CN109723470A - 适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构及支护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构及支护方法，属于隧道工程施工技术领域。包括初喷混凝土层、充气垫和钢板，初喷混凝土层设置于隧道内围岩表面上，将充气垫固定在钢板一侧上，并使钢板设置有充气垫的一侧靠近初喷混凝土层，钢板的拱脚处与围岩固定，对充气垫充气至安全压力值，钢板未设置充气垫接触的一侧设置有二次衬砌；充气垫上设置有充气阀门和定压放气阀门。本发明使支护结构能够适应超大变形的隧道以及非均匀变形的大变形隧道，均匀释放围岩压力，提高了隧道的安全性，降低了成本。

Description

适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构及支护方法
技术领域
本发明涉及隧道工程施工技术领域，特别是涉及一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构及支护方法。
背景技术
目前，对于大变形隧道的围岩位移释放，大多采用限阻器(屈服单元)或缓冲材料层释放围岩的变形以及围岩压力。限阻器(屈服单元)是对环向位移进行释放，对于超大变形隧道，由于单个限阻器(屈服单元)的位移释放有限，则需要较多的限阻器(屈服单元)进行位移释放，从而导致施工的不经济。采用缓冲材料层对围岩位移释放不能对径向支护阻力进行有效控制，且其对非均匀变形的工况适应性不强。
因此，市场亟需一种能够适应超大变形的隧道以及非均匀变形的大变形隧道，成本低的支护结构及支护方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构及支护方法，以解决上述现有技术存在的问题，使支护结构能够适应超大变形的隧道以及非均匀变形的大变形隧道，均匀释放围岩压力，提高了隧道的安全性，成本低。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，包括初喷混凝土层、充气垫和钢板，所述初喷混凝土层设置于隧道内围岩表面上，所述充气垫一侧固定于所述钢板上，所述充气垫另一侧贴紧所述初喷混凝土层，所述钢板的拱脚处与围岩固定，所述钢板未设置所述充气垫接触的一侧设置有二次衬砌；所述充气垫上设置有充气阀门和定压放气阀门。
可选地，所述钢板与所述充气垫粘接或通过绳索固定。
可选地，在所述钢板拱脚处向围岩打入锁脚锚管固定。
可选地，所述初喷混凝土层与所述钢板之间的距离不大于0.5m。
可选地，所述钢板和所述充气垫在长度方向上按照隧道开挖分部进行分块，所述钢板和所述充气垫宽度和隧道开挖循环进尺相等。
可选地，相邻所述钢板通过螺栓连接或者焊接连接，相邻所述充气垫无需连接。
本发明还提供了一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护方法，包括以下步骤：
步骤一：在隧道开挖后，隧道内壁施作初喷混凝土层；
步骤二：将未充气的充气垫固定在钢板上，使得钢板设置有充气垫的一侧靠近初喷混凝土层，并与初喷混凝土层之间预留间距，钢板与围岩施作固定；
步骤三：给充气垫进行充气至压紧初喷混凝土层表面；
步骤四：在钢板不与充气垫接触的一面施作二次衬砌。
可选地，还包括步骤五：开挖仰拱，整平地层，施作仰拱，仰拱回填。
可选地，步骤一中，所述初喷混凝土层表面施作平整。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过在钢板与初喷混凝土之间设置充气垫，充气垫上设置有充气阀门和定压放气阀门，通过充气阀门和定压放气阀门可使气垫在受到围岩压力时始终维持气压平衡，做到径向支护阻力可控，从而实现围岩在大变形情况下的可控释放，降低作用在支护结构上的围岩压力，最终达到支护阻力和围岩压力平衡的目的；同时，该支护方法适应围岩局部大变形能力强，充气垫能够把局部大变形产生的围岩压力均匀的传递给钢板；相比传统强支硬顶的支护措施，本发明更加安全、经济；相比在隧道支护环向设置可变形单元的方法，本方法具有更大的变形适应能力；相比支护背后设置缓冲层的方法，本方法具有径向支护阻力可控的优势，更安全且更适应局部大变形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构应用于全断面隧道开挖的结构图；
图2为本发明提供的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构应用于台阶法隧道开挖的结构图。
图中：1-围岩；2-初喷混凝土层；3-钢板；4-充气垫；5-二次衬砌；6-锁脚锚管；7-仰拱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构及支护方法，以解决现有技术存在的问题，使支护结构能够适应超大变形的隧道以及非均匀变形的大变形隧道，均匀释放围岩压力，提高了隧道的安全性，成本低。
本发明提供了一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，包括初喷混凝土层、充气垫和钢板，初喷混凝土层设置于隧道内围岩表面上，充气垫一侧固定于钢板上，充气垫另一侧贴紧初喷混凝土层，钢板的拱脚处与围岩固定，钢板未设置充气垫接触的一侧设置有二次衬砌；充气垫上设置有充气阀门和定压放气阀门。
