CN112901231A - 一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，隧道包括隧道辅助洞室和隧道正洞，隧道辅助洞室的支护结构为喷锚式支护结构，隧道正洞的支护结构包括喷锚式支护结构和钢筋混凝土支护结构，所述喷锚式支护结构包括混凝土支护结构和锚杆，混凝土支护结构沿隧道轴向分布，锚杆的一端连接在隧道围岩中，锚杆的另一端连接在混凝土支护结构中，锚杆采用钢材制成。锚杆包括机械式预应力锚杆、化学式预应力锚杆和自进式锚杆，机械式预应力锚杆适用于一般地质区段和岩爆区段，化学式预应力锚杆适用于一般地质区段和高地应力软岩区段，自进式锚杆适用于岩体破碎、成孔性差的区段。还公开了该隧道支护结构的使用方法。
Description
技术领域
本发明属于隧道支护技术领域，具体涉及一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构及其使用方法。
背景技术
铁路隧道大多采用新奥法进行施工，隧道结构为初期支护和二次衬砌组成的二元支护体系。初期支护为主要的承载结构，紧跟掌子面进行施工，以对围岩进行及时有效的支护；二次衬砌主要作为隧道结构的承荷储备，根据隧道断面收敛等量测数据，在适当的时机进行施工。初期支护一般在喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护结构中进行选择，组成不同的支护形式。
在实际施工中初期支护采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护结构结合的形式进行支护，施工工艺繁琐，需消耗大量的拱架架立、钢筋绑扎和挂网时间，难以真正实现对围岩的及时支护，同时对于超前支护的重视不够，部分区段不具备良好的初期支护施作时机，导致初期支护施作效果较差，不能有效约束围岩的变形，致使围岩松动圈范围扩大，运营期隧道结构所受围岩压力较大，易出现衬砌开裂等病害，严重影响隧道的安全运营；基于以上问题，结构简单，能有效控制围岩变形，充分发挥围岩自承能力的隧道支护结构是现在所需要的。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种性能优越、有效控制围岩变形、充分发挥围岩自承能力的基于围岩变形主动控制的隧道支护结构；本发明还公开了一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构的使用方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，所述隧道包括隧道辅助洞室和隧道正洞，其特征在于：所述隧道辅助洞室的支护结构为喷锚式支护结构，隧道正洞的支护结构包括喷锚式支护结构和钢筋混凝土支护结构，所述喷锚式支护结构包括混凝土支护结构和锚杆，混凝土支护结构沿隧道轴向分布，锚杆的一端连接在隧道围岩中，锚杆的另一端连接在混凝土支护结构中。
进一步的，所述隧道支护结构还包括超前支护结构，超前支护结构为超前锚杆或超前支护结构为超前小导管或超前支护结构为超前钢管棚，超前锚杆的一端插接在掌子面前方的地层中，超前锚杆的另一端连接在掌子面上。
进一步的，所述超前小导管和超前管棚以一定外插角等间距分布在隧道掌子面外轮廓，超前小导管和超前管棚的一端插接在掌子面前方的隧道围岩中，超前小导管和超前管棚的另一端通过钢拱架连接在混凝土支护结构中。
进一步的，所述锚杆包括机械式预应力锚杆、化学式预应力锚杆和自进式锚杆，机械式预应力锚杆适用于一般地质区段和岩爆区段，化学式预应力锚杆适用于一般地质区段和高地应力软岩区段，自进式锚杆适用于岩体破碎、成孔性差的区段。
