CN110645012A - 一种变形释能的隧道管片及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种新型的变形释能管片和其施工方法，新型管片包括刚性体和弹性体两部分。所述新型的隧道管片结构沿隧道走向环向布置，可与常规管片灵活搭配使用，能有效释放围岩压力，减小支护结构受力。并且，通过本发明的上述新型管片的使用方法，实施工艺简单，断面适应性强，结构强度高，且变形后结构与围岩密贴，整体稳定性好，能够控制围岩变形，适用于各类隧道工程。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种自身具有一定范围弹性变形的新型隧道管片，和一种上述隧道管片的具体使用方法。
背景技术
管片形式的衬砌环被广泛应用于各种隧道临时性和永久性支护结构中。在使用前，一般由工厂预制成衬砌拼装块，在施工时拼装成环，从而承受隧道围岩荷载和地下水压力。管片多为刚度高的钢筋混凝土结构、钢架混凝土结构、钢结构或纤维混凝土结构。
隧道开挖后，由于周围围岩应力，围岩会向内侧发生变形，进而挤压衬砌结构，挤压力往往很大。现有管片衬砌结构多为刚性支护，适应变形性能差，且开挖轮廓线的不平整会使围岩与管片发生点接触，造成应力集中现象。围岩持续变形引起的挤压力往往导致衬砌结构发生破坏，应力集中部位破坏更为严重。
为应对围岩变形导致衬砌结构破坏的情况，现阶段主要采取以下措施：
1、采用超前导洞法提前释放地应力，一般应用于极高地应力围岩段的隧道。该方法能够有效释放地应力，但施工工序繁琐，超前导洞施做困难，安全风险高。
2、预先考虑围岩变形，采用断面扩挖方式，如山岭隧道的预留变形量和盾构刀盘的扩挖刀具。该方法为围岩变形预留空间，利于应力释放，但具体扩挖尺寸以经验为主。过大的扩挖使岩土体工程量增大，耗时耗力，增加风险，较小的扩挖又不能解决问题。
3、在衬砌环上预留缺口或削弱部分拼装块的刚度，这种方式可动态应对围岩变形，但工艺复杂，对现场作业人员要求高，具体实施困难，难以大范围应用。另外，隧道局部结构变形后，其断面形状会发生变化，存在结构局部应力集中，受力稳定性降低。
发明内容
为了有效解决前述围岩变形导致衬砌结构破坏的问题，本发明的一个目的是提供一种新型的隧道管片；本发明的另一个目的是提供一种基于上述隧道管片的具体使用方法，旨在实现隧道衬砌的快速、安全施工。
本发明的技术方案为：
本发明提供一种变形释能的隧道管片，其特征在于，所述管片包括刚性体和弹性体两部分，所述弹性体固定于所述刚性体的外弧面。
所述弹性体可通过各种常用手段固定于所述刚性体的外弧面，优选经粘合层粘结于刚性体的外弧面，不损坏刚性体。
所述刚性体部分可采用常规管片预制方式进行预制成型，可为钢筋混凝土结构、纤维混凝土结构、钢结构或其他刚性材料结构。
根据管片制作精度要求，所述刚性体部分的外弧面可设置弹性体的定位装置。
所述弹性体与刚性体部分的粘合层不做具体要求，粘合牢固性满足管片运输、装配需要即可。所述弹性体应具有良好的长期变形性能和稳定性。
为保证弹性体变形空间需求，每块所述刚性体管片外弧面的弹性体部分优选分块设置，具体分块数量根据情况具体设计。
上述隧道管片制作时可预留注浆、锚杆孔洞，在后续施工过程中根据围岩变形需求实施注浆加固、打设锚杆、填充豆粒石等作业。
为了实现隧道管片的拼接，优选在管片侧面设置有榫槽结构。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种上述新型隧道管片结构的具体使用方法，即将上述新型隧道管片结构应用于隧道工程。
所述隧道工程可包括地铁隧道、铁路隧道、公路隧道、水利隧道等各类隧道工程。
所述管片结构可通过各种常规方式连接形成环状结构，优选通过管片侧面设置的榫槽结构连接形成环状结构。
所述管片连接形成环装结构时，可根据需要，譬如在非受力点不需要设置弹性体时，与常规管片混合连接形成环装结构。
根据本发明的最后一个方面，提供一种管片衬砌结构，由前述新型隧道管片连接成环或由前述新型隧道管片与常规管片连接成环而形成。
本发明能够有效释放围岩应力，减小支护结构受力，广泛应用于各类地层。本发明实施工艺简单，断面适应性强，结构强度高，且变形后结构与围岩密贴，整体稳定性好。本发明的新型管片可与常规管片灵活搭配使用，工程适用性好，并能有效结合注浆和锚杆施工，可根据变形发展情况动态调整支护结构强度。本发明适用于地铁隧道、铁路隧道、公路隧道、水利隧道等各类隧道工程。
