CN112282799A - 一种支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构与施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构,隶属于隧道施工领域。所述初期支护结构由钢格栅以及锚杆‑阻尼器一体化结构组成。所述锚杆‑阻尼器一体化结构包括限阻钢板及锚杆支护。所述阻尼器由上下两个连接板、加劲肋及限阻钢板组成,所述限阻钢板中心位置预留锚固孔洞,布设在两个连接板之间,平行于围岩布设。所述初期支护结构实现了对深埋软岩大变形隧道主被动联合支护,允许围岩产生一定的形变量,释放隧道围岩径向与环向应力。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程领域,具体涉及一种提供主被动支护的支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构与施工方法。
背景技术
随着我国大力发展基建事业,我国隧道建设处于高速发展时期,越来越多的新建隧道需要穿越复杂地质,这一过程中涉及大量围岩稳定性问题。隧道经过原岩高应力或极高应力、围岩破碎、抗压强度低等复杂地质条件,开挖时围岩自稳能力差或基本无自稳能力,隧道围岩的沉降量和收敛变形量较大且持续时间较长,围岩不断的大变形导致支护结构的承载力不断增加,引发隧道一系列的安全问题。表现为隧道围岩持续变形量大,初期支护混凝土剥裂、掉块、压缩,钢架扭曲,造成施工安全风险高、难度大,施工进度缓慢。
目前,穿越复杂地质,遇到大变形时,传统的支护理念为“大刚度、强支护”,一般采用在破坏处铺设锚杆、背后注浆、拆换初期支护等方法解决问题,在施工处加强支护参数等,在易破坏处施加油压千斤顶。但实践证明,单纯增加支护强度并不能有效治理大变形问题,一味增加支护强度的被动支护方式未能彻底解决大变形问题,主要原因为围岩变形带来的压力主要施加在初期支护上,一味增加支护强度的被动支护方式,很难抵抗围岩带来的支护压力。
随着“抗放结合”支护结构的兴起,主要有恒阻大变形锚杆和可伸缩钢架。其主要应用于矿山巷道,不适用于隧道工程,原因为这两种支护结构为独立的支护体系,而隧道施工过程中需要喷射混凝土,混凝土结构可变性能力有限,一旦初期支护形成,两种支护结构将失去建设意义。
发明内容
本发明目的是提供一种利用锚杆提供主动支护,钢格栅提供被动支护,限阻钢板产生形变,实现隧道径向与环向压力释放的一种支锚一体限阻耗能隧道初期支护结构与施工方法。在隧道施工过程中,本发明能够对隧道产生变形时,允许围岩变形,将环向压力释放的同时有减缓作用;而且,围岩对支护结构的力主要为径向受力,本发明能够有效抵御隧道径向压力,在此同时发挥锚杆作为支护结构的悬吊作用、挤压加固作用以及组合拱作用。实现支护阻力阻尼器与锚杆支护相结合,拟解决高地应力、软弱围岩等不良地质带来的施工开挖支护等问题,解决隧道大变形初期支护因受力而破裂等实际施工问题。
为解决上述问题,本发明针对现有技术不足,采用以下技术方案:本发明一方面提出限制支护阻力阻尼器,实现隧道在阻尼器支撑系下,阻尼器受到挤压变形,释放隧道压力,减缓钢格栅或格栅支护结构轴向受压;另一方面在阻尼器基础上与隧道锚杆支护相结合,实现在大变形隧道中支锚一体化限阻耗能初期支护结构,锚杆能有效抵御隧道径向压力同时提供主动支护作用,实现隧道的径向和环向的应力释放,使其能够更好的应用于现场施工。
一种支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构由钢格栅与锚杆-阻尼器一体化结构组成。
所述锚杆-阻尼器一体化结构由锚杆支护结构及阻尼器组成。
所述阻尼器包括上、下两个连接板、限阻钢板以及加劲肋。
所述连接板分为上、下两个,两个连接板正对设置,连接板尺寸需根据拱架结构尺寸设置。
所述限阻钢板位于上下两个连接板之间,限阻钢板法线与锚杆方向一致,所需限阻钢板尺寸需根据不同隧道地质条件结合室内试验确定。
所述限阻钢板中心位置为锚杆锚固预留孔洞。
所述锚杆或锚索支护包括锚杆或锚索(4)、垫板(6)、螺栓(7)、止浆塞(8)、联结套(9)。
所述锚杆支护位于限阻钢板中心位置,与限阻钢板垂直,锚杆或锚索参数需根据不同隧道地质条件结合理论分析及室内试验确定。