进一步的，所述机械式预应力锚杆包括涨壳式锚固头、杆体Ⅰ和垫板Ⅰ，杆体Ⅰ的一端与涨壳式锚固头连接，杆体Ⅰ的另一端与垫板Ⅰ连接，涨壳式锚固头连接在隧道围岩中，垫板Ⅰ连接在混凝土支护结构中。
进一步的，所述化学式预应力锚杆包括锚固端、杆体Ⅱ和垫板Ⅱ，锚固端与杆体Ⅱ连接，垫板Ⅱ连接在杆体Ⅱ的另一端，锚固端连接在隧道围岩中，垫板Ⅱ连接在混凝土支护结构中，杆体Ⅱ通过将锚固端中的树脂或水泥卷捅破浆液流出粘接在隧道围岩中。
进一步的，所述涨壳式锚固头包括冲转型涨壳式锚固头，冲转型涨壳式锚固头包括涨壳内楔Ⅰ和涨壳夹片Ⅰ，涨壳内楔Ⅰ的一端连接在杆体Ⅰ上，涨壳夹片Ⅰ连接在涨壳内楔Ⅰ的另一端。
进一步的，所述涨壳式锚固头还包括推拉型涨壳锚固头，所述推拉型涨壳锚固头包括涨壳内楔Ⅲ、涨壳夹片Ⅲ和U型卡，涨壳内楔Ⅲ的一端连接在杆体Ⅰ上，涨壳夹片Ⅲ连接在涨壳内楔Ⅲ的另一端，U型卡卡接在涨壳夹片Ⅲ的另一端的端部。
进一步的，所述自进式锚杆包括钻头、杆体Ⅲ和垫板Ⅲ，杆体Ⅲ的一端与钻头连接，杆体Ⅲ的另一端与垫板Ⅲ连接，钻头连接在隧道围岩中，垫板Ⅲ连接在混凝土支护结构中。
本发明还涉及一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构的使用方法，基于所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，所述使用方法包括：
a.在隧道辅助洞设置喷锚式支护结构，喷锚式支护结构包括混凝土支护结构和锚杆，锚杆一端与混凝土支护结构连接，锚杆另一端伸入到围岩中，混凝土支护结构为喷射纤维混凝土；对于有防水要求的区段，在混凝土支护结构中设置防水涂层；
b.锚杆包括杆体和锚固头或锚固端，杆体上涂覆有用于防腐的防护层；对于一般地质区段，杆体为精轧螺纹钢筋或低合金高强结构钢管；对于岩爆区段，杆体为精轧螺纹钢筋、低合金高强结构钢管或合金钢钢管；对于高地应力软岩区段，杆体为精轧螺纹钢筋、低合金高强结构钢管或高强预应力钢丝束；
c.对于一般地质区段和高地应力软岩区段，锚固端为快凝早强的树脂类药卷锚固剂或者早强型水泥基药卷锚固剂；对于岩爆区段，锚固头为涨壳式锚固头，涨壳式锚固头可分为推拉型和冲转型两类；对于岩体破碎、成孔性差的区段，锚固头为钻头；
d.在隧道辅助洞室洞掌子面和隧道正洞掌子面前方采取超前支护结构，超前支护结构为超前锚杆或超前小导管或超前钢管棚，超前锚杆的一端插接在掌子面前方的地层中，超前锚杆的另一端连接在掌子面上；超前小导管和超前管棚以一定外插角等间距分布在隧道掌子面外轮廓，超前小导管和超前管棚的一端插接在掌子面前方的隧道围岩中，超前小导管和超前管棚的另一端通过钢拱架连接在混凝土支护结构中；
e.对于隧道正洞，在喷锚式支护结构的基础上，在所述混凝土支护结构外侧覆盖有钢筋混凝土支护结构，钢筋混凝土支护结构由钢筋和模筑混凝土组成，钢筋外表面涂覆纳米渗锌层，纳米渗锌层的厚度为20-120μm；所述模筑混凝土为免振捣混凝土
采用本发明技术方案的优点为：
1、本发明针对隧道辅助洞室采用锚杆支护和喷射钢纤维混凝土相结合的形式作为永久隧道结构对围岩进行支护，以代替以往复合式衬砌中初支和二衬的联合支护；针对隧道正洞采用预应力锚杆支护和喷射钢纤维混凝土相结合的形式代替以往的“普通锚杆+喷射混凝土+钢筋网+钢拱架”的初支结构，采用高强耐腐蚀钢筋和免振捣混凝土相结合的形式代替以往“普通热轧钢筋+普通混凝土”的二衬结构。
2、本发明公开的支护结构采用预应力锚杆对围岩进行支护，能对围岩进行及时支护，有效控制围岩变形，提高围岩自承能力，且对于不同的围岩条件有对应的锚杆支护方案，进一步优化锚杆支护的效果。
3、本发明公开的支护结构重视超前支护，系统考虑超前支护和初期支护对于围岩变形主动控制的协同作用，通过控制隧道围岩预收敛和掌子面变形控制径向变形，为隧道围岩不良地质区段隧道初期支护施作创造条件。