本发明通过在钢板与初喷混凝土之间设置充气垫，充气垫上设置有充气阀门和定压放气阀门，通过充气阀门和定压放气阀门可使气垫在受到围岩压力时始终维持气压平衡，做到径向支护阻力可控，从而实现围岩在大变形情况下的可控释放，降低作用在支护结构上的围岩压力，最终达到支护阻力和围岩压力平衡的目的；同时，该支护方法适应围岩局部大变形能力强，充气垫能够把局部大变形产生的围岩压力均匀的传递给钢板；相比传统强支硬顶的支护措施，本发明更加安全、经济；相比在隧道支护环向设置可变形单元的方法，本方法具有更大的变形适应能力；相比支护背后设置缓冲层的方法，本方法具有径向支护阻力可控的优势，更安全且更适应局部大变形。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本发明提供了的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，包括初喷混凝土层2、充气垫4和钢板3，初喷混凝土层2设置于隧道内围岩1表面上，充气垫4一侧固定于钢板3上，充气垫4另一侧贴紧初喷混凝土层2，钢板3的拱脚处与围岩1固定，钢板3未设置充气垫4接触的一侧设置有二次衬砌5；充气垫4上设置有充气阀门和定压放气阀门。
当围岩1发生变形时，充气垫4立即随之发生形变，内部气压增大，同时把变形产生的围岩压力均匀的传递给钢板3，在充气垫4内部气压增大的同时，定压放气阀门会自动进行放气，使充气垫4内部气压始终维持在初始安全气压值，从而实现围岩变形的可控释放。
进一步地，钢板3与充气垫4粘接或通过绳索固定，以保证固定钢板3之前充气垫4与钢板3之间不发生相对位移。
进一步地，在钢板3拱脚处向围岩1打入锁脚锚管6固定。
进一步地，初喷混凝土层2与钢板3之间的距离不大于0.5m。
进一步地，钢板3和充气垫4在长度方向上按照隧道开挖分部进行分块，钢板3和充气垫4宽度和隧道开挖循环进尺相等。
进一步地，相邻钢板3通过螺栓连接或者焊接连接，相邻充气垫4无需连接。
本发明提供的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护方法，包括以下步骤：
步骤一：在隧道开挖后，隧道内壁施作初喷混凝土层2；
步骤二：将未充气的充气垫4固定在钢板3上，使得钢板3设置有充气垫4的一侧靠近初喷混凝土层2，并与初喷混凝土层2之间预留间距，钢板3与围岩1施作固定；
步骤三：给充气垫4进行充气至压紧初喷混凝土层表面，同时控制控制充气垫4内的气压达到设计气压，设计气压值依据规范设定，并根据现场实际工况进行动态调整。
步骤四：在钢板3不与充气垫4接触的一面施作二次衬砌5。
进一步地，还包括步骤五：开挖仰拱7，整平地层，施作仰拱7，仰拱7回填。
进一步地，步骤一中，初喷混凝土层2表面应尽量保证平整，以保证充气垫4与初喷混凝土层2紧密贴合，防止尖锐岩体对充气垫4造成损害。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，其特征在于：包括初喷混凝土层、充气垫和钢板，所述初喷混凝土层设置于隧道内围岩表面上，所述充气垫一侧固定于所述钢板上，所述充气垫另一侧贴紧所述初喷混凝土层，所述钢板的拱脚处与围岩固定，所述钢板未设置所述充气垫接触的一侧设置有二次衬砌；所述充气垫上设置有充气阀门和定压放气阀门。
2.根据权利要求1所述的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，其特征在于：所述钢板与所述充气垫粘接或通过绳索固定。
3.根据权利要求1所述的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，其特征在于：在所述钢板拱脚处向围岩打入锁脚锚管固定。
4.根据权利要求1所述的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，其特征在于：所述初喷混凝土层与所述钢板之间的距离不大于0.5m。
5.根据权利要求1所述的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，其特征在于：所述钢板和所述充气垫在长度方向上按照隧道开挖分部进行分块，所述钢板和所述充气垫宽度和隧道开挖循环进尺相等。
6.根据权利要求5所述的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护结构，其特征在于：相邻所述钢板通过螺栓连接或者焊接连接，相邻所述充气垫无需连接。
7.一种适应大变形隧道的径向阻力可控式支护方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在隧道开挖后，隧道内壁施作初喷混凝土层；
步骤二：将未充气的充气垫固定在钢板上，使得钢板设置有充气垫的一侧靠近初喷混凝土层，并与初喷混凝土层之间预留间距，钢板与围岩施作固定；
步骤三：给充气垫进行充气至压紧初喷混凝土层表面；
步骤四：在钢板不与充气垫接触的一面施作二次衬砌。
8.根据权利要求7所述的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护方法，其特征在于：还包括步骤五：开挖仰拱，整平地层，施作仰拱，仰拱回填。
9.根据权利要求7所述的适应大变形隧道的径向阻力可控式支护方法，其特征在于：步骤一中，所述初喷混凝土层表面施作平整。
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