CN107795326A - 阻尼器及隧道支护结构的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道工程领域，提出一种阻尼器，所述阻尼器包括第一连接板、第二连接板和阻尼件；所述第一连接板和所述第二连接板正对设置；所述阻尼件位于所述第一连接板和所述第二连接板之间。还提出了包括此阻尼器结构的隧道支护结构的施工方法，实现隧道的在阻尼器支撑，阻尼器受到挤压变形，释放隧道的压力，此施工方法的支护结构，在喷射混凝土以后仍能实现支撑且实现受压变形，且还提出一种在隧道环向和径向均可以变形的隧道支护结构的施工方法，实现隧道的径向和环向的应力释放。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种阻尼器及隧道支护结构的施工方法。
背景技术
我国正处于隧道工程建设高速发展时期，在交通、矿山、水利等领域大量涉及围岩稳定性问题。在隧道结构穿越软弱、破碎围岩地层时常遇到大变形问题，表现为隧道围岩持续变形量大，初期支护混凝土剥裂、掉块、压碎，钢架扭曲，导致施工难度大、施工进度缓慢、病害治理困难、施工风险增高、施工成本激增。
在遇到大变形病害时，现有应对方法多为在结构破坏处打设锚杆、背后注浆、施做套拱、拆换初期支护等，在未施工处加强支护参数，如打设锚杆(索)、小导管注浆、增加喷混凝土厚度等，但实践表明，单纯的增加支护参数并不能有效治理大变形问题，如木寨岭隧道、新城子隧道等，其施工期间多次加强支护参数、改变二衬施做时机、多次反复拆换初期支护后依旧未解决大变形问题。究其原因，隧道支护结构受到的为围岩变形带来的形变压力，单纯的依靠支护阻力来硬抗围岩带来的形变压力是不可行的，上述在施工中反复拆换发生严重变形破坏的初期支护的行为，其本质就是在初期支护约束下的逐步变形释放围岩形变压力的过程，直至围岩压力释放完毕，洞室才能趋于稳定。
现今，“抗放结合”支护结构有恒阻大变形锚杆(索)和可伸缩钢架。恒阻大变形锚杆(索)可在提供恒定工作阻力的情况下进行大幅度变形的锚杆(索)，可称之为“恒阻器”，现已应用于多处矿山巷道中，其运用方法为在巷道周边打设恒阻大变形锚杆(索)系统，锚杆(索)可在提供120-130kN的工作阻力下持续发生300mm-1000mm的变形量，通过锚杆(索)系统对巷道进行支护。可伸缩钢架采用U型钢和可滑动接头，钢架可在提供一定支护阻力下，沿环向压缩变形。
恒组大变形锚杆(索)和可伸缩钢架主要用于矿山巷道中，不适用于隧道工程，因其为独立的工作体系，而隧道中开挖后施做初期支护是需要喷射混凝土的，混凝土结构的可变性能力是有限的，一旦初期支护形成封闭的混凝土结构，恒组大变形锚杆(索)和可伸缩钢架就失去了其设置的意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种阻尼器及隧道支护结构的施工方法，实现隧道的在阻尼器支撑，阻尼器受到挤压变形，释放隧道的压力，此施工方法的支护结构，在喷射混凝土以后仍能实现支撑且实现受压变形，且还提出一种在隧道环向和径向均可以变形的隧道支护结构的施工方法，实现隧道的径向和环向的应力释放，具体技术方案如下：
一种阻尼器，所述阻尼器包括第一连接板、第二连接板和阻尼件；
所述第一连接板和所述第二连接板正对设置；
所述阻尼件位于所述第一连接板和所述第二连接板之间。
一种隧道支护结构的施工方法，
所述支护结构中的所述阻尼器为径向阻尼器，所述径向阻尼器的阻尼件的变形方向在隧道的径向上；
施工步骤如下：
A1，开挖隧道；
A2，对隧道内壁进行防掉块处理；
A3，架立钢架，所述钢架和所述隧道内壁之间形成容纳间隔；
A4，将所述径向阻尼器置于所述容纳间隔内；
A5，向所述钢架处喷射混凝土。
一种隧道支护结构的施工方法，
所述支护结构中的所述阻尼器为环向阻尼器，所述环向阻尼器的阻尼件的变形方向在隧道的环向上；
