CN113187519B - 一种控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法 - Google Patents

一种控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制隧道开挖围岩变形的可变预应力支护方法，包括设置对拱架施加预应力装置使拱架顶压在围岩体上。通过对拱架施加一定的预应力，使安装后的拱架与围岩体紧密贴合。在围岩变形初期，预应力施加装置柔性变形，随着围岩变形量的增加，拱架反作用于围岩的支护力逐渐增大；围岩变形达到设定值时，预应力施加装置由柔性变为刚性，使围岩最终变形量趋于恒定；本发明能减低围岩变形量，减小拱顶围岩最终施加在支护结构上的压力，提高支护结构的安全可靠性。

Description

一种控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法
技术领域
本发明涉及隧道支护技术领域，特别涉及一种控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法。
背景技术
隧道开挖过程中，掌子面拱顶围岩体受到较大的纵向应力，若没有对其进行支护，即容易形成坍塌。传统的支护拱架装置是刚性结构，其不能在初始状态就与拱顶围岩贴合，因此不能对拱顶围岩主动提供预应力支撑，而只能被动等待拱顶围岩变形到压在其上时，才能起到支撑作用；并且在拱顶围岩压在刚性支护拱架上时拱顶围岩作用力往往已经很大，而这容易造成支护拱架的破坏。而若是能在隧道围岩变形初期就能提供抵抗其变形的支撑力，则有利于降低围岩变形量，也能减小拱顶围岩最终施加在支护拱架上的压力，提高支护结构的安全可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法，以解决现有刚性支护拱架不能在隧道拱顶围岩变形初期提供良好支撑，不能预先提供支撑力以约束隧道围岩变形，而只能被动承受拱顶围岩变形压力，使得拱架最终承受的隧道围岩变形压力大，不利于拱架结构可靠性的技术问题。
本发明控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法，包括设置预应力施加装置对支撑围岩体的拱架施加推力，使拱架顶压在隧道围岩体上。
进一步，在隧道围岩体的变形量增大到设定的最大变形量之间，所述预应力施加装置随隧道围岩体变形量的增大而自适应变形，且预应力施加装置对拱架施加的推力随隧道围岩体变形量的增大而增大；
在隧道围岩体的变形量增大到设定的最大变形量时，所述预应力施加装置变形至刚性结构。
本发明的有益效果：
本发明控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法，其通过预应力施加装置对拱架施加推力，使拱架在初始状态即与隧道上部围岩紧密贴合，从而使拱架一开始就能提供抵抗拱顶围岩变形的支撑力，避免了现有拱架不能在初始状态与隧道顶部围岩贴合和不能主动对隧道围岩施加抵抗其变形的预压力的问题，通过一开始就主动提供抵挡围岩变形的支撑压力，而不是在围岩变形初期阶段放任围岩变形，如此可降低拱顶围岩体的最终变形量；并能更好的避免现有拱架可能因突然承受一个大变形冲击压力而损坏的风险。
同时由于预应力施加装置提供的预应力不是恒定的，而是能随围岩变形量的增加而自适应增大，使得预应力施加装置能很好的应对围岩变量增大的情况，进而良好的控制围岩变形量；并且在隧道围岩变形量达到设定的最大变形量时预应力施加装置变为刚性结构，能使围岩最终变形量趋于恒定。
本发明控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法因能降低围岩最终变形量，减小拱顶围岩最终施加在支护结构上的压力，因而能提高支护结构的安全可靠性。
附图说明
图1为隧道围岩体开挖完成后，可变预应力支护装置初始安装完毕后的示意图；
图2为插销拔下前压缩弹簧在套筒中的状态示意图；
图3为可变预应力支架在工作状态时的示意图；
图4为插销拔下后压缩弹簧在套筒中的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
本实施例中控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法，其包括在隧道两侧设置预应力施加装置1，通过预应力施加装置对支撑围岩体的拱架施加推力，使拱架顶压在隧道围岩体上。
本实施例中控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法，其通过预应力施加装置对拱架施加推力，从而实现拱架对拱顶围岩体施加抵抗其变形的支撑力，如此能降低围岩变形量，减小拱顶围岩最终施加在支护结构上的压力，能提高支护结构的安全可靠性。
作为对上述实施例的改进，所述在隧道围岩体的变形量增大到设定的最大变形量之间，所述预应力施加装置随隧道围岩体变形量的增大而自适应变形，且预应力施加装置对拱架施加的推力随隧道围岩体变形量的增大而增大。在隧道围岩体的变形量增大到设定的最大变形量时，所述预应力施加装置变形至刚性结构，本改进使得预应力施加装置提供的推力能更好的抵抗围岩体的变形，降低围岩体的变形量。
以上实施例中，所述预应力施加装置1包括套筒11和设置在套筒中的压缩弹簧12，所述套筒的侧面上设置有插孔13，所述插孔中插装有插销14，压缩弹簧的上端顶在插销上。当然在不同实施例中，预应力施加装置的结构还可采用其它形式，如可以采用高分子弹性材料、其它形式的弹簧、千斤顶等。采用本实施例中预应力施加装置1控制隧道开挖围岩体变形包括以下步骤：
1)在隧道中设置上部拱架2；
2)在隧道两侧设置预应力施加装置，使上部拱架的下端插在套筒中，在套筒下部焊接下部拱架3，并在隧道壁上设置锁脚锚杆4对下部拱架进行支撑固定；
3)拔下套筒上的插销使压缩弹簧的上端顶在上部拱架的下端上，通过压缩弹簧对上部拱架施加推力，从而使上部拱架顶压在隧道围岩体上；
4)在隧道下部设置仰拱拱架5，并将仰拱拱架的上端与下部拱架的下端焊接。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但这些等同技术方案也均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种控制隧道开挖围岩体变形的可变预应力支护方法，其特征在于：包括设置预应力施加装置对支撑围岩体的拱架施加推力，使拱架顶压在隧道围岩体上；
所述预应力施加装置包括套筒和设置在套筒中的压缩弹簧，所述套筒的侧面上设置有插孔，所述插孔中插装有插销，压缩弹簧的上端顶在插销上；在隧道中设置上部拱架，在隧道两侧设置预应力施加装置，使上部拱架的下端插在套筒中，在套筒下部焊接下部拱架，并在隧道壁上设置锁脚锚杆对下部拱架进行支撑固定；拔下套筒上的插销使压缩弹簧的上端顶在上部拱架的下端上，通过压缩弹簧对上部拱架施加推力，从而使上部拱架顶压在隧道围岩体上；在隧道下部设置仰拱拱架，并将仰拱拱架的上端与下部拱架的下端焊接；
通过预应力施加装置对拱架施加推力，使拱架在初始状态即与隧道上部围岩紧密贴合，从而使拱架一开始就主动提供抵抗拱顶围岩变形的支撑力；
在隧道围岩体的变形量增大到设定的最大变形量之前，所述预应力施加装置随隧道围岩体变形量的增大而自适应变形，且预应力施加装置对拱架施加的推力随隧道围岩体变形量的增大而增大；
在隧道围岩体的变形量增大到设定的最大变形量时，所述预应力施加装置变形至刚性结构。
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