CN111963198B - 限制隧道收敛变形的支撑结构体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种限制隧道收敛变形的支撑结构体系，包括外支撑加强板，在加强板的内侧设置中部受力弯折连接支撑拱架，在支撑拱架的内侧设置内支撑加强板，加强板、支撑拱架和内支撑加强板的底端和承载支撑横基台座固定连接，在基台座的下方设置底部承载支撑柱，底部承载支撑柱的一端和地面固定，底部承载支撑柱的另一端和承载支撑横基台座的底部固定连接，在承载减震结构件的结构中设置连接安装板、内部辅支撑加固耗能板和内部主支撑加固耗能板在中部受力弯折连接支撑拱架和内支撑加强板之间设置消震设置层。本发明能最大限度地限制现有隧道结构收敛变形，符合隧道结构安全技术领域发展需求。
Description
技术领域
本发明属于隧道结构安全技术领域，特别是涉及一种限制隧道收敛变形的支撑结构体系。
背景技术
在山岭隧道施工中，一般以新奥法为理论基础，即以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。但在施工过程中发现，由于围岩地质情况复杂多变，在岩体破碎区域，围岩自承能力较弱，特别是在断裂破碎带区域，围岩结构极不稳定，给隧道安全造成很大影响，目前在山岭隧道施工中普遍采用复合衬砌结构，即在隧道洞室上台阶开挖完成后，及时进行初衬施工，架设钢拱架并喷射混凝土，提高围岩稳定性。但由于洞室内空间及施工台车的限制以及施工工序的影响，初衬不能及时封闭成环，而且二衬的施工往往滞后于初衬，施工间隔一般达到70m以上。在初衬封闭成环之前，钢拱架端部一般采用锁脚锚杆进行加固，但在断裂破碎带内围岩较为破碎，锁脚锚杆的加固作用有限，而且注浆需要一段时间才可发挥锚固作用，因此在工程中时常会出现初衬崩塌事故，严重影响施工进度和工程安全。目前，为限制隧道收敛变形，一般采用两端分别铰接在隧道内壁上的横向支撑梁，该梁只能限制隧道两侧的挤压变形，无法为钢拱架提供向上的支撑力，有时在特殊情况如地震发生时，振动引起山岭隧道主结构体产生地震反应，有可能造成主体结构在强震中破坏，因此最大限度控制损失、增加安全系数和减少结构震动反应是山岭隧道建筑结构等系列工程当前需要解决的问题，这些不利因素对隧道洞口的施工安全提出了较大的挑战，由于目前公路隧道跨度越来越大，从以往的双车道隧道到目前的四车道隧道，隧道断面更趋向于扁平化，围岩变形难控制，设计施工技术较复杂。隧道初次衬砌的型钢拱架在隧道施工中起到了举足轻重的作用，其承担了初次衬砌未形成前的围岩压力，以及与初次衬砌混凝土形成型钢混凝土一起承担后续的围岩压力，随着隧道断面的扁平化，型钢拱架在施工过程中受力越来越复杂，拉力与压力交替变化的现象对山岭隧道建筑结构等系列工程施工安全提出了较大的挑战。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种限制隧道收敛变形的支撑结构体系，能最大限度地限制现有隧道结构收敛变形，能显著增加对隧道结构主体支撑稳定性，提升隧道结构顶部土体自承载能力和抗变形能力，不仅在地震等灾害情况发生时能控制损失和增加安全性能以及减小隧道结构地震反应，同时解决了现阶段为限制隧道收敛变形采用两端分别铰接在隧道内壁上的横向支撑梁只能限制隧道两侧挤压变形、无法提供向上支撑力的技术缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种限制隧道收敛变形的支撑结构体系，在整体结构的上方设置外支撑加强板，在外支撑加强板的内侧设置中部受力弯折连接支撑拱架，在中部受力弯折连接支撑拱架的内侧设置内支撑加强板，外支撑加强板、中部受力弯折连接支撑拱架和内支撑加强板的底端和承载支撑横基台座固定连接，在承载支撑横基台座的下方设置底部承载支撑柱，底部承载支撑柱的一端和地面固定，底部承载支撑柱的另一端和承载支撑横基台座的底部固定连接，在承载减震结构件的结构中设置连接安装板，同时设置内部辅支撑加固耗能板和内部主支撑加固耗能板，内部辅支撑加固耗能板和内部主支撑加固耗能板上的连接端和连