施工步骤如下：
B1，开挖隧道；
B2，对隧道内壁进行防掉块处理；
B3，架立钢架并用环向阻尼器将各个钢架隔开，所述钢架和所述环向阻尼器绕隧道内壁围成环状结构；
B4，向钢架处喷射混凝土；
一种隧道支护结构的施工方法，
所述支护结构中包括径向阻尼器和环向阻尼器，所述径向阻尼器的阻尼件的变形方向在隧道的径向上，所述环向阻尼器的阻尼件的变形方向在隧道的环向上；
施工步骤如下：
S1，开挖隧道；
S2，对隧道内壁进行防掉块处理；
S3，架立钢架并用环向阻尼器将各个钢架隔开，所述钢架和所述环向阻尼器绕隧道内壁围成环状结构，所述钢架和所述环向阻尼器均与所述隧道内壁之间形成容纳间隔；
S4，在所述容纳间隔内放置径向阻尼器；
S5，向钢架处喷射混凝土。
一种隧道支护结构的施工方法的进一步优化，对隧道内壁进行防掉块处理具体为：
在隧道内壁挂钢筋网片。
一种隧道支护结构的施工方法的进一步优化，
对隧道内壁进行防掉块处理具体为：
在隧道内壁初步喷射厚度为2-3厘米的混凝土。
一种隧道支护结构的施工方法的进一步优化，
在混凝土喷射面上，对所述环向阻尼器设置遮挡物，且在喷射完成且凝固后，将遮挡物撤离。
避免混凝土进入到第一连接板和第二连接板的空间内，避免其影响阻尼件的变形。
一种隧道支护结构的施工方法的进一步优化，在所述钢架上挂有钢筋网片。
使得混凝土更易成型，同时还起到加固的作用。
一种隧道支护结构的施工方法，在对钢架喷射混凝土之前，在所述环向阻尼器的第一连接板和所述第二连接板与混凝土接触面焊接连接钢筋。
使得环形阻尼器和混凝土之间固定的效果更好，结构更加的稳固。
本发明的有益效果为：
1、经济性：可一次性解决隧道大变形支护问题，避免了支护结构的反复拆换；且不必加强支护参数，减少了工程量；可保证施工进度，避免了工期延误，从而降低了工程造价；
2、安全性：阻尼器既提供了足够的变形量，又提供了足够的支护阻力，同时可承受一定的动力冲击，隧道支护在施工期所受内力皆小于其承载能力，保障了隧道结构整体安全。阻尼器施做后不必担心大变形来的对支护结构的破坏，可放心的进行下一步施工工序。
3、耐久性：阻尼器可提供在隧道运营期由于围岩可能发生的劣化、蠕变等问题带来的持续变形量，确保施加在支护上的压力长期处于可控状态，从而保证隧道结构的长期安全。
4、实用性：适用性广，可适用各种软弱围岩条件、多种隧道断面、支护形式，并可根据现场围岩条件、地应力条件和支护参数等动态的选择在何种位置处、采用何种形式的阻尼器进行支护。
附图说明
图1为支护结构中的阻尼器为径向阻尼器21时的结构示意图。
图2为图1中的支护结构在隧道纵向上的截面示意图。
图3为图1中的支护结构在隧道横向上的截面示意图。
图4为支护结构中的阻尼器为环向阻尼器22时的结构示意图。
图5为图4中的支护结构在隧道纵向上的截面示意图。
图6为图4中的支护结构在隧道横向上的截面示意图。
图7为支护结构包括环向阻尼器22和径向阻尼器21时的结构示意图。
图8为图7中的支护结构在隧道横向上的截面示意图。
图9为阻尼件13为板状时的一种实施方式的结构示意图。
图10为阻尼件13为圆管时的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图9、图10所示，一种阻尼器，阻尼器为低碳钢制成，所述阻尼器包括第一连接板11、第二连接板12和阻尼件13；所述第一连接板11和所述第二连接板12正对设置；所述阻尼件13位于所述第一连接板11和所述第二连接板12之间。
如图9所示，阻尼件13为板状结构，板的一对边分别固定在第一连接板11和第二连接板12的板面上。板状结构除了图9的方式，还可以为斜板结构。还可以为波纹板结构，波纹板的波峰和波谷固定在连接板的板面上。在垂直板或者斜板型的阻尼件13作为隧道环向阻尼器时，阻尼件13的板面不能面对隧道的净空处，避免在变形时，阻尼件的变形部位伸出连接板覆盖的范围进入到隧道净空处。净空处，就隧道内壁通道挖空的一面，施工人员隧道净空内施工。
