水层3外侧角部增设L形加强防水层31。

4)在所述防水层末端布置首道所述遇水膨胀止水胶34作为收口防水加强措施，并间隔一定距离布置第二道作为防水储备。

5)在所述遇水膨胀止水胶34下方，将对E型止水钢板35通过焊接方式与所述型钢支撑2连接牢固，并沿焊缝涂刷所述密封胶36封堵潜在孔洞、裂隙瑕疵；所述对E型止水钢板35与所述型钢支撑2横截面形状相匹配。

进一步地，在所述型钢支撑2表面涂刷环氧树脂涂层33，环氧树脂涂层具有变形收缩小、柔韧性好、粘结强度高的优异特点。

进一步地，所述外层二衬4兼做临时拆撑阶段和正常使用阶段的承载结构，按照永久结构考虑其强度、刚度和耐久性设计，混凝土等级为C45，抗渗等级为P12。

进一步地，所述加强防水层5设置于所述外层二衬4与所述内层二衬6之间，在所述型钢支撑2拆除后进行铺设。

进一步地，所述外层二衬4比所述内层二衬6厚度大50～100mm；在本实施例中所述外层二衬4与内层二衬6厚度比值为1.25，所述外层二衬4比内层二衬6厚度大100mm。

进一步地，所述防水层3及防水加强层5可以是防水卷材、防水涂料或塑料防水板等材料其中的一种或两种及以上组合。

本实施例还提供了一种根据上述拆撑方法拆撑后的软岩大跨隧道双层叠合衬砌结构，包括初期支护1、防水层3、外层二衬4、加强防水层5、内层二衬6；其中，所述初期支护1内侧设置有外层二衬4，所述外层二衬4内侧设置有内层二衬6；所述初支结构1与所述外层二衬4之间铺设有所述防水层3，所述初支结构1与所述防水层3之间铺设有土工布缓冲层7；所述外层二衬4与内层二衬6之间铺设有加强防水层5。

由以上技术方案可以看出，本实施例提供的软岩大跨隧道双层叠合衬砌拆撑方法及结构，使拆撑施工风险完全可控，工程风险压力降低，且不增加额外工程投资；拆撑步距不受交叉口支洞尺寸的制约，衬砌模筑作业更加灵活；并借助两道防水设防阻断地下水渗漏，提高衬砌整体防水质量和效果；同时，拓宽了拆撑施工对不良地质条件和复杂周边环境的适应性；具有施工组织便利、加快施工速度、节约工程投资、节省建设工期的优点。

以上通过实施例对本发明实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明实施例的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明实施例的实施范围。本发明实施例的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明实施例所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明实施例技术方案的启发下，在本发明实施例的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明实施例的专利涵盖保护范围之内。