附图说明
图1为本发明的管片结构剖面示意图；
图2为本发明的管片环结构横断面示意图；
图3为本发明的管片具体使用方法示意图；
图4为本发明的管片环结构与注浆、锚杆结合施工示意图。
其中：1、变形释能管片，2、管片间连接，3、锚杆，4、注浆体，5、开挖轮廓线，6、围岩，7、常规管片，11、刚性体部分，12、粘合层，13、弹性体部分，14、定位装置，15、注浆孔，16、锚杆孔。
具体实施方式
结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。下述实施例仅用于说明本发明，不能用于限制本发明的范围。
本发明公开了一种变形释能的新型隧道管片，具体实施方式如下：
如图1和2所示，本发明提供了一种能够通过自身弹性变形释放围岩压力的管片衬砌结构，包括管片衬砌环，由管片连接成环而形成。其中，变形释能管片1由刚性体部分11和弹性体部分13构成，弹性体部分13经粘合层12与刚性体部分11相粘结。
为满足施工工艺要求，所述管片结构的刚性体部分11外弧面可设置弹性体的定位装置14。
所述变形释能管片的刚性体部分11可为钢筋混凝土结构、纤维混凝土结构、钢结构或其他刚性材料结构，弹性体部分13应具有良好的长期变形性能和稳定性。所述弹性体部分13与刚性体部分11的粘合层12不做具体要求，粘合牢固性满足管片运输、装配需要即可。
本实施例中每块管片外弧面的弹性体部分13分块设置，具体分块数量根据情况具体设计，譬如考虑围岩压力的分布、弹性体形变量等。
所述变形释能管片1预留有注浆孔15和锚杆孔16，如图2所示，根据围岩变形需求实施注浆加固、打设锚杆等作业，形成注浆体4和锚固锚杆3，使管片1与开挖轮廓线5外的围岩6形成紧密联系的一个组合体。
如图2所示，本实施例中的变形释能管片1经过管片间连接2形成环状结构，也可与常规管片7混合连接形成环状结构，管片间连接2可采用常规技术，但优选在管片侧面设置榫槽结构进行连接，这样的结构预制成型容易，安装简单，成本更低。
本发明还提供一种上述新型隧道管片的具体使用方法，其具体实施方式如下：
如图3所示，可全部采用本发明的新型管片1连接成环，也可混合常规管片7连接成环。可间隔一环或数环采用新型管片1，其余采用常规管片7。该类使用组合，主要应用于隧道开挖后围岩存在较少部分变形破碎围岩。
全段整环采用本发明的新型管片1，主要应用于软弱大变形围岩，可以充分释放地层应力，降低支护结构压力。
如图4所示，所述新型管片1可结合中长锚杆、注浆等方法对围岩进行加固，分别形成锚固锚杆3和注浆体4。这种情况主要应用于地应力大，变形持续时间长的隧道，可以有效控制隧道变形，保证结构安全。
本发明的新型变形释能管片可允许周边围岩一定变形，有效释放围岩压力，并能结合注浆和锚杆进行施工，强度高，适应性好，且变形后结构与围岩密贴，轮廓线不变，结构受力良好。本发明适用于地铁隧道、铁路隧道、公路隧道、水利隧道等各类隧道工程。
Claims (10)
1.一种变形释能的隧道管片，其特征在于，所述管片包括刚性体和弹性体两部分，所述弹性体固定于所述刚性体的外弧面。
2.根据权利要求1所述的隧道管片，其特征在于，所述弹性体经粘合层粘结于所述刚性体的外弧面。
3.根据权利要求1所述的隧道管片，其特征在于，所述刚性体的外弧面设置有所述弹性体的定位装置。
4.根据权利要求1所述的隧道管片，其特征在于，所述弹性体在所述刚性体的外弧面分块设置。
5.根据权利要求1所述的隧道管片，其特征在于，所述隧道管片预留有注浆、锚杆孔洞。
6.根据权利要求1所述的隧道管片，其特征在于，所述刚性体的侧面设置有与相邻管片连接的榫槽结构。
7.一种前述权利要求1-6任意一项所述的隧道管片的应用，将所述隧道管片应用于隧道工程。
8.根据权利要求7所述的隧道管片的应用，其特征在于，所述隧道工程为地铁隧道、铁路隧道、公路隧道或水利隧道。
9.根据权利要求7所述的隧道管片的应用，其特征在于，所述隧道管片单独连接成环或与常规管片连接成环。
10.一种管片衬砌结构，由前述权利要求1-6任意一项所述的隧道管片连接成环或由权利要求1-6任意一项所述的隧道管片与常规管片连接成环而形成。
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