CN111472809A - 富水冰碛层支护结构及富水冰碛层支护系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种富水冰碛层支护结构及富水冰碛层支护系统，属于隧道技术领域。该富水冰碛层支护结构包括注浆组件、抵持组件以及牵引组件。在使用时，通过注浆通道向注浆管内提供浆液，拉动牵引杆，牵引体则沿着注浆管的内壁滑动并与抵持体的引导面抵持，随着牵引体的滑动，不断推动抵持体挤压周围富水冰碛层，在抵持体运动的过程中，浆液从限位孔内流到周围富水冰碛层，从而改善了周围富水冰碛层的结构，使得富水冰碛层与注浆管形成整体，而且通过挤压周围富水冰碛层，使得复杂的富水冰碛层更加密实，避免了颗粒流失，提高了洞身围岩稳定性。

Description

富水冰碛层支护结构及富水冰碛层支护系统

技术领域

本申请涉及隧道技术领域，具体而言，涉及一种富水冰碛层支护结构及富水冰碛层支护系统。

背景技术

冰碛层是指冰川作用过程中所携带和搬运的泥沙和岩石碎块，在冰川消退以后留在原地并沉积形成的特殊地层，又称冰川沉积层，其特点是一般不具有层理结构，砾石大多呈棱角，次棱角，少数磨圆。颗粒大小混杂、缺乏分选性、夹有砾石、砂或粘土组成的透镜体，经常是巨大的石块和细微的泥质物的混合物，粒度相差十分悬殊。围岩富水，开挖后自稳能力差，易发生突水突泥灾害，大量排水后可能引起细颗粒流失，影响隧道结构稳定。

隧道洞身围岩稳定性是一个四维的空间-时间概念，在隧道修建过程中，支护型式的选择对于隧道围岩稳定有着至关重要的作用，是控制隧道变形，保障隧道安全的重要基础。传统的隧道支护型式往往采用“强支硬顶”的方案，即加大支护结构的刚度，防止支护出现较大变形。但是针对富水冰碛层隧道，由于其颗粒混杂，常常含有大的砾石和块石，隧道开挖后往往会出现较大变形，传统的支护型式已经无法满足富水冰碛层隧道的安全要求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种富水冰碛层支护结构及富水冰碛层支护系统，旨在改善隧道开挖后洞身围岩稳定性差的问题。

第一方面，本申请提供一种富水冰碛层支护结构，包括注浆组件、抵持组件以及牵引组件。

其中，所述注浆组件包括注浆管、密封管以及止浆塞，所述注浆管的一端与所述密封管连接，所述注浆管的另一端与所述止浆塞连接，所述注浆管开设有多个限位孔；

所述抵持组件包括多个抵持体，所述抵持体具有引导面，所述抵持体安装于所述限位孔内；以及

所述牵引组件包括牵引杆以及间隔设置于所述牵引杆周壁的牵引体，所述牵引杆的一端穿设于所述止浆塞，所述牵引杆内部开设有注浆通道，所述牵引体与所述注浆管的内壁抵持，所述牵引杆被构造成牵引所述牵引体沿所述注浆管的内壁移动以使得所述牵引体与所述引导面抵触并推动所述抵持体向远离所述注浆管的方向移动。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，多个所述限位孔呈螺旋状分布。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述抵持体呈楔形，所述抵持体开设有贯通的溢流孔，所述溢流孔用于浆液流通。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述抵持体与所述注浆管磁性连接。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述抵持体设置有卡扣部，所述抵持体能够嵌入所述限位孔且所述卡扣部与所述限位孔的孔壁抵触。

结合第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述注浆管的周向开设有第一通孔。

结合第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述注浆组件还包括膨胀管，所述密封管开设有第二通孔，所述膨胀管套设于所述密封管的外壁，所述膨胀管的一端锁固于所述注浆管与所述密封管之间。

第二方面，本申请提供一种富水冰碛层支护系统，包括围岩、注浆组件、抵持组件、牵引组件、第一注浆体以及第二注浆体。

其中，所述围岩开设有钻孔。

所述注浆组件包括注浆管、密封管以及止浆塞，所述注浆管的一端与所述密封管连接，所述注浆管的另一端与所述止浆塞连接，所述注浆管开设有多个限位孔，所述注浆管容置于所述钻孔内。