4、本发明公开的支护结构施工简单快捷，施工人员安全风险低，综合造价下降，经济效益显著；对锚杆杆体和配件、钢筋进行纳米渗锌防腐处理，耐久性能优越，提高了隧道结构的整体寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明隧道辅助洞室支护结构示意图；
图2为本发明隧道正洞支护结构示意图；
图3为本发明冲转型涨壳式锚固头锚固前状态示意图；
图4为本发明冲转型涨壳式锚固头锚固后状态示意图；
图5为本发明推拉型涨壳锚固头锚固前状态示意图；
图6为本发明推拉型涨壳锚固头锚固后状态示意图；
图7为本发明机械式预应力锚杆结构示意图；
图8为本发明化学式预应力锚杆结构示意图；
图9为本发明自进式锚杆结构示意图；
图10为本发明超前管棚正面布置示意图；
图11为本发明超前管棚纵向布置示意图；
图12为本发明超前管棚纵中钢管结构示意图；
图13为本发明超前小导管正面布置示意图；
图14为本发明超前小导管纵向布置示意图；
图15为本发明超前小导管中钢管结构示意图；
图16为本发明超前锚杆正面布置示意图；
图17为本发明超前锚杆断面布置示意图。
上述图中的标记分别为：1、辅助洞室；2、隧道正洞；3、混凝土支护结构；4、锚杆。
具体实施方式
在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“平面方向”、“周向”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。
如图1至图17所示，一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，所述隧道包括隧道辅助洞室1和隧道正洞2，其特征在于：隧道辅助洞室1的支护结构为喷锚式支护结构，隧道正洞2的支护结构包括喷锚式支护结构和钢筋混凝土支护结构8，所述喷锚式支护结构包括混凝土支护结构3和锚杆4，混凝土支护结构3沿隧道轴向分布，锚杆4的一端连接在隧道围岩中，锚杆4的另一端连接在混凝土支护结构3中。
隧道支护结构还包括超前支护结构10，超前支护结构10为超前锚杆或超前支护结构10为超前小导管或超前支护结构10为超前钢管棚，超前锚杆的一端插接在掌子面前方的地层中，超前锚杆的另一端连接在掌子面上；超前小导管和超前管棚以一定外插角等间距分布在隧道掌子面外轮廓，超前小导管和超前管棚的一端插接在掌子面105前方的隧道围岩中，超前小导管和超前管棚的另一端通过钢拱架连接在混凝土支护结构3中。具体在使用时可根据实际情况选择使用超前锚杆或超前小导管或超前钢管棚的一个作为超前支护结构10即可，也可根据需要进行组合使用。
超前支护结构用在隧道辅助洞室1的支护结构和隧道正洞2的支护结构之前的提高隧道稳定性的结构，进而对施工人员进行保护，即在挖隧道的过程中作为临时支护结构或永久支护结构，防止在隧道未做初期支护时，隧道塌陷危及施工人员的安全，用于保护施工人员。
超前小导管和超前管棚包括钢拱架101和钢管102，钢管102倾斜连接在钢拱架101上，钢管102设有注浆孔103，在使用时钢管102远离钢拱架101的一端插接在在掌子面前方的隧道围岩中，从钢管102的另一端注浆，浆液会从注浆孔103流出，使钢管102与周围的围岩固结。超前小导管和超前管棚都是由带有梅花形分布的小孔的无缝钢管加工成的。两者的区别在于尺寸、支护参数等，例如直径、长度、在隧道中安装的角度、间距等。
具体的，超前小导管材质一般为无缝钢管，管壁按梅花形设置注浆孔，一般用于围岩自稳能力较差的区段以加固围岩；超前管棚一般选用80-180mm，壁厚4-8mmm的无缝钢管，管壁按梅花形设置注浆孔，一般用于围岩自稳能力极差的区段以加固围岩。
