CN109723460A - 一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构 - Google Patents

Abstract

一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构，大变形隧道的内壁面上从内向外铺设有钢筋网及喷射混凝土，打设有若干锁脚锚杆以及设置有相互有间距的内层和外层钢波纹管；上述每层钢波纹板由对应于上拱、左右边拱以及底拱位置的四块钢波纹板拼接组成，每块钢波纹板首尾处都沿纵向均布开有多个环向长条螺栓孔，上述锁脚锚杆的内端从外向内伸入内层和外层的相邻两块钢波纹板的环向长条螺栓孔中，并旋接螺母加以固定。本发明具有受力情况合理，为大变形隧道预留一定范围可灵活调节的变形空间，且对小量变形有一定的抵抗能力，承压能力较强，防水效果好，施工工艺简单，工程周期短，减少常规建材使用，后期运营养护成本低，节约资源，经济效益及环保效益显著，应用前景广阔。

Description

一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构

技术领域

本发明涉及隧道工程支护技术领域，具体涉及一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构。

背景技术

近年来随着我国基础设施建设的迅猛发展，在修建公路、铁路、水利等工程中修建的隧道工程也随之增多。隧道工程施工过程中的复杂性及风险性对隧道工程衬砌结构的安全性及实用性提出了更高的要求。

隧道大变形是指隧道开挖完成后，围岩的变形现象，具有累进性和时间效应。目前工程中对于隧道大变形有两种解决思路，一种是采用结构等强力“抵抗”其变形的方式，另外一种是采用柔性支护先“释放”一部分变形的方式。但是在很多施工过程中，大变形问题都不能得到很好的解决，主要是因为围岩变形太大的地方，如果提前施做刚度较大的初期支护，可能仍然不能抵抗其变形，变形积累到一定的阶段，反倒会对刚度较大的初期支护产生脆性破坏；而且很多大变形问题无论之前的施做还是后续的解决，施工都较为麻烦，且工序较多，施工材料耗费大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构，旨在能适应在允许围岩一定范围大变形，确保施工顺利进行的同时，具有施工工艺简单，节约施工建材，工作寿命长，低碳环保，工程造价低等的特点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构，大变形隧道的内壁面上从内向外铺设有钢筋网及喷射混凝土，打设有若干锁脚锚杆以及设置有相互有间距的内层和外层钢波纹板；上述每层钢波纹板由对应于上拱、左右边拱以及底拱位置的四块钢波纹板拼接组成，每块钢波纹板首尾处都沿纵向均布开有多个环向长条螺栓孔，上述锁脚锚杆的内端从外向内伸入内层和外层的相邻两块钢波纹板的环向长条螺栓孔中，并旋接螺母加以固定。

所述钢筋网采用Ø 8，@150*150mm钢筋制成，混凝土为C 25喷射混凝土，锁脚锚杆Ø42，L=4m，环向长条螺栓孔宽度6cm，长度20cm。

本发明的另一目的是提供上述支护结构的施工方法。

本发明的另一目的是这样实现的：

（1）先开挖隧道后，及时铺设钢筋网并喷射混凝土，让围岩初步稳定一定时间；

（2）紧接着打入锁脚锚杆，并在锁脚锚杆上设置垫板；

（3）接着铺设钢波纹板，并在连接处预留环向长条螺栓孔的间隙；

（4）在预留变形空间的前提下，找准螺栓连接位置，连接好两侧钢波纹板；

（5）围岩大变形的时候，通过适当拧松螺栓让钢波纹板增大围岩一侧的变形空间，以适应围岩的变形，

（6）围岩变形趋于稳定后，固定好螺栓，使钢波纹板达到控制变形的支护目的，之后再进行其他工序。

本发明包括大变形隧道、钢筋网、喷射混凝土、锁脚锚杆、垫板、钢波纹板、环向长条螺栓孔、连接螺栓；所述大变形隧道首先铺设钢筋网，紧跟喷射混凝土，之后打入锁脚锚杆，并在端部设置与活动螺栓连接的垫板，再拼装钢波纹板，在锁脚锚杆处设置环向长条螺栓孔，并通过连接螺栓连接，最终形成针对大变形隧道控制其变形的支护结构。

本发明提出了采用钢波纹板+锁脚锚杆+活动螺栓的变形控制支护结构，形成的支护结构受力均匀，不仅具有为大变形预留一定空间的能力，也具有一定的抵抗变形的能力，而且在后期监控量测中具有灵活调节的能力。该工艺施工简单，施工工期短，采用钢波纹板材料，减少施工造成的污染，减少后期养护成本，使用寿命长，经济效益和环保效益显著，可广泛应用于各种大变形隧道变形控制的工程中。

本发明具有如下有益效果：

1、一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构，采用本发明所形成的隧道支护结构，受力情况合理，为大变形隧道预留一定范围可灵活调节的变形空间，且对后续小量变形有一定的抵抗能力。

2、本发明采用的钢波纹板，相比普通初期支护采用的工字钢和混凝土具有柔性支护特点，适应了大变形的塑形变化阶段。并且钢波纹板生产快捷，施工方便，易于安装。

3、本发明所采用的活动螺栓，与现有的其他固定连接方式相比，更加灵活，方便安装，而且对于后续增加为围岩大变形预留的变形空间有积极效应。

4、本发明所采用的锁脚锚杆，嵌入围岩深处，为活动螺栓提供了固定的安装位置，同时为后续钢波纹板的变形提供了支点，约束了钢波纹板随着围岩大变形而无限制变形的能力。

5、本发明所采用的钢波纹板材料，减少施工造成的污染，减少后期养护成本，使用寿命长，经济效益和环保效益显著，可广泛应用于各种大变形隧道变形控制的工程中，应用前景广泛。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明所涉及的技术方案进行说明：