如图10所示，阻尼件13为圆管，圆管的外周面和第一连接板11和第二连接板12的板面固定，圆管结构还可以为椭圆管。
阻尼件13除了以上实施方式，还可以为波纹管结构，波纹管的管口和第一连接板11和第二连接板12的板面固定；还可以为杆状结构形成的网片，在作为环向阻尼器时，阻尼件的网片的两个表面不能面对隧道的净空处，避免在变形时，阻尼件的变形部位伸出连接板覆盖的范围进入到隧道净空处。阻尼件13除了单独结构形式实施外，还可以相同结构的组合，以及不同结构的组合，如两块波纹板的叠加组合，直板和斜板的组合，圆管和杆状结构的组合等，此处不再赘述。
如图1、图2、图3所示，一种隧道支护结构的施工方法，所述支护结构中的所述阻尼器为径向阻尼器21，所述径向阻尼器21的阻尼件13的变形方向在隧道的径向上；
施工步骤如下：
A1，开挖隧道；
A2，在隧道内壁挂钢筋网片5或者在隧道内壁初步喷射厚度为2-3厘米的混凝土4；
A3，架立钢架3，所述钢架3和所述隧道内壁之间形成容纳间隔；在所述钢架3上挂钢筋网片5；
A4，将所述径向阻尼器21置于所述容纳间隔内；
A5，在混凝土4喷射面上，对所述环向阻尼器22设置遮挡物，向所述钢架3处喷射混凝土4，在喷射完成且凝固后，将遮挡物撤离，遮挡物为挡板，挡板将第一连接板11和第二连接板12的间隔遮挡，也可以为土工布，土工布填充在第一连接板11和第二连接板12之间的间隙出，在喷射完成且凝固后取出。
待初期支护稳定后，采用混凝土喷实阻尼件13间的空隙，施作二次衬砌。
如图4、图5、图6所示，一种隧道支护结构的施工方法，所述支护结构中的所述阻尼器为环向阻尼器22，所述环向阻尼器22的阻尼件13的变形方向在隧道的环向上；
施工步骤如下：
B1，开挖隧道；
B2，在隧道内壁挂钢筋网片5或者在隧道内壁初步喷射厚度为2-3厘米的混凝土4；
B3，架立钢架3并用环向阻尼器22将各个钢架3隔开，环向阻尼器22和钢架3之间通过螺栓固定连接，所述钢架3和所述环向阻尼器22绕隧道内壁围成环状结构；在所述钢架3上挂钢筋网片5；在所述环向阻尼器22的第一连接板11和所述第二连接板12与混凝土4接触面焊接连接钢筋6；
B4，在混凝土4喷射面上，对所述环向阻尼器22设置遮挡物，向所述钢架3处喷射混凝土4，在喷射完成且凝固后，将遮挡物撤离，遮挡物为挡板，挡板将第一连接板11和第二连接板12的间隔遮挡，也可以为土工布，土工布填充在第一连接板11和第二连接板12之间的间隙出，在喷射完成且凝固后取出。
待初期支护稳定后，采用混凝土喷实阻尼件13间的空隙，施作二次衬砌。
如图7、图8所示，一种隧道支护结构的施工方法，所述支护结构中包括径向阻尼器21和环向阻尼器22，所述径向阻尼器21的阻尼件13的变形方向在隧道的径向上，所述环向阻尼器22的阻尼件13的变形方向在隧道的环向上；
施工步骤如下：
S1，开挖隧道；
S2，在隧道内壁挂钢筋网片5或者在隧道内壁初步喷射厚度为2-3厘米的混凝土4；
S3，架立钢架3并用环向阻尼器22将各个钢架3隔开，，环向阻尼器22和钢架3之间通过螺栓固定连接，所述钢架3和所述环向阻尼器22绕隧道内壁围成环状结构，所述钢架3和所述环向阻尼器22均与所述隧道内壁之间形成容纳间隔；在所述钢架3上挂钢筋网片5；在所述环向阻尼器22的第一连接板11和所述第二连接板12与混凝土4接触面焊接连接钢筋6；
S4，在所述容纳间隔内放置径向阻尼器21；
S5，在混凝土4喷射面上，对所述环向阻尼器22设置遮挡物，向所述钢架3处喷射混凝土4，在喷射完成且凝固后，将遮挡物撤离，遮挡物为挡板，挡板将第一连接板11和第二连接板12的间隔遮挡，也可以为土工布，土工布填充在第一连接板11和第二连接板12之间的间隙出，在喷射完成且凝固后取出。