所述加劲肋与连接板焊接,位于限阻钢板两侧,与限阻钢板垂直分布,施加加劲肋个数大于4个,具体个数及加劲肋尺寸需根据不同隧道地质条件结合室内试验确定。
所述支护结构中的阻尼器为轴向阻尼器,所述轴向阻尼器的限阻钢板为变形方向的轴向上;所述支护结构由阻尼器和钢格栅或者钢拱架组成,阻尼器与格栅通过螺栓紧固连接为一体,分别位于隧道变形量大的位置,即隧道两邦与拱顶处,呈对称分布。
所述支护结构前后榀钢格栅可由阻尼器相连接,前后两榀限阻器的上下连接钢板处用钢筋或钢板帮焊连接,使各榀限阻器在隧道纵向上连接成一条纵梁。
施工步骤如下:1.预制所述初期支护结构,严格按照技术交底及设计要求尺寸进行加工,检查连接板孔洞、弧度等是否符合要求。
2.对施工隧道进行开挖。
3.对隧道开挖面进行初喷混凝土,隧道内壁进行防掉渣处理。
4.布设钢格栅,钢格栅采用分段安装,各段之间采用螺栓连接,所述格栅钢架在受力最大或最易破坏处形成容纳间隔。
5.将所述阻尼器布置间隔内,通过螺栓用L型连接。所述阻尼器的连接板与限阻钢板采用双面焊接,为确保稳定,焊缝厚度不小于4mm。
6.在限阻钢板预留孔洞处布设所述锚杆,通过锚杆钻机在预留孔洞处向围岩钻孔,孔径与孔深需严格遵守设计要求,孔深偏差不大于50mm。
7.对锚杆孔内部进行清空操作,对锚杆孔进行高压风加水进行清洗,将内部石屑、岩粉、积水等清理干净。
8.将锚杆沿着预留孔洞打入围岩,利用砂浆泵向锚杆孔注入提前调配好的水泥砂浆,完成后利用木楔在锚杆孔封堵,防止砂浆溢出和锚杆从孔内滑出;布设锚杆时可提前根据围岩强度施加预应力。
9向所述拱架喷射混凝土。
本发明的有益效果体现在:1.本发明提供了一种将阻尼器与锚杆支护及钢格栅支护相结合的支锚一体化限阻耗能大变形隧道初期支护结构。
2.本发明将锚杆或锚索支护与阻尼器及格栅支护相结合,锚杆或锚索支护能够减缓围岩径向压力,在保障变形量的同时,充分发挥支护结构性能,保证支护结构更安全。
3.本发明施工简单,只需将阻尼器与格栅支护用螺栓拼接后,进行钢格栅结构的施工,阻尼器预留孔处进行锚杆或锚索支护施工;施工完成后便可进行混凝土喷射,完成隧道的初期支护。
4.本发明相对于其他结构而言,通过阻尼器释放能量和结构内力,可有效解决隧道大变形造成初期支护发生变形破坏问题。而且,阻尼器可根据隧道受力情况提供足够的变形量,又能提供足够的有效支护力,在锚杆或锚索支护的作用下,可以更好的保障结构的稳定性与安全性。
5.本发明有着广泛的实用性。可针对不同的软弱围岩条件、隧道断面,适应不同的支护形式,根据受力情况、应力条件等现场参数分析,选择不同位置、不同参数、不同形式的阻尼器进行支护。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明新型支锚一体化支护结构连接状态示意图。
附图标记说明。
1-上连接钢板;2-下连接钢板;3-限阻钢板;4-锚杆或锚索;5-加劲肋;6-拱形垫层;7-螺栓;8-止浆塞;9-联结套;10-上连接接头;11-下连接接头;12-上连接钢筋;13-下连接钢筋;14-格栅钢架。
具体实施方式
以下通过实例来详细说明本发明的技术方案,以下的实施仅仅是示例性的,仅能用来解释和说明发明的技术方案,而不能解释为本发明技术方案的限制。
在复杂地质条件下(如软弱围岩、破碎围岩地层)进行隧道开挖时,容易产生掌子面坍塌和初期结构大变形等情况。为解决上述问题,我们往往从提高支护结构强度等方面考虑问题。但是,事实上,围岩压力和围岩变形往往是非常大的,仅靠改变支护强度、支护参数等没有从根本上解决问题。我们将从允许结构发生变形的角度出发,利用钢结构材料达到峰值时发行形变的性能,拟解决隧道大变形问题。
一种支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构,按照说明书要求进行制作。支护结构尺寸根据现场隧道围岩内力情况,结合室内试验进行确定。
本实例中,采用支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构后,通过钢板型阻尼器进行纵向连接的多榀格栅钢拱架对隧道进行初期支护后,结构的强度满足实际要求,有足够的强度与刚度,结构稳定。