超前锚杆104包括玻璃纤维复合增强筋锚杆、玄武岩纤维复合增强筋锚杆，适用于掌子面围岩自稳能力较差的区段对于掌子面的支护。
对于隧道辅助洞室1，隧道高性能支护结构为喷锚式支护结构，包括混凝土支护结构，混凝土支护结构与隧道围岩之间通过多个锚杆相连接；混凝土支护结构沿隧道轴向分布，混凝土支护结构竖直截面呈环形；混凝土支护结构为喷射纤维混凝土，喷射纤维混凝土中掺加有钢纤维或非钢纤维。
对于有防水要求的区段，混凝土支护结构中还设置有防水涂层，防水涂层为丙烯酸盐防水涂料。
锚杆包括杆体和锚固头，杆体上涂覆有用于防腐的防护层；防护层包括涂覆在杆体上的纳米渗锌层。
对于一般地质区段，所述杆体为精轧螺纹钢筋或低合金高强结构钢管。
对于岩爆区段，所述杆体为精轧螺纹钢筋、低合金高强结构钢管或合金钢钢管。
对于高地应力软岩区段，所述杆体为精轧螺纹钢筋、低合金高强结构钢管或高强预应力钢丝束。
对于一般地质区段和高地应力软岩区段，所述锚固头为快凝早强的树脂类药卷锚固剂或者早强型水泥基药卷锚固剂。
对于岩爆区段，所述锚固头为涨壳式机械锚固头，可分为推拉型和冲转型两类。
锚杆4包括机械式预应力锚杆、化学式预应力锚杆和自进式锚杆，机械式预应力锚杆适用于一般地质区段和岩爆区段，化学式预应力锚杆一般为树脂卷预应力锚杆或快硬水泥卷预应力锚杆，适用于一般地质区段和高地应力软岩区段，自进式锚杆适用于岩体破碎、成孔性差的区段。
机械式预应力锚杆包括涨壳式锚固头51、杆体Ⅰ52和垫板Ⅰ53，杆体Ⅰ52的一端与涨壳式锚固头51连接，杆体Ⅰ52的另一端与垫板Ⅰ53连接，涨壳式锚固头51连接在隧道围岩中，垫板Ⅰ53连接在混凝土支护结构3中。杆体Ⅰ52上设有螺纹结构，杆体Ⅰ52上设有垫板Ⅰ53的一端还设有垫圈54和螺母Ⅰ55，垫圈54设置在垫板Ⅰ53和螺母Ⅰ55，垫板Ⅰ53和螺母Ⅰ55均套接在杆体Ⅰ52上，螺母Ⅰ55与杆体Ⅰ52上的螺纹配合对垫板Ⅰ53进行紧固。杆体Ⅰ52还套接有连接套Ⅰ56，当杆体Ⅰ52的长度不够时，需要增加杆体Ⅰ52，相邻杆体Ⅰ52之间通过连接套Ⅰ56连接。
杆体Ⅰ52可以为实心杆体也可为中空杆体，当杆体Ⅰ52为实心杆体时，杆体Ⅰ52仅起到杆体的作用，不具有注浆管道，不能向机械式预应力锚杆注浆，机械式预应力锚杆与隧道围岩之间没有浆液靠机械式预应力锚杆自身的机械结构连接在隧道围岩中。当杆体Ⅰ52为中空杆体时，杆体Ⅰ52既起到杆体的作用，也是注浆管道，从杆体Ⅰ52的尾部即靠近垫板Ⅰ53的一端注浆时，浆液会沿着中空杆体向靠近涨壳式锚固头51的一端流动，浆液从涨壳式锚固头51附近流出，然后沿着杆体Ⅰ52外侧向靠近垫板Ⅰ53的一端流动，浆液将杆体Ⅰ52包裹住，填满涨壳机械式预应力锚杆与隧道围岩之间的缝隙，然后固结硬化；浆液起到将杆体外表面与隧道围岩牢固粘结的作用。杆体Ⅰ52选择实心杆体还是选择中空杆体根据实际需求而定。
化学式预应力锚杆包括锚固端61、杆体Ⅱ62和垫板Ⅱ64，锚固端61与杆体Ⅱ62连接，垫板Ⅱ64连接在杆体Ⅱ62的另一端，锚固端61连接在隧道围岩中，垫板Ⅱ64连接在混凝土支护结构3中，螺母Ⅱ65与杆体Ⅱ62上的螺纹配合对垫板Ⅱ64进行紧固。杆体Ⅱ62通过将锚固端61中的树脂或水泥卷捅破粘接在隧道围岩中。快速锚固安装粘结型化学式预应力锚杆还包括连接器63，当杆体Ⅱ62的长度不够时，需要增加杆体Ⅱ62，相邻杆体Ⅱ62之间通过连接器63连接。