待初期支护稳定后，采用混凝土喷实阻尼件13间的空隙，施作二次衬砌。
本发明中提到的钢架为格栅钢架或者型钢，但是不仅仅限于这两种实施方式，此处只是作为示例指出。
隧道的施工方法比较多，此处以台阶法作为例子说明，台阶法每完成一个工序就进行支护结构的施工，支护结构施工完成后，进行下一个台阶的施工，再次进行支护结构的施工，如此往复直至最后一个台阶施工完成；具体为步骤为，1、掘进上台阶，施工支护结构，2、掘进中台阶，施工支护结构，3、掘进下台阶，施工支护结构；重复1-3的步骤，整个支护结构施工完成，在隧道施工期，径向阻尼器和环形阻尼器均发生了形变释放围岩应力，在隧道运营期内，阻尼器还可以继续压缩变形，释放运营期由于围岩劣化、蠕变等因素带来的围岩应力，直至阻尼器完全被压实。
Claims (9)
1.一种阻尼器，其特征在于：
所述阻尼器包括第一连接板(11)、第二连接板(12)和阻尼件(13)；
所述第一连接板(11)和所述第二连接板(12)正对设置；
所述阻尼件(13)位于所述第一连接板(11)和所述第二连接板(12)之间。
2.一种包括权利要求1所述阻尼器的隧道支护结构的施工方法，其特征在于：
所述支护结构中的所述阻尼器为径向阻尼器(21)，所述径向阻尼器(21)的阻尼件(13)的变形方向在隧道的径向上；
施工步骤如下：
A1，开挖隧道；
A2，对隧道内壁进行防掉块处理；
A3，架立钢架(3)，所述钢架(3)和所述隧道内壁之间形成容纳间隔；
A4，将所述径向阻尼器(21)置于所述容纳间隔内；
A5，向所述钢架(3)处喷射混凝土(4)。
3.一种包括权利要求1所述阻尼器的隧道支护结构的施工方法，其特征在于：
所述支护结构中的所述阻尼器为环向阻尼器(22)，所述环向阻尼器(22)的阻尼件(13)的变形方向在隧道的环向上；
施工步骤如下：
B1，开挖隧道；
B2，对隧道内壁进行防掉块处理；
B3，架立钢架(3)并用环向阻尼器(22)将各个钢架(3)隔开，所述钢架(3)和所述环向阻尼器(22)绕隧道内壁围成环状结构；
B4，向钢架(3)处喷射混凝土(4)。
4.一种包括权利要求1所述阻尼器的隧道支护结构的施工方法，其特征在于：
所述支护结构中包括径向阻尼器(21)和环向阻尼器(22)，所述径向阻尼器(21)的阻尼件(13)的变形方向在隧道的径向上，所述环向阻尼器(22)的阻尼件(13)的变形方向在隧道的环向上；
施工步骤如下：
S1，开挖隧道；
S2，对隧道内壁进行防掉块处理；
S3，架立钢架(3)并用环向阻尼器(22)将各个钢架(3)隔开，所述钢架(3)和所述环向阻尼器(22)绕隧道内壁围成环状结构，所述钢架(3)和所述环向阻尼器(22)均与所述隧道内壁之间形成容纳间隔；
S4，在所述容纳间隔内放置径向阻尼器(21)；
S5，向钢架(3)处喷射混凝土(4)。
5.根据权利要求2-4任一所述的一种隧道支护结构的施工方法，其特征在于：
对隧道内壁进行防掉块处理具体为：
在隧道内壁挂钢筋网片(5)。
6.根据权利要求5所述的一种隧道支护结构的施工方法，其特征在于：
对隧道内壁进行防掉块处理具体为：
在隧道内壁初步喷射厚度为2-3厘米的混凝土(4)。
7.根据权利要求3或4所述的一种隧道支护结构的施工方法，其特征在于：
在混凝土(4)喷射面上，对所述环向阻尼器(22)设置遮挡物，且在喷射完成且凝固后，将遮挡物撤离。
8.根据权利要求2-4任一所述的一种隧道支护结构的施工方法，其特征在于：在所述钢架(3)上挂有钢筋网片(5)。
9.根据权利要求3或4所述的一种隧道支护结构的施工方法，其特征在于：在对钢架(3)喷射混凝土(4)之前，在所述环向阻尼器(22)的第一连接板(11)和所述第二连接板(12)与混凝土(4)接触面焊接连接钢筋(6)。
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