与此同时,通过钢板型阻尼器能够释放压力与结构内力,能够有效解决大变形隧道初期支护破坏问题。锚杆或锚索支护能够发挥支护作用的同时,通过检测,能够有效抵御隧道围岩径向压力,充分发挥锚杆抗拉性能。与未设置阻尼器相比,能够有效减缓和解决大变形隧道初期支护破坏问题。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构,其特征在于:包括多榀对软弱围岩、破碎围岩隧道进行支护的钢格栅与锚杆-阻尼器一体化结构;所述钢格栅在受力最大处即隧道两邦及拱顶处放置锚杆-阻尼器一体化结构,结构呈对称布置;所述锚杆-阻尼器一体化结构其特征在于:所述结构由锚杆支护与阻尼器组成,包括1-上连接钢板;2-下连接钢板;3-限阻钢板;4-锚杆;5-加劲肋;6-垫板;7-螺栓;8-止浆塞;9-联结套;所述阻尼器包括两个连接板、加劲肋、限阻钢板;所述两个连接板(1、2)正对设置;所述限阻钢板(3)位于所述两个连接板(1、2)之间,方向与围岩平行;且在限阻钢板中心处布设锚杆锚固孔洞;
所述锚杆通过螺栓与阻尼器连接,布设于限阻钢板中心位置。
2.一种包括权利要求1所述一种支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构施工方法,其特征在于:所述支护结构中的所述锚杆-阻尼器一体化结构变形方向在隧道径向上;一种支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构施工步骤如下:
1、预制所述初期支护结构,严格按照技术交底及设计要求尺寸进行加工,检查连接板孔洞、弧度等是否符合要求;
2、对施工隧道进行开挖;
3、对隧道开挖面进行初喷混凝土,隧道内壁进行防掉渣处理;
4、布设钢格栅,钢格栅采用分段安装,各段之间采用螺栓连接,所述格栅钢架在受力最大或最易破坏处形成容纳间隔;
5、将所述阻尼器布置间隔内,通过螺栓用L型连接;
6、所述阻尼器的连接板与限阻钢板采用双面焊接,为确保稳定,焊缝厚度不小于4mm;
7、在限阻钢板预留孔洞处布设所述锚杆,通过锚杆钻机在预留孔洞处向围岩钻孔,孔径与孔深需严格遵守设计要求,孔深偏差不大于50mm,对锚杆孔内部进行清空操作,对锚杆孔进行高压风加水进行清洗,将内部石屑、岩粉、积水等清理干净;
8、将锚杆沿着预留孔洞打入围岩,利用砂浆泵向锚杆孔注入提前调配好的水泥砂浆,完成后利用木楔在锚杆孔封堵,防止砂浆溢出和锚杆从孔内滑出;布设锚杆时可提前根据围岩强度施加预应力;
9、向所述拱架喷射混凝土。
3.如权利要求书1所述,架设所述钢格栅用所述锚杆-阻尼器一体化结构连接,所述钢架与所述锚杆-阻尼器一体化结构沿隧道内壁围成环向支撑结构。
4.如权利要求1所述,所述锚杆-阻尼器一体化结构中阻尼器上连接板和下连接板与钢格栅连接,接头采用L接头;所述锚杆-阻尼器一体化结构在限阻器上下两个连接板上布设加劲肋,加劲肋参数由围岩压力及室内试验确定,呈对称分布。
5.如权利要求1所述,每榀钢格栅均包含若干个所述锚杆-阻尼器一体化结构,结构个数需根据隧道地质条件、受力情况以及室内试验进行分析,最终确定个数,呈对称分布。
6.如权利要求1所述,所述锚杆-阻尼器一体化结构由阻尼器与锚杆支护组成,锚杆支护穿过所述阻尼器限阻钢板打在隧道围岩上并喷射混凝土;所述锚杆支护由锚杆或锚索(4)、垫板(6)、螺栓(7)、止浆塞(8)、联结套(9)组成,锚杆或锚索穿过阻尼器后通过螺栓固定;所述锚杆-阻尼器一体化结构中锚杆参数由现场实际情况结合室内试验确定。
7.如权利要求1所述,所述锚杆-阻尼器一体化结构中限阻钢板(3)与上连接板(1)、下连接板(2)焊接,限阻钢板平行于围岩布设,阻尼器尺寸由现场实际参数及室内试验确定。
8.如权利要求1所述,一种支锚一体限阻耗能大变形隧道初期支护结构在隧道纵向布设时由多个所述初期支护组成;每两个拱架之间由多个锚杆-阻尼器一体化结构均匀分布,布设个数根据不同隧道地质条件结合室内试验、理论分析最终确定;两个锚杆-阻尼器一体化结构之间由钢板焊接而成。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210129 |
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