所述抵持组件包括多个抵持体，所述抵持体具有引导面，所述抵持体设置于所述限位孔内，所述限位孔呈螺旋状分布。

牵引组件，述牵引杆周壁的牵引体，所述牵引杆的一端穿设于所述止浆塞，所述牵引体与所述注浆管的内壁抵持，所述牵引杆内部开设有注浆通道，所述牵引杆被构造成牵引所述牵引体沿所述注浆管的内壁移动以使得所述牵引体与所述引导面抵触并推动所述抵持体向远离所述注浆管的方向移动；以及

所述第一注浆体充填于所述注浆管和所述密封管内。

所述第二注浆体沿所述抵持体设置，所述第二注浆体呈螺旋状绕设于所述注浆管。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述抵持体与所述注浆管磁性连接，所述抵持体设置有卡扣部，所述抵持体能够嵌入所述限位孔且所述卡扣部与所述限位孔的孔壁抵触。

结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述注浆组件还包括膨胀管，所述密封管开设有第二通孔，所述膨胀管套设于所述密封管的外壁，所述膨胀管的一端锁固于所述注浆管与所述密封管之间。

本发明的有益效果是：本申请提供了一种富水冰碛层支护结构，包括注浆组件、抵持组件以及牵引组件。在使用时，通过注浆通道向注浆管内提供浆液，拉动牵引杆，牵引体则沿着注浆管的内壁滑动并与抵持体的引导面抵持，随着牵引体的滑动，不断推动抵持体挤压周围富水冰碛层，在抵持体运动的过程中，浆液从限位孔内流到周围富水冰碛层，从而改善了周围富水冰碛层的结构，使得富水冰碛层与注浆管形成整体，而且通过挤压周围富水冰碛层，使得复杂的富水冰碛层更加密实，避免了颗粒流失，提高了洞身围岩稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本申请实施例提供的第一状态富水冰碛层支护结构的剖面图；

图2是本申请实施例提供的注浆组件的剖面图；

图3是本申请实施例提供的另一种富水冰碛层支护结构的剖视图；

图4是本申请实施例提供的抵持体的结构示意图；

图5是图1中的Ⅴ区域的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的牵引组件结构示意图；

图7是本申请实施例提供的第二状态富水冰碛层支护结构的剖面图；

图8是本申请实施例提供的螺旋式注浆体的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的富水冰碛层支护系统的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的第二注浆体的结构示意图。

图标：10-富水冰碛层支护系统；100-富水冰碛层支护结构；110-注浆组件；111-注浆管；1111-限位孔；113-密封管；115-止浆塞；117-膨胀管；130-抵持组件；131-抵持体；1311-卡扣部；1313-引导面；150-牵引组件；151-牵引杆；153-牵引体；300-围岩；310-钻孔；500-第一注浆体；700-第二注浆体。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；可以是电性连接，也可以是电气连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

隧道洞身围岩稳定性是一个四维的空间-时间概念，在隧道修建过程中，支护型式的选择对于隧道围岩稳定有着至关重要的作用，是控制隧道变形，保障隧道安全的重要基础。传统的隧道支护型式往往采用“强支硬顶”的方案，即加大支护结构的刚度，防止支护出现较大变形。但是针对富水冰碛层隧道，由于其颗粒混杂，常常含有大的砾石和块石，隧道开挖后往往会出现较大变形，传统的支护型式已经无法满足富水冰碛层隧道的安全要求。

为此，本申请提供了一种富水冰碛层支护结构及富水冰碛层支护系统，旨在提供一种适用于富水冰碛层这种特殊地质，同时还能解决富水冰碛层隧道在开挖后洞周围岩稳定性差，易发生坍塌的问题。

请参阅图1，本申请提供一种富水冰碛层支护结构100，包括注浆组件110、抵持组件130以及牵引组件150。

请参阅图2，注浆组件110包括注浆管111、密封管113以及止浆塞115。

在本申请中，注浆管111的一端与密封管113连接，注浆管111的另一端与止浆塞115连接。在具体设置时，注浆管111与止浆塞115可拆卸连接，例如注浆管111与止浆塞115螺纹连接。注浆管111与密封管113可拆卸连接，例如注浆管111与密封管113螺纹连接、过盈配合、卡接等。