杆体Ⅱ62可以为实心杆体也可为中空杆体，当杆体Ⅱ62为实心杆体时，杆体Ⅱ62仅起到杆体的作用，不具有注浆管道，不能向化学式预应力锚杆注浆。当杆体Ⅱ62为中空杆体时，杆体Ⅱ62既起到杆体的作用，也是注浆管道，从杆体Ⅱ62的外露端即靠近螺母Ⅱ65的一端注浆时，浆液会沿着中空杆体向靠近连接器63的一端流动，浆液从杆体或连接器的小孔流出来，然后向回流动，充满杆体Ⅱ与锚杆钻孔之间的空间，最后固结硬化；浆液起到将杆体外表面与锚杆孔壁牢固粘结的作用。实际上，化学式锚杆就是一根实心或中空的杆体插进锚固端，最前端被树脂卷或水泥卷粘在孔壁上，其余部分杆体被注浆包裹住。连接器63连接的都是金属杆体，根据锚杆总长来确定是否需要连接器，根据是否需要注浆来确定连接器63上是否设出浆孔。
涨壳式锚固头51包括冲转型涨壳式锚固头，冲转型涨壳式锚固头包括涨壳内楔Ⅰ511和涨壳夹片Ⅰ512，涨壳内楔Ⅰ511的一端连接在杆体Ⅰ52上，涨壳夹片Ⅰ512连接在涨壳内楔Ⅰ511的另一端。涨壳内楔Ⅰ511和涨壳夹片Ⅰ512之间通过卡扣形式连接。
涨壳式锚固头51还包括推拉型涨壳锚固头，所述推拉型涨壳锚固头包括涨壳内楔Ⅲ517、涨壳夹片Ⅲ518和U型卡519，涨壳内楔Ⅲ517的一端连接在中空杆体52上，涨壳夹片Ⅲ518连接在涨壳内楔Ⅲ517的另一端，U型卡519卡接在涨壳夹片Ⅲ518的另一端的端部。
自进式锚杆包括钻头91、杆体Ⅲ92和垫板Ⅲ93，杆体Ⅲ92的一端与钻头91连接，杆体Ⅲ92的另一端与垫板Ⅲ93连接，钻头91连接在隧道围岩中，垫板Ⅲ93连接在混凝土支护结构3中。杆体Ⅲ92上设有螺纹结构，杆体Ⅲ92上设有垫板Ⅲ93的一端还设有垫圈Ⅲ94和螺母Ⅲ95，垫圈Ⅲ94设置在垫板Ⅲ93和螺母Ⅲ95之间，垫板Ⅲ93和螺母Ⅲ95均套接在杆体Ⅲ92上，螺母Ⅲ95与杆体Ⅲ92上的螺纹配合对垫板Ⅲ93进行紧固。自进式锚杆还包括连接套Ⅱ94，当杆体Ⅲ92的长度不够时，需要增加杆体Ⅲ92，相邻杆体Ⅲ92之间通过连接套Ⅱ94连接。钻头使锚杆本身具备造孔钻杆功能，杆体Ⅲ92采用中空杆体时，中空杆体既是受力构件，也是注浆通道；自进式锚杆同时具备造孔、注浆和锚固功能。
对于隧道正洞2，在喷锚式支护结构的基础上，在混凝土支护结构外侧覆盖有钢筋混凝土支护结构8，钢筋混凝土支护结构8由钢筋和模筑混凝土组成，钢筋外表面涂覆纳米渗锌层，纳米渗锌层的厚度为20-120μm，模筑混凝土为免振捣混凝土。优选的，锚杆为预应力锚杆。钢筋混凝土支护结构8沿隧道轴向分布，钢筋混凝土支护结构8竖直截面呈环形。
基于上述一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，本发明还涉及一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构的使用方法，所述使用方法包括：
a.在隧道辅助洞设置喷锚式支护结构，喷锚式支护结构包括混凝土支护结构和锚杆，锚杆一端与混凝土支护结构连接，锚杆另一端伸入到围岩中，混凝土支护结构为喷射纤维混凝土；对于有防水要求的区段，在混凝土支护结构中设置防水涂层；
b.锚杆包括杆体和锚固头或锚固端，杆体上涂覆有用于防腐的防护层；对于一般地质区段，杆体为精轧螺纹钢筋或低合金高强结构钢管；对于岩爆区段，杆体为精轧螺纹钢筋、低合金高强结构钢管或合金钢钢管；对于高地应力软岩区段，杆体为精轧螺纹钢筋、低合金高强结构钢管或高强预应力钢丝束；
c.对于一般地质区段和高地应力软岩区段，锚固端为快凝早强的树脂类药卷锚固剂或者早强型水泥基药卷锚固剂；对于岩爆区段，锚固头为涨壳式锚固头，涨壳式锚固头可分为推拉型和冲转型两类；对于岩体破碎、成孔性差的区段，锚固头为钻头；
d.在隧道辅助洞室掌子面前方采取超前支护结构，超前支护结构为超前锚杆或超前小导管或超前钢管棚，超前锚杆的一端插接在掌子面前方的地层中，超前锚杆的另一端连接在掌子面上；超前小导管和超前管棚以一定外插角等间距分布在隧道掌子面外轮廓，超前小导管和超前管棚的一端插接在掌子面前方的隧道围岩中，超前小导管和超前管棚的另一端通过钢拱架连接在混凝土支护结构3中，中间由另外的钢拱架作为支点；