接安装板固定连接，在承载减震结构件的结构中设置挤压耗能介质，在内部辅支撑加固耗能板和内部主支撑加固耗能板上设置若干内设消能孔结构，在相邻的内设消能孔结构之间设置内设消能肋结构，在内部辅支撑加固耗能板和内部主支撑加固耗能板的上下两端分别设置连接端，底部承载支撑柱和连接安装板固定连接，承载支撑横基台座和连接安装板固定连接，在外支撑加强板和中部受力弯折连接支撑拱架之间设置内置加固支撑连接板结构，内置加固支撑连接板结构是由内置加固支撑波峰板和内置加固支撑波谷板相互交替连接而成，设置若干连接穿杆穿过外支撑加强板和内置加固支撑波峰板并在两端采用加固螺母固定，设置若干连接穿杆穿过中部受力弯折连接支撑拱架和内置加固支撑波谷板并在两端采用加固螺母固定，在外支撑加强板和中部受力弯折连接支撑拱架之间设置填充支撑体，设置若干撑杆，其一端和内支撑加强板的外表面连接固定，另一端和支撑承载顶连接固定，并且支撑承载顶和中部受力弯折连接支撑拱架相互接触，在中部受力弯折连接支撑拱架和内支撑加强板之间设置消震设置层。
进一步地，挤压耗能介质采用橡胶材料制作而成。
进一步地，内部辅支撑加固耗能板、内部主支撑加固耗能板上的连接端和连接安装板采用焊接方式固定连接。
进一步地，内置加固支撑波峰板、内置加固支撑波谷板、内部辅支撑加固耗能板和内部主支撑加固耗能板采用低屈服点钢板制作而成。
进一步地，消震设置层采用泡沫铝材料制作而成。
进一步地，填充支撑体是由添加有聚乙烯醇或聚丙乳液的轻质混凝土制作而成，所述聚乙烯醇或聚丙乳液的添加量均是混凝土重量的3%。
进一步地，内置加固支撑波谷板和中部受力弯折连接支撑拱架中的中部支撑拱架连接单元板相切设置，连接穿杆穿过内置加固支撑波谷板和中部支撑拱架连接单元板的切点接触处。
进一步地，内置加固支撑波峰板和外支撑加强板的内表面相切设置，连接穿杆穿过内置加固支撑波峰板和外支撑加强板的切点接触处。
进一步地，中部受力弯折连接支撑拱架是由若干中部支撑拱架连接单元板连接而成，并在相邻的中部支撑拱架连接单元板之间设置中部支撑拱架受力折点。
进一步地，支撑承载顶和中部受力弯折连接支撑拱架的接触处为中部受力弯折连接支撑拱架中的中部支撑拱架受力折点。
本发明所具有的优点和有益效果是：
本发明限制隧道收敛变形的支撑结构体系能最大限度地限制现有隧道结构收敛变形，符合隧道结构安全技术领域发展需求，本发明能显著增加对隧道结构主体支撑稳定性，提升隧道结构顶部土体自承载能力和抗变形能力，其能承受较大变形，能对隧道顶松散土体进行高效支撑，保证施工进度安全高效合理，避免施工过程中坍塌等灾害情况发生，本发明方便快捷的同时安装、拆解更加方便，不影响车辆及其他机械设备进出，设置的外支撑加强板、中部受力弯折连接支撑拱架和内置加固支撑连接板结构能相互适应共同起到抗震支撑和消除震动效应作用，提高隧道结构主体抗震能力，不仅在地震等灾害情况发生时能控制损失和增加安全性能以及减小隧道结构地震反应，同时解决了现阶段为限制隧道收敛变形采用两端分别铰接在隧道内壁上的横向支撑梁只能限制隧道两侧挤压变形、无法提供向上支撑力的技术缺陷。
附图说明
下面结合附图对本发明中的限制隧道收敛变形的支撑结构体系作进一步说明：
图1为本发明限制隧道收敛变形的支撑结构体系侧面示意图；
图2为本发明中承载减震结构件示意图；
图3为本发明中内部辅支撑加固耗能板示意图；
图4为本发明中内部主支撑加固耗能板示意图；
图5为本发明中中部受力弯折连接支撑拱架示意图。
图中：1为外支撑加强板；2为中部受力弯折连接支撑拱架；3为中部支撑拱架连接单元板；4为中部支撑拱架受力折点；5为内支撑加强板；6为内置加固支撑连接板结构；7为内置加固支撑波峰板；8为内置加固支撑波谷板；9为承载支撑横基台座；10为底部承载支撑柱；11为安装铆钉；12为填充支撑体；13为消震设置层；14为承载减震结构件；15为连接穿杆；16为连接安装板；17为内部辅支撑加固耗能板；18为挤压耗能介质；19为内部主支撑加固耗能板；20为内设消能孔结构；21为内设消能肋结构；22为连接端；23为加固螺母；24为撑杆；25为支撑承载顶。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合附图及实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1：