其中，注浆管111呈长柱状，注浆管111开设有多个限位孔1111。请参阅图3，在其他一些具体的实施方案中，限位孔1111呈螺旋状开设于注浆管111。也就是说，多个限位孔1111按照螺旋线绕设设置，每个限位孔1111可以看作螺旋线上的一个点，多个限位孔1111之间依次连接则基本呈螺旋状。

在具体设置时，注浆管111的周向开设有第一通孔。在注浆时，浆液从第一通孔内流出。

在其他一些具体的实施方案中，注浆组件110还包括膨胀管117，密封管113开设有第二通孔，膨胀管117套设于密封管113的外壁，膨胀管117的一端锁固于注浆管111与密封管113之间。其中，膨胀管117为盲管，仅一端开口。

在具体设置时，膨胀管117的一端嵌入到注浆管111与密封管113。例如，膨胀管117为橡皮管，橡皮管的开口端嵌入到注浆管111与密封管113。为了保证橡皮管的连接紧密，注浆管111的内壁设置有突起物，密封管113的外壁设置有突起物，橡皮管的开口端嵌入到注浆管111的内壁和密封管113的外壁之间。其中，突起物的材质可以是钢材。突起物一般是小体积的钢块，钢块可以是半球体或柱体。由于注浆管111的内壁和密封管113的外壁均设置有突起物，橡皮管的开口端嵌入到注浆管111的内壁和密封管113的外壁之间受到的摩擦力较大，不易脱落，注浆液不断的从第二通孔进入膨胀管117，膨胀管117的体积不断膨胀，挤压周围的围岩。混凝土在注浆机的提高的压力下不断流入膨胀管117直至达到平衡，此时膨胀管117的体积最大。膨胀管117增强了注浆管111端部的锚固力，形成树根桩式锚固体，从而提高注浆管111的稳定性。

请参阅图4，抵持组件130包括多个抵持体131，抵持体131具有引导面1313，抵持体131安装于限位孔1111内。

其中，抵持体131与注浆管111磁性连接。也就是说，抵持体131与限位孔1111的孔壁磁性连接，抵持体131嵌入到限位孔1111。抵持体131依靠吸引力固定在限位孔1111内。

在具体设置时，抵持体131为楔体，由钢材构成。钢材硬度大，能够很好地挤压围岩，使得抵持体131周围的围岩更为密实。

请参阅图5，在一些具体的实施方案中，抵持体131设置有卡扣部1311，抵持体131能够嵌入限位孔1111且卡扣部1311与限位孔1111的孔壁抵触。

在其他一些具体的实施方案中，抵持体131也可以采用过盈配合的方式嵌入限位孔1111内。

在其他一些具体的实施方案中，抵持体131开设有贯通的溢流孔，溢流孔用于注浆液流通。

需要说明是，抵持体131具有两种工作状态，第一种是抵持体131嵌入限位孔1111内使得注浆管111表面平整以减少注浆管111进入钻孔时围岩对注浆管111的阻力，从而使得注浆管111顺利进入钻孔，第二种状态是抵持体131向围岩方向运动挤压富水冰碛层，请参阅图5。

请参阅图6，牵引组件150包括牵引杆151以及间隔设置于牵引杆151周壁的牵引体153，牵引杆151的一端穿设于止浆塞115，牵引体153与注浆管111的内壁抵持，牵引杆151被构造成牵引牵引体153沿注浆管111的内壁移动以使得牵引体153与引导面1313抵触并推动抵持体131向远离注浆管111的方向移动，请参阅图7。