e.对于隧道正洞，在喷锚式支护结构的基础上，在所述混凝土支护结构外侧覆盖有钢筋混凝土支护结构，钢筋混凝土支护结构由钢筋和模筑混凝土组成，钢筋外表面涂覆纳米渗锌层，纳米渗锌层的厚度为20-120μm；所述模筑混凝土为免振捣混凝土。
本发明针对隧道辅助洞室采用锚杆支护和喷射钢纤维混凝土相结合的形式作为永久隧道结构对围岩进行支护，以代替以往复合式衬砌中初支和二衬的联合支护；针对隧道正洞采用预应力锚杆支护和喷射钢纤维混凝土相结合的形式代替以往的“普通锚杆+喷射混凝土+钢筋网+钢拱架”的初支结构，采用高强耐腐蚀钢筋和免振捣混凝土相结合的形式代替以往“普通热轧钢筋+普通混凝土”的二衬结构；同时本发明公开的支护结构采用预应力锚杆对围岩进行支护，能对围岩进行及时支护，有效控制围岩变形，提高围岩自承能力，且对于不同的围岩条件有对应的锚杆支护方案，进一步优化锚杆支护的效果；同时本发明公开的超前支护措施能控制隧道围岩的预收敛变形和掌子面变形，将超前核心土作为控制围岩径向变形的手段，为不良地质区段初期支护施作创造了条件。
本发明公开的支护结构施工简单快捷，施工人员安全风险低，综合造价下降，经济效益显著；对锚杆杆体和配件、钢筋进行纳米渗锌防腐处理，耐久性能优越，提高了隧道结构的整体寿命。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，所述隧道包括隧道辅助洞室(1)和隧道正洞(2)，其特征在于：所述隧道辅助洞室(1)的支护结构为喷锚式支护结构，隧道正洞(2)的支护结构包括喷锚式支护结构和钢筋混凝土支护结构(8)，所述喷锚式支护结构包括混凝土支护结构(3)和锚杆(4)，混凝土支护结构(3)沿隧道轴向分布，锚杆(4)的一端连接在隧道围岩中，锚杆(4)的另一端连接在混凝土支护结构(3)中。
2.如权利要求1所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，其特征在于：所述隧道支护结构还包括超前支护结构(10)，超前支护结构(10)为超前锚杆或超前支护结构(10)为超前小导管或超前支护结构(10)为超前钢管棚，超前锚杆的一端插接在掌子面前方的地层中，超前锚杆的另一端连接在掌子面上；
3.如权利要求2所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，其特征在于：所述超前小导管和超前管棚以一定外插角等间距分布在隧道掌子面外轮廓，超前小导管和超前管棚的一端插接在掌子面前方的隧道围岩中，超前小导管和超前管棚的另一端通过钢拱架连接在混凝土支护结构(3)中。
4.如权利要求2或3所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，其特征在于：所述锚杆(4)包括机械式预应力锚杆、化学式预应力锚杆和自进式锚杆，机械式预应力锚杆适用于一般地质区段和岩爆区段，化学式预应力锚杆适用于一般地质区段和高地应力软岩区段，自进式锚杆适用于岩体破碎、成孔性差的区段。
5.如权利要求4所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，其特征在于：所述机械式预应力锚杆包括涨壳式锚固头(51)、杆体Ⅰ(52)和垫板Ⅰ(53)，杆体Ⅰ(52)的一端与涨壳式锚固头(51)连接，杆体Ⅰ(52)的另一端与垫板Ⅰ(53)连接，涨壳式锚固头(51)连接在隧道围岩中，垫板Ⅰ(53)连接在混凝土支护结构(3)中。