如图1所示，本实施例一种限制隧道收敛变形的支撑结构体系，主要包括外支撑加强板1、中部受力弯折连接支撑拱架2、中部支撑拱架连接单元板3、中部支撑拱架受力折点4、内支撑加强板5、内置加固支撑连接板结构6、内置加固支撑波峰板7、内置加固支撑波谷板8、承载支撑横基台座9、底部承载支撑柱10、安装铆钉11、填充支撑体12、消震设置层13、承载减震结构件14、连接穿杆15、连接安装板16、内部辅支撑加固耗能板17、挤压耗能介质18、内部主支撑加固耗能板19、内设消能孔结构20、内设消能肋结构21、连接端22、加固螺母23、撑杆24和支撑承载顶25；
限制隧道收敛变形的支撑结构体系中，在整体结构的上方设置外支撑加强板1，在外支撑加强板1的内侧设置中部受力弯折连接支撑拱架2，在中部受力弯折连接支撑拱架2的内侧设置内支撑加强板5，外支撑加强板1、中部受力弯折连接支撑拱架2和内支撑加强板5的底端和承载支撑横基台座9固定连接，在承载支撑横基台座9的下方设置底部承载支撑柱10，底部承载支撑柱10的一端和地面固定，底部承载支撑柱10的另一端和承载支撑横基台座9的底部固定连接。如图2所示，在承载减震结构件14的结构中设置连接安装板16，同时设置内部辅支撑加固耗能板17和内部主支撑加固耗能板19。内部辅支撑加固耗能板17和内部主支撑加固耗能板19上的连接端22和连接安装板16固定连接，在承载减震结构件14的结构中设置挤压耗能介质18。如图3、4所示，在内部辅支撑加固耗能板17和内部主支撑加固耗能板19上设置若干内设消能孔结构20，在相邻的内设消能孔结构20和内设消能孔结构20之间设置内设消能肋结构21，在内部辅支撑加固耗能板17和内部主支撑加固耗能板19的上下两端分别设置连接端22，设置若干安装铆钉11对底部承载支撑柱10和连接安装板16固定连接，设置若干安装铆钉11对承载支撑横基台座9和连接安装板16固定连接。如图5所示，中部受力弯折连接支撑拱架2是由若干中部支撑拱架连接单元板3连接而成，并在相邻的中部支撑拱架连接单元板3和中部支撑拱架连接单元板3之间设置中部支撑拱架受力折点4，在外支撑加强板1和中部受力弯折连接支撑拱架2之间设置内置加固支撑连接板结构6，内置加固支撑连接板结构6是由内置加固支撑波峰板7和内置加固支撑波谷板8相互交替连接而成，设置若干连接穿杆15穿过外支撑加强板1和内置加固支撑波峰板7并在两端采用加固螺母23固定，设置若干连接穿杆15穿过中部受力弯折连接支撑拱架2和内置加固支撑波谷板8并在两端采用加固螺母23固定，在外支撑加强板1和中部受力弯折连接支撑拱架2之间设置填充支撑体12，设置若干撑杆24，其一端和内支撑加强板5的外表面连接固定，另一端和支撑承载顶25连接固定，并且支撑承载顶25和中部受力弯折连接支撑拱架2相互接触，在中部受力弯折连接支撑拱架2和内支撑加强板5之间设置消震设置层13。
挤压耗能介质18采用橡胶材料制作而成。
内部辅支撑加固耗能板17、内部主支撑加固耗能板19上的连接端22和连接安装板16采用焊接方式固定连接。
内置加固支撑波峰板7、内置加固支撑波谷板8、内部辅支撑加固耗能板17和内部主支撑加固耗能板19采用根据设计需求确定的低屈服点钢板制作而成。
消震设置层13采用泡沫铝材料制作而成。
填充支撑体(12)是由添加有聚乙烯醇的轻质混凝土制作而成，所述聚乙烯醇的添加量均是混凝土重量的3%。
内置加固支撑波谷板8和中部受力弯折连接支撑拱架2中的中部支撑拱架连接单元板3相切设置，连接穿杆15穿过内置加固支撑波谷板8和中部支撑拱架连接单元板3的切点接触处。
内置加固支撑波峰板7和外支撑加强板1的内表面相切设置，连接穿杆15穿过内置加固支撑波峰板7和外支撑加强板1的切点接触处。