在具体设置时，牵引体153为圆盘，圆盘与牵引杆151焊接，牵引杆151内部开设有注浆通道。

需要说明的是，牵引体153的具体位置需要根据抵持体131的具体位置设置，而抵持体131的具体位置由限位孔1111确定。

下面对本申请提供的富水冰碛层支护结构100的使用步骤予以详细说明：

准备阶段：在富水冰碛层开挖洞身处进行喷射混凝土，进行初期支护。具体可以采用的喷射混凝土为早强型喷射混凝土，其水泥与砂石之重量比为1:1.44，水灰比0.42，喷射厚度为40mm，喷射混凝土的强度为C25，喷射混凝土工作压力为0.15MPa，喷头方向正对于洞身。采用早强型喷射混凝土可以有效减少富水冰碛层开挖后洞身颗粒的流失，同时填补由于开挖所形成的凹凸不平的表面，在洞身表面形成一层致密的保护层，防止风化剥蚀。

然后，在洞身预设位置处钻进作业形成若干钻孔。其中，钻孔深度不小于5m。

安装阶段：将牵引组件150放到注浆管111内，用膨胀管117的开口端嵌入到密封管113和注浆管111之间，然后止浆塞115与注浆管111连接。注浆管111、密封管113、止浆塞115以及膨胀管117连接成整体。接着，将抵持体131安装于限位孔1111内。

注浆阶段：将富水冰碛层支护结构100放入钻孔内，通过牵引杆151的注浆通道向密封管113内注浆。浆液从第二通孔进入膨胀管117，膨胀管117不断膨胀。在达到平衡后暂停注浆，待浆液凝固后膨胀管117则形成树根桩式锚固体。其中，注浆材料可以为硫铝酸盐水泥单液浆。

然后牵引牵引杆151，牵引杆151带着牵引体153滑动，在滑动的过程中，牵引体153与引导面1313接触，随着牵引体153的运动，牵引体153推动抵持体131挤压富水冰碛层围岩，使得富水冰碛层围岩变得密实，而且抵持体131在移动的过程中，浆液从限位孔1111内流出，改善了富水冰碛层围岩的结构，使得富水冰碛层围岩的整体性较好，可以防止富水冰碛层的颗粒流失，提高富水冰碛层围岩的整体稳定性。

进一步地，由于多个限位孔1111呈螺旋状分布，膨胀管117套设于密封管113的外壁，膨胀管117的一端锁固于注浆管111与密封管113之间，抵持体131开设有贯通的溢流孔。

在注浆管111靠近钻孔底部的一端形成树根桩式锚固体(请参阅图8)，在注浆管111的浆液从溢流孔流入到富水冰碛层，填充富水冰碛层中的空隙内，改善富水冰碛层的结构，抵持体131则挤压富水冰碛层，进一步减少填充富水冰碛层中的空隙，提高富水冰碛层的密实性。另外，多个限位孔1111呈螺旋状分布，而抵持体131是安装于限位孔1111，其也是呈螺旋状分布，浆液与抵持体131形成整体，包覆于抵持体131的周壁，待浆液凝固后形成螺旋式注浆体。由于抵持体131是以挤压的形式嵌入到富水冰碛层围岩，形成的螺旋式注浆体也是嵌入到富水冰碛层围岩，不仅改善了富水冰碛层围岩的结构，避免颗粒流失，而且螺旋式注浆体也能够限制注浆管111的轴向移动，使得注浆管111稳定的嵌入到富水冰碛层围岩内，进一步提高富水冰碛层洞身的稳定性。

请参阅图9，本申请另提供一种富水冰碛层支护系统10，包括富水冰碛层支护结构100、围岩300、第一注浆体500以及第二注浆体700。

其中，富水冰碛层支护结构100包括注浆组件110、抵持组件130以及牵引组件150。

其中，围岩300开设有钻孔310。

注浆组件110包括注浆管111、密封管113以及止浆塞115，注浆管111的一端与密封管113连接，注浆管111的另一端与止浆塞115连接，注浆管111开设有多个限位孔1111，注浆管111容置于钻孔310内。

抵持组件130包括多个抵持体131，抵持体131具有引导面1313，抵持体131设置于限位孔1111内。

牵引组件150包括牵引杆151以及设置于牵引杆151周壁的牵引体153，牵引杆151的一端穿设于止浆塞115，牵引体153与注浆管111的内壁抵持，牵引杆151内部开设有注浆通道，牵引杆151被构造成牵引牵引体153沿注浆管111的内壁移动以使得牵引体153与引导面1313抵触并推动抵持体131向远离注浆管111的方向移动。

