CN108194109A - 隧道可缩式钢支撑支护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道可缩式钢支撑支护结构。由与隧道横截面轮廓形状匹配的支撑桁架构成，桁架为多段组合结构，各段之间通过油缸缓冲机构连接；油缸缓冲机构包括至少两组互通式油缸，每组油缸两端设置活塞，油缸缓冲机构由上、下活塞，套筒盖，套筒座和连通油缸构成；在各油缸缓冲机构的油缸缸体上部和下部分别焊接有一整体的抗剪板，活塞与支撑桁架的连接通过构成支撑桁架的钢柱插入活塞顶端的钢套连接固定。本发明对原支护设计改动小，当隧道发生过量沉降时可在短时间内展开应用，即反应时间短，减少工期损失；本发明通过可缓冲、更科学的方式进行初支衬砌，保护了设计的应力轮廓线不失效。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，尤其属于一种隧道施工支护技术领域，特别涉及一种支护金属构件结构，主要应用于隧道初次衬砌工程，属于土木工程技术领域。
背景技术
隧道挖掘施工中，常常需要对初期成型的隧道进行支护。但是常常由于围岩强度低，破碎，叶理发育等原因，在形成自然拱之前隧道初支结构不能直接承受上覆压力，在这个阶段初支结构的受力通常不符合设计边界条件，所以导致初支完成后，结构轮廓线承受不了应力而严重变形，彻底破坏了结构应力对抗轮廓，导致初支失效。
因此，需要设计一种能够满足初期支护要求，并尽量采用原初支结构的支护结构。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种隧道可缩式钢支撑支护结构。本发明要解决的问题是提供一种用于基于让压支护理论的可伸缩式钢支撑支护结构。
本发明通过以下技术方案实现：
隧道可缩式钢支撑支护结构，由与隧道横截面轮廓形状匹配的支撑桁架构成，其特征在于：所述支撑桁架为多段组合结构，各段之间通过油缸缓冲机构连接；
所述油缸缓冲机构包括至少两组互通式油缸，每组油缸两端设置活塞，两端活塞分别与相邻支撑桁架连接固定，每组油缸中部有与相邻油缸液压油互通管道。
所述油缸缓冲机构在与隧道横截面轮廓形状匹配的支撑桁架中至少设置4组。
本发明一种结构的支撑桁架为4柱桁架，油缸缓冲机构有4组分别设置于4柱桁架各段之间。
本发明另一种支撑桁架为3柱桁架，油缸缓冲机构有3组分别设置于3柱桁架各段之间。
上述油缸缓冲机构由上、下活塞，套筒盖，套筒座和连通油缸构成。
在各油缸缓冲机构的油缸缸体上部和下部分别焊接有一整体的抗剪板，抗剪板将各油缸缓冲机构的油缸缸体连接成整体结构。
所述活塞与支撑桁架的连接通过构成支撑桁架的钢柱插入活塞顶端的钢套连接固定。
本发明的有益效果是，对原支护设计改动小，当隧道发生过量沉降时可在短时间内展开应用，即反应时间短，减少工期损失；本发明通过可缓冲、更科学的方式进行初支衬砌，保护了设计的应力轮廓线不失效。
附图说明
图1本发明支护结构示意图；
图2本发明支护结构局部放大示意图；
图3本发明支护结构另一处局部放大示意图；
图4本发明支护结构连接处局部示意图；
图5本发明油缸缓冲机构剖视图；
图6本发明抗剪板示意图；
图7本发明支护结构支护变形状态局部示意图；
图8本发明支护结构支护变形状态示意图；
图9现有支护结构支护变形状态示意图。
图中,1-套筒盖，2-活塞，3-套筒座，4-连通油缸，5-抗剪板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
隧道可缩式钢支撑支护结构，由与隧道横截面轮廓形状匹配的支撑桁架构成，支撑桁架为多段组合结构，各段之间通过油缸缓冲机构连接；
油缸缓冲机构包括至少两组互通式油缸，每组油缸两端设置活塞2，两端活塞2分别与相邻支撑桁架连接固定，每组油缸中部有与相邻油缸液压油互通管道。
本例油缸缓冲机构在与隧道横截面轮廓形状匹配的支撑桁架中设置4组。
本发明支撑桁架可以为4柱桁架，油缸缓冲机构有4组分别设置于4柱桁架各段之间。
本发明支撑桁架也可以为3柱桁架，油缸缓冲机构有3组分别设置于3柱桁架各段之间。
如图所示，油缸缓冲机构由上、下活塞2，套筒盖1，套筒座3和连通油缸4构成。