图1为本发明涉及的适用于隧道大变形的变形控制支护结构横断面示意图（变形前）。

图2为本发明涉及的适用于隧道大变形的变形控制支护结构横断面示意图（变形后）。

图3为本发明涉及的钢波纹板变性前连接细节图。

图4为本发明涉及的钢波纹板变性后连接细节图。

图5为本发明涉及的钢波纹板示意图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明。

发明所述一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构如图1所示，大变形隧道1的内壁面上从内向外铺设有钢筋网2及喷射混凝土3，打设有若干锁脚锚杆4以及设置有相互有间距的内层和外层钢波纹板6；上述每层钢波纹板6由对应于上拱、左右边拱以及底拱位置的四块钢波纹板拼接组成，每块钢波纹板首尾处都沿纵向均布开有多个环向长条螺栓孔7，上述锁脚锚杆4的内端从外向内伸入内层和外层的相邻两块钢波纹板的环向长条螺栓孔7中，并旋接螺母加以固定。

图2中，上一条虚线为变形前轮廓，下一条虚线为变形后轮廓。

钢波纹板由多段卷制管节采用连接螺栓经环向长条螺栓孔连接，，具有一定的变形适应能力。

锁脚锚杆采用普通锁脚锚杆，主要嵌入围岩，让其在后面有一个固定的连接点。

钢波纹板连接处设置环向长条螺栓孔，确保隧道后方围岩大变形时钢波纹板能够让出一定的变形空间。

连接螺栓连接相邻的两块钢波纹板，并且可以通过调节螺栓的松紧控制钢波纹板的位置，为围岩大变形预留变形空间。

整个环形钢波纹板采用四块钢波纹板拼接而成，具体拼接方法及拼接长度可根据实际隧道断面的情况而定。

其中包括大变形隧道1、钢筋网（Ø8 ，@150×150mm）2、C25喷射混凝土3、锁脚锚杆（Ø42 ，L=4m）4、150×150mm垫板5、CSPC I13000钢波纹板6、环向长条螺栓孔（t=6cm，L=20cm）7、（M64螺栓的）螺母8。

图2中，两根虚线为两个钢波纹板变形前轮廓。

本发明施工方法具体实施步骤如下：

Step1、先开挖隧道后，及时铺设钢筋网并喷射混凝土，让围岩初步稳定一定时间；

Step2、紧接着打入锁脚锚杆，并在锁脚锚杆上设置垫板；

Step3、接着铺设钢波纹板，并在连接处预留环向长条螺栓孔的间隙；

Step4、在预留变形空间的前提下，找准螺栓连接位置，连接好两侧钢波纹板；

Step5、围岩大变形的时候，通过适当拧松螺栓让钢波纹板增大围岩一侧的变形空间，以适应围岩的变形；

Step6、围岩变形趋于稳定后，固定好螺栓，使钢波纹板达到控制变形的支护目的，之后再进行其他工序。

Step7、通过上述施工步骤形成了钢波纹板+锁脚锚杆+活动螺栓的变形控制支护结构，形成的支护结构受力均匀，不仅具有为大变形预留一定空间的能力，也具有一定的抵抗变形的能力，而且在后期监控量测中具有灵活调节的能力。该工艺施工简单，施工工期短，采用钢波纹板材料，减少施工造成的污染，减少后期养护成本，使用寿命长，经济效益和环保效益显著，可广泛应用于各种大变形隧道变形控制的工程中。

上述实施例所述仅仅是对本发明的优选实施方式，并不构成对本发明的限制，应当指出，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都应受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构，其特征在于，大变形隧道（1）的内壁面上从内向外铺设有钢筋网（2）及喷射混凝土（3），打设有若干锁脚锚杆（4）以及设置有相互有间距的内层和外层钢波纹板（6）；上述每层钢波纹板（6）由对应于上拱、左右边拱以及底拱位置的四块钢波纹板拼接组成，每块钢波纹板首尾处都沿纵向均布开有多个环向长条螺栓孔（7），上述锁脚锚杆（4）的内端从外向内伸入内层和外层的相邻两块钢波纹板的环向长条螺栓孔（7）中，并旋接螺母加以固定。

2.根据权利要求1所述的一种适用于隧道大变形的变形控制支护结构，其特征在于，所述钢筋网（2）采用Ø 8，@150*150mm钢筋制成，混凝土（3）为C 25喷射混凝土，锁脚锚杆Ø 42，L=4m，环向长条螺栓孔宽度6cm，长度20cm。

3.一种如权利要求1所述支护结构的施工方法，

（1）先开挖隧道后，及时铺设钢筋网并喷射混凝土，让围岩初步稳定一定时间；

（2）紧接着打入锁脚锚杆，并在锁脚锚杆上设置垫板；

（3）接着铺设钢波纹板，并在连接处预留环向长条螺栓孔的间隙；

（4）在预留变形空间的前提下，找准螺栓连接位置，连接好两侧钢波纹板；

（5）围岩大变形的时候，通过适当拧松螺栓让钢波纹板增大围岩一侧的变形空间，以适应围岩的变形，

（6）围岩变形趋于稳定后，固定好螺栓，使钢波纹板达到控制变形的支护目的，之后再进行其他工序。