第一注浆体500充填于注浆管111和密封管113内。

第二注浆体700沿抵持体131设置，第二注浆体700设置于注浆管111外部。

在一些具体的实施方案中，限位孔1111呈螺旋状分布，第二注浆体700则呈螺旋状绕设于注浆管111外部，也就是前面提及的螺旋式注浆体，请参阅图10。

以上所述仅为本申请的优选实施方式而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种富水冰碛层支护结构，其特征在于，包括

注浆组件，所述注浆组件包括注浆管、密封管以及止浆塞，所述注浆管的一端与所述密封管连接，所述注浆管的另一端与所述止浆塞连接，所述注浆管开设有多个限位孔；

抵持组件，所述抵持组件包括多个抵持体，所述抵持体具有引导面，所述抵持体安装于所述限位孔内；以及

牵引组件，所述牵引组件包括牵引杆以及间隔设置于所述牵引杆周壁的牵引体，所述牵引杆的一端穿设于所述止浆塞，所述牵引体与所述注浆管的内壁抵持，所述牵引杆内部开设有注浆通道，所述牵引杆被构造成牵引所述牵引体沿所述注浆管的内壁移动以使得所述牵引体与所述引导面抵触并推动所述抵持体向远离所述注浆管的方向移动。

2.根据权利要求1所述的富水冰碛层支护结构，其特征在于，多个所述限位孔呈螺旋状分布。

3.根据权利要求1所述的富水冰碛层支护结构，其特征在于，所述抵持体呈楔形，所述抵持体开设有贯通的溢流孔，所述溢流孔用于浆液流通。

4.根据权利要求1所述的富水冰碛层支护结构，其特征在于，所述抵持体与所述注浆管磁性连接。

5.根据权利要求4所述的富水冰碛层支护结构，其特征在于，所述抵持体设置有卡扣部，所述抵持体能够嵌入所述限位孔且所述卡扣部与所述限位孔的孔壁抵触。

6.根据权利要求1所述的富水冰碛层支护结构，其特征在于，所述注浆管的周向开设有第一通孔。

7.根据权利要求1所述的富水冰碛层支护结构，其特征在于，所述注浆组件还包括膨胀管，所述密封管开设有第二通孔，所述膨胀管套设于所述密封管的外壁，所述膨胀管的一端锁固于所述注浆管与所述密封管之间。

8.一种富水冰碛层支护系统，其特征在于，包括

围岩，所述围岩开设有钻孔；

注浆组件，所述注浆组件包括注浆管、密封管以及止浆塞，所述注浆管的一端与所述密封管连接，所述注浆管的另一端与所述止浆塞连接，所述注浆管开设有多个限位孔，所述注浆管容置于所述钻孔内；

抵持组件，所述抵持组件包括多个抵持体，所述抵持体具有引导面，所述抵持体设置于所述限位孔内，所述限位孔呈螺旋状分布；

牵引组件，所述牵引组件包括牵引杆以及沿螺旋线间隔设置于所述牵引杆周壁的牵引体，所述牵引杆的一端穿设于所述止浆塞，所述牵引体与所述注浆管的内壁抵持，所述牵引杆内部开设有注浆通道，所述牵引杆被构造成牵引所述牵引体沿所述注浆管的内壁移动以使得所述牵引体与所述引导面抵触并推动所述抵持体向远离所述注浆管的方向移动；以及

第一注浆体，所述第一注浆体充填于所述注浆管和所述密封管内；以及

第二注浆体，所述第二注浆体沿所述抵持体设置，所述第二注浆体呈螺旋状绕设于所述注浆管。

9.根据权利要求8所述的富水冰碛层支护系统，其特征在于，所述抵持体与所述注浆管磁性连接，所述抵持体设置有卡扣部，所述抵持体能够嵌入所述限位孔且所述卡扣部与所述限位孔的孔壁抵触。

10.根据权利要求8所述的富水冰碛层支护系统，其特征在于，所述注浆组件还包括膨胀管，所述密封管开设有第二通孔，所述膨胀管套设于所述密封管的外壁，所述膨胀管的一端锁固于所述注浆管与所述密封管之间。

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