6.如权利要求4所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，其特征在于：所述化学式预应力锚杆包锚固端(61)、杆体Ⅱ(62)和垫板Ⅱ(64)，锚固端(61)与杆体Ⅱ(62)连接，垫板Ⅱ(64)连接在杆体Ⅱ(62)的另一端，锚固端(61)连接在隧道围岩中，垫板Ⅱ(64)连接在混凝土支护结构(3)中，杆体Ⅱ(62)通过将锚固端(61)中的树脂或水泥卷捅破浆液流出粘接在隧道围岩中。
7.如权利要求5所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，其特征在于：所述涨壳式锚固头(51)包括冲转型涨壳式锚固头，冲转型涨壳式锚固头包括涨壳内楔Ⅰ(511)和涨壳夹片Ⅰ(512)，涨壳内楔Ⅰ(511)的一端连接在杆体Ⅰ(52)上，涨壳夹片Ⅰ(512)连接在涨壳内楔Ⅰ(511)的另一端。
8.如权利要求5所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，其特征在于：所述涨壳式锚固头(51)还包括推拉型涨壳锚固头，所述推拉型涨壳锚固头包括涨壳内楔Ⅲ(517)、涨壳夹片Ⅲ(518)和U型卡(519)，涨壳内楔Ⅲ(517)的一端连接在杆体Ⅰ(52)上，涨壳夹片Ⅲ(518)连接在涨壳内楔Ⅲ(517)的另一端，U型卡(519)卡接在涨壳夹片Ⅲ(518)的另一端的端部。
9.如权利要求4所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，其特征在于：所述自进式锚杆包括钻头(91)、杆体Ⅲ(92)和垫板Ⅲ(93)，杆体Ⅲ(92)的一端与钻头(91)连接，杆体Ⅲ(92)的另一端与垫板Ⅲ(93)连接，钻头(91)连接在隧道围岩中，垫板Ⅲ(93)连接在混凝土支护结构(3)中。
10.一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构的使用方法，其特征在于：基于权利要求1至9任意一项所述的一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，所述使用方法包括：
a.在隧道辅助洞设置喷锚式支护结构，喷锚式支护结构包括混凝土支护结构和锚杆，锚杆一端与混凝土支护结构连接，锚杆另一端伸入到围岩中，混凝土支护结构为喷射纤维混凝土；对于有防水要求的区段，在混凝土支护结构中设置防水涂层；
b.锚杆包括杆体和锚固头或锚固端，杆体上涂覆有用于防腐的防护层；对于一般地质区段，杆体为精轧螺纹钢筋或低合金高强结构钢管；对于岩爆区段，杆体为精轧螺纹钢筋、低合金高强结构钢管或合金钢钢管；对于高地应力软岩区段，杆体为精轧螺纹钢筋、低合金高强结构钢管或高强预应力钢丝束；
c.对于一般地质区段和高地应力软岩区段，锚固端为快凝早强的树脂类药卷锚固剂或者早强型水泥基药卷锚固剂；对于岩爆区段，锚固头为涨壳式锚固头，涨壳式锚固头可分为推拉型和冲转型两类；对于岩体破碎、成孔性差的区段，锚固头为钻头；
d.在隧道辅助洞室洞掌子面前方采取超前支护结构，超前支护结构为超前锚杆或超前小导管或超前钢管棚，超前锚杆的一端插接在掌子面前方的地层中，超前锚杆的另一端连接在掌子面上；超前小导管和超前管棚以一定外插角等间距分布在隧道掌子面外轮廓，超前小导管和超前管棚的一端插接在掌子面前方的隧道围岩中，超前小导管和超前管棚的另一端通过钢拱架连接在混凝土支护结构(3)中；
e.对于隧道正洞，在喷锚式支护结构的基础上，在所述混凝土支护结构外侧覆盖有钢筋混凝土支护结构，钢筋混凝土支护结构由钢筋和模筑混凝土组成，钢筋外表面涂覆纳米渗锌层，纳米渗锌层的厚度为20-120μm；所述模筑混凝土为免振捣混凝土。
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