CN106703840A - 用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构 - Google Patents

用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构 Download PDF

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谢君泰
程磊
徐博
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • E21D11/14—Lining predominantly with metal
    • E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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Abstract

本发明涉及一种用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构。大变形围岩条件下隧道通常表现为围岩变形量大，容易发生坍塌等安全事故。本发明包括隧道开挖轮廓线内的钢拱架，钢拱架的节段之间设置有受压阻尼器；隧道围岩内环周设置有多个受拉锚杆，受拉锚杆端部通过受拉阻尼器固定于钢拱架的翼缘。在钢拱架容易产生变形、错台、扭曲等不利情况下，通过本发明中的受拉锚杆、受压阻尼器和受拉阻尼器与钢拱架的共同作用,在围岩压力释放的初期,达到边放边扛的效果,在围岩压力释放到一定程度后达到增加钢拱架自身刚度的效果,确保隧道安全,并满足净空要求。

Description

用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构
技术领域
本发明属于隧道交通工程技术领域，具体涉及一种用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构。
背景技术
我国有大量铁路隧道建设项目，其中大变形围岩条件下隧道的设计与施工问题困扰着广大隧道建设者，这些隧道通常表现为围岩变形量大，容易发生坍塌等安全事故；变更设计多，投资难以控制；施工进度缓慢，严重制约工程的工期等。
选择正确的支护理念，充分利用围岩自身强度，可以达到安全、经济的支护效果。隧道支护方法大体可分为刚性支护、柔性支护、刚柔结合支护等。对于大变形围岩条件下的隧道支护，一味地追求加强刚度是难以奏效的，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护。对大变形围岩条件下隧道支护宜采用刚柔结合，前期放，释放围岩压力，以减轻支护结构上的荷载；后期抗，在围岩产生一定变形后，以大刚度的支护结构抵抗围岩的压力，确保隧道安全，并满足净空要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，避免由于隧道变形量大导致初期支护（钢拱架）变形、错台、扭曲，以至于发生坍塌事故等，提高隧道建设过程中的安全性。
本发明所采用的技术方案为：
用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，包括隧道开挖轮廓线内的钢拱架，其特征在于：
钢拱架的节段之间设置有受压阻尼器；
隧道围岩内环周设置有多个受拉锚杆，受拉锚杆端部通过受拉阻尼器固定于钢拱架的翼缘。
受压阻尼器两端端部通过垫板和螺栓与相邻钢拱架节段相固定。
受拉锚杆端部通过垫板和螺栓与受拉阻尼器一端相固定，受拉阻尼器另一端通过垫板和螺栓与钢拱架翼缘相固定。
本发明具有以下优点：
一、初期支护完成后的初期，通过锚杆和受拉阻尼器对钢拱架的约束，使其在大变形条件下对围岩变形达到边扛边放的效果。
二、围岩变形的发展过程中，通过受压阻尼器使钢拱架能协调变形，确保钢拱架自身不产生变形、错台、扭曲等，初期支护主体结构不破坏，避免对初期支护的拆换。
三、围岩变形达到设计值时，受拉阻尼器和受压阻尼器将对钢拱架提供约束，提高钢拱架的整体刚度和初期支护的整体稳定性，确保隧道安全,并满足净空要求。
附图说明
图1为初期支护的断面图。
图2为图1中的A部初始状态大样图。
图3为图1中的A部稳定状态大样图。
图4为图1中的B部初始状态大样图。
图5为图1中的B部稳定状态大样图。
图中，1-隧道开挖轮廓线，2-钢拱架初始状态中心线，3-钢拱架稳定状态中心线，4-隧道中心线，5-受拉锚杆，6-受压阻尼器，7-受拉阻尼器，8-二次衬砌钢筋混凝土，9-钢拱架，10-螺栓，11-垫板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及的一种用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，包括隧道开挖轮廓线内的钢拱架9，钢拱架9内侧铺涂二次衬砌钢筋混凝土8。钢拱架9的节段之间设置有受压阻尼器6。隧道围岩内环周设置有多个受拉锚杆5，受拉锚杆5端部通过受拉阻尼器7固定于钢拱架9的翼缘。各部件的数量由隧道开挖面积、开挖方式和受力情况综合确定，钢拱架9的长度由开挖线确定。
受压阻尼器6两端端部通过垫板11和螺栓10与相邻钢拱架9节段相固定，确保受压阻尼器6与钢拱架9共同受力。受拉锚杆5端部通过垫板11和螺栓10与受拉阻尼器7一端相固定，受拉阻尼器7另一端通过垫板11和螺栓10与钢拱架9翼缘相固定，确保受拉锚杆5、受拉阻尼器7和钢拱架9共同受力。
施工过程如下：
在隧道开挖轮廓线1内侧施工受拉锚杆5，长度3-10m，自由端深入隧道变形的塑性区，端头与受拉阻尼器7通过垫板11和螺栓10连接，受拉阻尼器7的初始长度为L1。
受拉锚杆5和受拉阻尼器7施工完成后，沿钢拱架初始状态中心线2施工钢拱架，受拉阻尼器7另一端与钢拱架9翼缘通过垫板11和螺栓10连接，分段的钢拱架9之间通过垫板11和螺栓10用受压阻尼器6连接，受压阻尼器6的初始长度为Y1。
在围岩压力的作用下，受拉阻尼器7初始长度为L1，逐渐被拉长，受压阻尼器6初始长度为Y1，逐渐被压短，一方面对围岩提供抗力，进一步发挥受拉锚杆5的锚固作用，另一方面保证钢拱架9的协调性和完整性前提下，使钢拱架9向隧道内侧收缩，以进一步释放围岩压力。
随着围岩压力的逐渐释放，受拉阻尼器7逐渐被拉长，与此同时，受压阻尼器6逐渐被压短。由于受拉阻尼器7逐渐拉长，进一步发挥了受拉锚杆5的锚固力，达到了对围岩压力边扛边放的效果；受压阻尼器6逐渐被压短，确保了钢拱架在围岩压力逐渐释放的条件下，整体的刚度、协调性以及完整性，避免钢拱架出现变形、错台、扭曲等，也达到了对围岩压力边扛边放的效果。
围岩压力继续释放，受拉阻尼器7继续被拉长，由初始长度L1变为L2，受压阻尼器6继续被压短，由初始长度Y1变为Y2，此时，钢拱架9的中心线由钢拱架初始状态中心线2变为钢拱架9稳定状态中心线3，受拉阻尼器7不能再被拉长，受压阻尼器6不能再被压短，两者均变为刚性连接，与受拉锚杆5和钢拱架9一起共同抵抗围岩压力。在防排水措施施工完成后，最后施工二次衬砌钢筋混凝土确保隧道安全,并满足净空要求。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，包括隧道开挖轮廓线内的钢拱架（9），其特征在于：
钢拱架（9）的节段之间设置有受压阻尼器（6）；
隧道围岩内环周设置有多个受拉锚杆（5），受拉锚杆（5）端部通过受拉阻尼器（7）固定于钢拱架（9）的翼缘。
2.根据权利要求1所述的用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，其特征在于：
受压阻尼器（6）两端端部通过垫板（11）和螺栓（10）与相邻钢拱架（9）节段相固定。
3.根据权利要求1所述的用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，其特征在于：
受拉锚杆（5）端部通过垫板（11）和螺栓（10）与受拉阻尼器（7）一端相固定，受拉阻尼器（7）另一端通过垫板（11）和螺栓（10）与钢拱架（9）翼缘相固定。
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