CN111764929A - 一种封闭回填式承载衬砌结构及施工方法 - Google Patents

一种封闭回填式承载衬砌结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于地下工程施工技术领域,具体说是涉及一种封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,避免地下空间施工过程中因围岩变形和应力释放导致的支护结构破坏;满足允许围岩适度变形的施工需求,其包括衬砌面板,在衬砌面板的外周边缘上设置有柔性单元,柔性单元与周边围岩密贴形成封闭空间;在柔性单元组成的封闭空间内均设置有伸缩式透气管,伸缩式透气管安装设置于衬砌面板上;在衬砌面板上还设置有注浆孔,在柔性单元与周边围岩密贴形成的封闭空间内通过注浆孔注入有填充材料,该发明提供的封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,满足了支护结构即时施做的施工效果,满足了适时承载支护的施工安全体系要求,适合大范围推广应用。

Description

一种封闭回填式承载衬砌结构及施工方法
技术领域
本发明属于地下工程施工技术领域;具体说是涉及一种封闭回填式承载衬砌结构及施工方法。
背景技术
地下空间在开挖过程中打破了周边围岩原有的应力平衡,围岩在形成新的应力平衡期间,不可避免的在新形成的地下空间周边围岩会产生径向变形,从而挤压支护结构;然而传统的地下空间支护结构通常刚度较大、形变能力较小,其与不平整的开挖面容易形成点接触,进而产生应力集中现象;同时过大的围岩变形和集中应力,会导致局部支护结构发生挤压破损,甚至会破坏整体支护结构;因此为应对地下空间开挖所产生的围岩变形和集中应力,进一步提升地下空间隧道的施工安全性,提出一种既能允许围岩适度变形,又能使支护结构与周边围岩全方位紧密接触,避免应力集中,同时,满足即时施做、适时承载的支护结构显得十分有必要。
发明内容
本发明的发明目的:
主要是为了克服上述技术缺陷的不足,提供一种封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,不但实现地下空间隧道的安全施工,充分黏合支护结构与围岩,消除集中应力,避免因围岩变形和应力释放导致的支护结构破坏;而且满足允许围岩适度变形的施工需求,满足支护结构即时施做和适时承载支护的施工安全体系。
本发明的技术方案为:
提供了一种封闭回填式承载衬砌结构,包括衬砌面板,在衬砌面板的外围边缘上设置有柔性单元,柔性单元与周边围岩密贴形成封闭空间;在柔性单元组成的封闭空间内均设置有伸缩式透气管,伸缩式透气管安装设置于衬砌面板上;在衬砌面板上还设置有注浆孔,在柔性单元与周边围岩密贴形成的封闭空间内通过注浆孔注入有填充材料。
所述的柔性单元呈环状沿衬砌面板外周边缘设置。
所述的柔性单元呈格栅网状沿衬砌面板外周边缘设置。
所述的柔性单元采用高分子柔性材料设置。
所述的衬砌面板采用预制式衬砌结构,且衬砌面板采用多边形结构设置。
所述的伸缩式透气管的数量与柔性单元组成的封闭空间相匹配,且在各个封闭空间内至少设置为1个。
所述是伸缩式透气管在收缩状态下两端部与衬砌面板上下端面平齐或凸出;伸缩式透气管在伸长状态下其外端部与周边围岩相接触。
一种封闭回填式承载衬砌结构的施工方法,包括上述所述的一种封闭回填式承载衬砌结构,该施工方法包括以下步骤:
(1)、衬砌结构安装:使用机械设备将衬砌结构紧贴地下空间开挖轮廓面,并施加压力,使柔性单元发生弹性形变并与周边围岩组成密闭空间,采用拼装设备将衬砌面板沿隧道开挖截面连接成环;
(2)、材料填充:将外端部指向上方的伸缩式透气管推压伸长至贴近周边围岩位置处,通过注浆孔对衬砌面板外侧柔性单元组成的封闭空间进行材料填充,直到该封闭空间内的透气管漏出填充材料为止;设置的填充材料为浆液、颗粒材料或流塑性材料;
(3)、衬砌结构承载:重复上述步骤(2),直到通过填充材料使衬砌面板支护结构环与周边围岩粘结,支撑围岩载荷;衬砌面板柔性单元与围岩密贴形成封闭空间的材料填充可待周边围岩经过阶段变形后进行,降低在支护衬砌结构上的围岩载荷;柔性单元与周边围岩密贴形成封闭空间进行全部回填或选择性部分回填;伸缩式透气管的端头可开通或封闭。
衬砌面板可设置锚杆孔,完成锚杆的安装。
本发明的有益效果是:
1.该发明提供的封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,充分利用了围岩适当变形的开挖特性,进一步优化了开挖暴露围岩的受力模式,同时最大限度发挥了围岩的自承载能力,其中填充材料承载并传递了围岩载荷并均布分散到衬砌面板上,极大的避免了围岩集中载荷对衬砌面板的结构破坏。
2.该发明提供的封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,通过衬砌结构与周边围岩的黏合接触有效的组成联合承载体,进而消除集中应力,同时还允许适当的结构形变进而释放围岩应力,衬砌结构受力更加合理。
3.该发明提供的封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,充分发挥了预制式衬砌结构施工效率高的施工优势,极大的提高了施工作业效率,同时还有效的提高了施工作业环境和施工的成品质量;同时预制式衬砌面板可以更加轻薄,进而提高企业的经济效益。
4.该发明提供的封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,充分利用了柔性单元较好适应围岩形变的优势,同时柔性单元还作为填充材料的预制模板,极大的避免了填充材料的流失,提高了衬砌结构施工过程中的密封性能。
该发明提供的封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,通过可伸缩式透气管的设置,极大的降低了填充材料施工过程中的注浆压力要求,同时极大的保证了填充材料在施工填充过程中的密实性能,多个伸缩式透气管的设置满足了预制式衬砌结构所处不同位置开通不同透气管的需求。
附图说明
图1为本发明的衬砌结构含环状柔性单元的结构示意图;
图2为本发明的衬砌结构含格栅网状柔性单元的结构示意图;
图3为本发明的衬砌结构安装结构示意图;
图4为本发明的衬砌结构组环填充后的结构示意图。
图中:1为衬砌面板;2为柔性单元;3为伸缩式透气管;4为填充材料;5为周边围岩。
具体实施方式
以下结合附图以一种隧道工程地下空间施工为实施例,对本发明进行进一步详细说明。
参见图1~4;提供了一种封闭回填式承载衬砌结构,包括衬砌面板1,在衬砌面板的外围边缘上设置有柔性单元2,柔性单元具有一定的刚度,其在挤压作用下能发生弹性变形;柔性单元与周边围岩5密贴形成封闭空间;在柔性单元组成的封闭空间内均设置有伸缩式透气管3,伸缩式透气管安装设置于衬砌面板上;在衬砌面板上还设置有注浆孔,在柔性单元与周边围岩密贴形成的封闭空间内通过注浆孔注入有填充材料4,该发明设计的承载衬砌结构充分利用了允许围岩适当变形的特性,优化了开挖暴露围岩的受力模式,最大限度的发挥了围岩自承载能力,其中填充材料承受并传递了部分围岩荷载均匀分散到衬砌面板上,有效避免了围岩集中荷载对衬砌面板的损害。
优选地,所述的柔性单元呈环状沿衬砌面板外周边缘设置。
优选地,所述的柔性单元呈格栅网状沿衬砌面板外周边缘设置。
优选地,所述的柔性单元采用高分子柔性材料设置,柔性单元的材质可选择丁腈橡胶、硫化橡胶等高弹性柔性材质。
优选地,所述的衬砌面板采用预制式衬砌结构,且衬砌面板采用多边形结构设置,衬砌面板的平面形状不做限制,可为四边形、六边形、十二边形等,优选的,为规则的矩形;同时衬砌面板的材质可选择铸铁、钢铁、混凝土、钢筋混凝土、纤维混凝土等。
优选地,所述的伸缩式透气管的数量与柔性单元组成的封闭空间相匹配,且在各个封闭空间内至少设置为1个。
优选地,所述是伸缩式透气管在收缩状态下两端部与衬砌面板上下端面平齐或凸出;伸缩式透气管在伸长状态下其外端部与周边围岩相接触;根据地下空间的施工情况,伸缩式透气管可选择较优的伸缩位移范围,优选地伸缩式透气管的伸缩位移为20mm~150mm。
该封闭回填式承载衬砌结构的施工方法,包括以下步骤:
(1)、衬砌结构安装:使用机械设备将衬砌结构紧贴地下空间开挖轮廓面,并施加压力,使柔性单元发生弹性形变并与周边围岩组成密闭空间,采用拼装设备将衬砌面板沿隧道开挖截面连接成环;其中柔性单元一方面能够较好地适应围岩的变形,另一方面作为待填充材料的预制模板,避免了填充材料的流失;采用常规衬砌连接方式使多块衬砌面板连接成环,充分发挥预制衬砌结构施工速度快、作业环境好、成品质量高等优点,衬砌面板结构受力较为合理,且初期围岩应力得到有效释放,利于衬砌面板预制的更加轻薄,从而具有良好的经济性;