在各油缸缓冲机构的油缸缸体上部和下部分别设置有一整体的抗剪板5，抗剪板5将各油缸缓冲机构的油缸缸体连接成整体结构。
活塞2与支撑桁架的连接通过构成支撑桁架的钢柱插入活塞2顶端的钢套连接固定。
如图5所示，组合安装时，首先将活塞2套入套筒盖1，然后将已经组合好的这个结构与套筒座3组合，然后，将连通油缸4与上述结构连接形成互通结构，注入液压油，活塞行程根据沉降量进行调整，将抗剪板5从机构油缸两端套入并双面焊接固定；然后移除原钢桁架上的垫板，将钢桁架主柱插入活塞2的连接空心套中固定。
最后执行常规的初支作业，即在完成第一层网片安装及喷护后，进行钢桁架安装，再第二层网片安装并及时喷护。
在某高速公路隧道挖掘施工建设中,应用本技术获得成功。
该隧道处于强压岩层带，上覆岩层为全-强风华片岩，包括石墨片岩及绢云母片岩，围岩强度很低，开挖后发现叶理极为丰富，岩石粘聚力小，内摩擦角大，偶见石英岩脉及细晶岩侵入体，同时隧道穿过4条破碎带，破碎带物质为机械作用风华后的全风化石墨片岩，部分原岩已经风化为泥。另外，项目所处位置每年经历两场降水，而由于原岩高度破碎，导致降水后岩体吸水，自重加大，所以隧道初支结构一方面要承受围岩自重，在雨季还要承受围岩吸水造成的额外负重。
本隧道设计遵循新奥法，但由于围岩强度低，破碎，叶理发育，在形成自然拱之前隧道初支结构直接承受上覆压力，而这个阶段的受力是不符合设计边界条件的，所以导致初支完成后，结构轮廓线承受不了应力而严重变形，彻底破坏了结构应力对抗轮廓，导致初支失效。
在这种情况下，根据本技术让压支护原理，采用本专利支护液压机构，使得开挖后，不直接抵消围岩第一阶段释放的压力，而在围岩形成自然拱之后再进行初支应力抵消，保证了初支轮廓线的设计外形，从而发挥预计的初支能力。
由图8所示，实线为刚刚完成全部初支工作后的钢结构工况，虚线为隧道沉降发生后的钢结构工况，可见，在隧道沉降发生后，钢结构的轮廓大小通过油缸泄压发生了变化，即由于发生了沉降，轮廓尺寸变小了，但是钢结构的轮廓形式没有发生改变，即结构形式没有改变，所以钢结构仍然处于其应有的设计轮廓状态，将继续发挥初支结构的设计能力。
如图9所示，如果不使用本发明支护结构，钢结构在隧道沉降发生后，由于受力不均匀，将严重破坏钢结构的轮廓，在失去设计轮廓形式后，钢结构的支撑能力将大大降低，甚至导致整个初支结构失效。
可以看到，本发明是通过活塞的行程来抵消沉降发生时的沉降量，可通过设置多个结构断点安装本发明来进一步实施更大的预留沉降量，本发明没有改变原初支设计中的钢桁架结构，仅仅是对连接方式进行了调整，由原来的垫板连接，改为更灵活的钢柱插入活塞端的钢套连接固定。
Claims (7)
1.隧道可缩式钢支撑支护结构，由与隧道横截面轮廓形状匹配的支撑桁架构成，其特征在于：所述支撑桁架为多段组合结构，各段之间通过油缸缓冲机构连接；
所述油缸缓冲机构包括至少两组互通式油缸，每组油缸两端设置活塞，两端活塞分别与相邻支撑桁架连接固定，每组油缸中部有与相邻油缸液压油互通管道。
2.根据权利要求1所述的隧道可缩式钢支撑支护结构，其特征在于：所述油缸缓冲机构在与隧道横截面轮廓形状匹配的支撑桁架中至少设置4组。
3.根据权利要求2所述的隧道可缩式钢支撑支护结构，其特征在于：所述支撑桁架为4柱桁架，油缸缓冲机构有4组分别设置于4柱桁架各段之间。
4.根据权利要求2所述的隧道可缩式钢支撑支护结构，其特征在于：所述支撑桁架为3柱桁架，油缸缓冲机构有3组分别设置于3柱桁架各段之间。
5.根据权利要求1至4任一项所述的隧道可缩式钢支撑支护结构，其特征在于：所述油缸缓冲机构由上、下活塞，套筒盖，套筒座和连通油缸构成。
6.根据权利要求5所述的隧道可缩式钢支撑支护结构，其特征在于：在各油缸缓冲机构的油缸缸体上部和下部分别焊接有抗剪板，抗剪板将各油缸缓冲机构的油缸缸体连接成整体结构。
7.根据权利要求5所述的隧道可缩式钢支撑支护结构，其特征在于：所述活塞与支撑桁架的连接通过构成支撑桁架的钢柱插入活塞顶端的钢套连接固定。
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