支撑承载顶25和中部受力弯折连接支撑拱架2的接触处为中部受力弯折连接支撑拱架2中的中部支撑拱架受力折点4。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别仅在于填充支撑体的制作原料不同，在本实施例中填充支撑体(12)是由添加有聚丙乳液的轻质混凝土制作而成，所述聚丙乳液的添加量均是混凝土重量的3%。其余同实施例1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种限制隧道收敛变形的支撑结构体系，其特征在于：在整体结构的上方设置外支撑加强板(1)，在外支撑加强板(1)的内侧设置中部受力弯折连接支撑拱架(2)，在中部受力弯折连接支撑拱架(2)的内侧设置内支撑加强板(5)，外支撑加强板(1)、中部受力弯折连接支撑拱架(2)和内支撑加强板(5)的底端和承载支撑横基台座(9)固定连接，在承载支撑横基台座(9)的下方设置底部承载支撑柱(10)，底部承载支撑柱(10)的一端和地面固定，底部承载支撑柱(10)的另一端和承载支撑横基台座(9)的底部固定连接，在承载减震结构件(14)的结构中设置连接安装板(16)，同时设置内部辅支撑加固耗能板(17)和内部主支撑加固耗能板(19)，内部辅支撑加固耗能板(17)和内部主支撑加固耗能板(19)上的连接端(22)和连接安装板(16)固定连接，在承载减震结构件(14)的结构中设置挤压耗能介质(18)，在内部辅支撑加固耗能板(17)和内部主支撑加固耗能板(19)上设置若干内设消能孔结构(20)，在相邻的内设消能孔结构(20)之间设置内设消能肋结构(21)，在内部辅支撑加固耗能板(17)和内部主支撑加固耗能板(19)的上下两端分别设置连接端(22)，底部承载支撑柱(10)和连接安装板(16)固定连接，承载支撑横基台座(9)和连接安装板(16)固定连接，在外支撑加强板(1)和中部受力弯折连接支撑拱架(2)之间设置内置加固支撑连接板结构(6)，内置加固支撑连接板结构(6)是由内置加固支撑波峰板(7)和内置加固支撑波谷板(8)相互交替连接而成，设置若干连接穿杆(15)穿过外支撑加强板(1)和内置加固支撑波峰板(7)并在两端采用加固螺母(23)固定，设置若干连接穿杆(15)穿过中部受力弯折连接支撑拱架(2)和内置加固支撑波谷板(8)并在两端采用加固螺母(23)固定，在外支撑加强板(1)和中部受力弯折连接支撑拱架(2)之间设置填充支撑体(12)，设置若干撑杆(24)，其一端和内支撑加强板(5)的外表面连接固定，另一端和支撑承载顶(25)连接固定，并且支撑承载顶(25)和中部受力弯折连接支撑拱架(2)相互接触，在中部受力弯折连接支撑拱架(2)和内支撑加强板(5)之间设置消震设置层(13)；
内部辅支撑加固耗能板(17)、内部主支撑加固耗能板(19)上的连接端(22)和连接安装板(16)采用焊接方式固定连接；
内置加固支撑波峰板(7)、内置加固支撑波谷板(8)、内部辅支撑加固耗能板(17)和内部主支撑加固耗能板(19)采用低屈服点钢板制作而成；
填充支撑体(12)是由添加有聚乙烯醇或聚丙乳液的轻质混凝土制作而成，所述聚乙烯醇或聚丙乳液的添加量均是混凝土重量的3％；
内置加固支撑波谷板(8)和中部受力弯折连接支撑拱架(2)中的中部支撑拱架连接单元板(3)相切设置，连接穿杆(15)穿过内置加固支撑波谷板(8)和中部支撑拱架连接单元板(3)的切点接触处；
内置加固支撑波峰板(7)和外支撑加强板(1)的内表面相切设置，连接穿杆(15)穿过内置加固支撑波峰板(7)和外支撑加强板(1)的切点接触处；
中部受力弯折连接支撑拱架(2)是由若干中部支撑拱架连接单元板(3)连接而成，并在相邻的中部支撑拱架连接单元板(3)之间设置中部支撑拱架受力折点(4)；
支撑承载顶(25)和中部受力弯折连接支撑拱架(2)的接触处为中部受力弯折连接支撑拱架(2)中的中部支撑拱架受力折点(4)。
2.根据权利要求1所述的限制隧道收敛变形的支撑结构体系，其特征在于：所述挤压耗能介质(18)采用橡胶材料制作而成。
3.根据权利要求1所述的限制隧道收敛变形的支撑结构体系，其特征在于：所述消震设置层(13)采用泡沫铝材料制作而成。
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