一种隧道复合喷层拱架结构及施工方法与流程

本发明涉及隧道与地下工程，尤其涉及一种隧道复合喷层拱架结构及施工方法。

背景技术：

1、我国隧道建设实践中，因隧道地质水文条件复杂，对隧道初期支护有较高的要求，并根据围岩等级采用不同支护对策。其中，采用喷层协同钢拱架结构形式及支护施工有着广泛应用，通过刚度约束控制围岩收敛变形，可在早期提供较高的支护强度，以确保围岩稳定和施工安全。喷层拱架支护结构可视为钢-混凝土组合结构，二者的整合性及耐久性是其长期共同工作的基础。

2、但在工程实践中，因拱架背后施工阴影区、喷混凝土开裂敏感性高以及受地下水长期渗流作用等因素，导致喷层拱架结合处易出现开裂、渗漏及锈蚀等病害，对喷层拱架结构的整体受力及后期耐久极为不利。此外，由于喷层材料因施工需要，配比组成具有水泥用量大和砂率高，而且喷层早期强度升幅速度迅猛，使得早期体积收缩率偏大，在外部约束、围岩荷载以及地下渗流场重分布等因素耦合作用下，不仅导致支护表面平整度难以控制，也极易发生开裂、渗漏、钙盐结晶析出等早期劣化现象。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种隧道复合喷层拱架结构及施工方法。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明隧道复合喷层拱架结构，包括找平层、拱架、主喷层、增强层、功能性面层，所述找平层设置于隧道内的围岩表面，所述拱架设置于所述找平层外，所述主喷层设置于所述拱架外，且所述主喷层将所述拱架包覆于所述主喷层和所述找平层之间，所述增强层设置于所述主喷层外，所述功能性面层设置于所述增强层外。

4、本发明所述的隧道复合喷层拱架结构的施工方法包括以下步骤：

5、s1：在围岩表面安设局部锚杆或系统锚杆，对围岩表面揭露的渗漏水进行引排处理；

6、s2：在处理后的围岩表面快速喷射施工找平层1；

7、s3：找平层施工后立即安装所述拱架，拱架安装完毕后在拱脚处打设缩脚锚杆；

8、s4：拱架施工完毕后喷射施工主喷层，主喷层施工时采用分次分部喷射，先沿拱架喷射，再喷射两榀拱架的中间部分，喷射厚度完全覆盖拱架，对拱架形成密实填充，主喷层的喷射顺序自下而上，先边墙后拱部；

9、s5：对主喷层的表面进行局部缺陷、渗漏以及浮灰处理后喷射施工增强层；

10、s6：待拱架、主喷层侧底稳定后施工功能性面层，对增强层表面的渗漏采用进一步的处理，表面无显著渗漏及淋水工况下喷设施工功能性面层，采用薄层喷射通长连续作业方式进行。

11、本发明的有益效果是：

12、本发明是一种隧道复合喷层拱架结构及施工方法，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

13、该隧道复合喷层拱架结构，通过采用高强度抗震钢筋构成三肢格栅兼具良好刚度、强度、延展性以及通透性，喷射混凝土能够更好的与之结合形成整体结构；通过采用分层喷射施作不仅能够降低渗漏、开裂和各类缺陷，提高喷射混凝土对拱架保护作用，防止钢筋锈蚀，提升耐久性；通过对不同喷层材料性能调控设计和不同喷层厚度设计，以应对隧道不同围岩等级支护需求和长期环境作用影响，以此提升复合喷层拱架的适应性和安全性；通过采用高延性功能性面层，能够改善拱架间喷层收缩凹陷和开裂，提高复合喷层拱架结构的平整性、整合性、防水性和抗震性，进一步提高复合喷层拱架结构的施工质量和使用寿命。本发明极大改善了喷层拱架结构的耐久性、防水性和表观质量，不仅适用于隧道初期支护，亦可在适宜围岩条件下单独作为隧道永久性衬砌结构。

技术特征：

1.一种隧道复合喷层拱架结构，其特征在于：包括找平层(1)、拱架(2)、主喷层(3)、增强层(4)、功能性面层(5)，所述找平层(1)设置于隧道内的围岩表面，所述拱架(2)设置于所述找平层(1)外，所述主喷层(3)设置于所述拱架(2)外，且所述主喷层(3)将所述拱架(2)包覆于所述主喷层(3)和所述找平层(1)之间，所述增强层(4)设置于所述主喷层(3)外，所述功能性面层(5)设置于所述增强层(4)外。

2.一种如权利要求1所述的隧道复合喷层拱架结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的隧道复合喷层拱架结构的施工方法，其特征在于：所述找平层(1)的平均喷层厚度控制在3cm-4cm。

4.根据权利要求2所述的隧道复合喷层拱架结构的施工方法，其特征在于：所述步骤s3拱脚处打设缩脚锚杆时，打设孔口距离拱脚上方50cm，打设角度向下倾斜30度～45度。

5.根据权利要求2所述的隧道复合喷层拱架结构的施工方法，其特征在于：所述主喷层(3)为普通喷射混凝土、早强型喷射混凝土、低碳型喷射混凝土、纤维增韧抗裂喷射混凝土或高性能喷射混凝土的一种，其强度等级采用c30、c35或c40的一种，主喷层(3)喷射施工时，边墙一次厚度不超过10cm，拱部一次厚度不超过5cm。

6.根据权利要求2所述的隧道复合喷层拱架结构的施工方法，其特征在于：所述增强层(4)采用早强型喷射混凝土或纤维增韧抗裂喷射混凝土材料，增强层(4)的喷层厚度不低于5cm。

7.根据权利要求2所述的隧道复合喷层拱架结构的施工方法，其特征在于：所述功能性面层(5)采用喷射高延性混凝土或高性能纤维增韧抗裂喷射混凝土，厚度在2cm～3cm。

技术总结本发明公开了一种隧道复合喷层拱架结构及施工方法，采用高强度抗震钢筋构成三肢格栅喷射混凝土能够更好的与之结合形成整体结构；采用分层喷射施作不仅能够降低渗漏、开裂和各类缺陷，提高喷射混凝土对拱架保护作用，防止钢筋锈蚀，提升耐久性；对不同喷层材料性能调控设计和不同喷层厚度设计，以应对隧道不同围岩等级支护需求和长期环境作用影响，以此提升复合喷层拱架的适应性和安全性；采用高延性功能性面层，能够改善拱架间喷层收缩凹陷和开裂，提高复合喷层拱架结构的平整性、整合性、防水性和抗震性。本发明极大改善了喷层拱架结构的耐久性、防水性和表观质量，不仅适用于隧道初期支护，亦可在适宜围岩条件下单独作为隧道永久性衬砌结构。技术研发人员：李荣,罗朝廷受保护的技术使用者：中铁科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23