(2)、材料填充:将外端部指向上方的伸缩式透气管推压伸长至贴近周边围岩位置处,通过注浆孔对衬砌面板外侧柔性单元组成的封闭空间进行材料填充,直到该封闭空间内的透气管漏出填充材料为止;设置的填充材料为浆液、颗粒材料或流塑性材料;通过伸缩式透气管的设置极大的降低了对注浆压力的要求,同时保证了填充的密实性,通过多个透气管的设置满足了预制衬砌所处不同位置开通不同透气管的需求;
(3)、衬砌结构承载:重复上述步骤(2),直到通过填充材料使衬砌面板支护结构环与周边围岩粘结,支撑围岩载荷;柔性单元与周边围岩密贴形成封闭空间进行全部回填或选择性部分回填;伸缩式透气管的端头可开通或封闭;在具体的施工过程中,可根据现场施工的实际情况选择最优的施工时机,优化的可待围岩经过一定阶段变形后施做,从而降低作用在支护衬砌结构上的围岩荷载;并且根据实际需求,可选择性、按次序的对各个封闭单元进行回填,也可对全部封闭单元进行回填
优选地,衬砌面板设置锚杆孔,完成锚杆的安装。
优选地,在衬砌面板的内侧施做有二衬结构,衬砌面板的内侧可根据需要施做或不施做二衬。
本发明设计的一种封闭回填式承载衬砌结构及施工方法,不但实现了地下空间隧道的安全施工,充分黏合支护结构与围岩,消除了集中应力,避免了因围岩变形和应力释放导致的支护结构破坏;而且满足了允许围岩适度变形的施工需求,满足了支护结构即时施做和适时承载支护的施工安全体系。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”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发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围,任何本领域的技术人员在不脱离本发明构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种封闭回填式承载衬砌结构,其特征在于:包括衬砌面板,在衬砌面板的外周边缘上设置有柔性单元,柔性单元与周边围岩密贴形成封闭空间;在柔性单元组成的封闭空间内均设置有伸缩式透气管,伸缩式透气管安装设置于衬砌面板上;在衬砌面板上还设置有注浆孔,在柔性单元与周边围岩密贴形成的封闭空间内通过注浆孔注入有填充材料。
2.根据权利要求1所述的一种封闭回填式承载衬砌结构,其特征在于:所述的柔性单元呈环状沿衬砌面板外周边缘设置。
3.根据权利要求1所述的一种封闭回填式承载衬砌结构,其特征在于:所述的柔性单元呈格栅网状沿衬砌面板外周边缘设置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种封闭回填式承载衬砌结构,其特征在于:所述的柔性单元采用高分子柔性材料设置。
5.根据权利要求1所述的一种封闭回填式承载衬砌结构,其特征在于:所述的衬砌面板采用预制式衬砌结构,且衬砌面板采用多边形结构设置。
6.根据权利要求1所述的一种封闭回填式承载衬砌结构,其特征在于:所述的伸缩式透气管的数量与柔性单元组成的封闭空间相匹配,且在各个封闭空间内至少设置为1个。
7.根据权利要求6所述的一种封闭回填式承载衬砌结构,其特征在于:所述是伸缩式透气管在收缩状态下两端部与衬砌面板上下端面平齐或凸出;伸缩式透气管在伸长状态下其外端部与周边围岩相接触。
8.一种封闭回填式承载衬砌结构的施工方法,包括上述权利要求1~7中任一项所述的一种封闭回填式承载衬砌结构,其特征在于,该施工方法包括以下步骤:
(1)、衬砌结构安装:使用机械设备将衬砌结构紧贴地下空间开挖轮廓面,并施加压力,使柔性单元发生弹性形变并与周边围岩组成密闭空间,采用拼装设备将衬砌面板沿隧道开挖截面连接成环;
(2)、材料填充:将外端部指向上方的伸缩式透气管推压伸长至贴近周边围岩位置处,通过注浆孔对衬砌面板外侧柔性单元组成的封闭空间进行材料填充,直到该封闭空间内的透气管漏出填充材料为止;设置的填充材料为浆液、颗粒材料或流塑性材料;
(3)、衬砌结构承载:重复上述步骤(2),直到通过填充材料使衬砌面板支护结构环与周边围岩粘结,支撑围岩载荷;衬砌面板柔性单元与围岩密贴形成封闭空间的材料填充可待周边围岩经过阶段变形后进行,降低在支护衬砌结构上的围岩载荷;柔性单元与周边围岩密贴形成封闭空间进行全部回填或选择性部分回填;伸缩式透气管的端头可开通或封闭。
9.根据权利要求8所述的一种封闭回填式承载衬砌结构的施工方法,其特征在于:衬砌面板可设置锚杆孔,完成锚杆的安装。
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