CN113605931B - 一种土层界面城市隧道穿越加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道工程技术领域，尤其涉及一种土层界面城市隧道穿越加固结构及其施工方法，该加固结构包括：永久承载结构，沿隧道的长度方向布设，其由若干组依次连接的隧道管片环组成，并成形在隧道的内壁上，用于对隧道内壁进行支撑；隧道管片环包括：内管片，为弧形结构，其具有多片，在各内管片拼接后形成一个环状结构；外管片，为弧形结构，其与内管片的数量一致，并设置于隧道内壁上；以及锚杆，具有多个，用于将对应的内管片和外管片相连，锚杆一端穿过外管片后，插入到隧道内壁的围岩内，另一端设置于内管片上。通过锚杆将内管片、外管片相连，并通过锚杆上注浆成型的加固体来加强围岩的强度。

Description

一种土层界面城市隧道穿越加固结构及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，尤其涉及一种土层界面城市隧道穿越加固结构及其施工方法。

背景技术

随着我国对交通营运的要求日益增长，轨道交通越来越体现出其重要性，其每年完成的旅客周转量占全社会旅客周转量的1/3以上，完成货物周转量占全社会货物周转量的55％以上，在城市中地铁更是缓解城市交通压力的最有效的交通工具。

隧道是轨道交通的重要通道，目前有明挖法、盖挖法、盾构法、浅埋暗挖法、钻爆法以及沉管法等等。对于盾构法施工，是以盾构施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构，钢筒的前端设置支撑和开挖土体的装置，中段安装顶进所需的千斤顶，尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装或现浇一环衬砌。对于一些土地含水率比较大的区域的城市，在区域开挖隧道后，由于隧道的岩壁的蠕变、地下水的变化、施工扰动等一些不确定的特殊因素会对地层产生变形影响，进而导致安装在不同位置的隧道内壁上的盾构管片所承受的围岩压力也往往不同。

公告号为CN 103206225 B的中国发明专利，其公开了一种盾构管片，包括顶片、底片和中部油缸，顶片与底片之间通过至少两排中部油缸连接，中部油缸的前油腔与后油腔之间通过油路连通，且油路上设置有压力控制阀。在隧道围岩收敛变形后，通过将顶片也跟随围岩一起移动，从而降低底片的压力，达到抗压的目的。在实际施工过程中发现，该管片的受力点不均匀，在隧道围岩发生变形后，会使得部分的管片受力加大，另一部分受力较小，长时间后，会影响管片寿命。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种土层界面城市隧道穿越加固结构及其施工方法，对于部分地区隧道围岩存在强度较弱的问题，例如，河道，可通过该加固结构，来保证隧道的稳定性。

有鉴于此，本发明提供一种土层界面城市隧道穿越加固结构，其中，包括：永久承载结构，沿隧道的长度方向布设，其由若干组依次连接的隧道管片环组成，并成形在隧道的内壁上，用于对隧道内壁进行支撑；

其中，隧道管片环包括：内管片，为弧形结构，其具有多片，在各内管片拼接后形成一个环状结构；外管片，为弧形结构，其与内管片的数量一致，并设置于隧道内壁上，以及锚杆，具有多个，用于将对应的内管片和外管片相连，锚杆一端穿过外管片后，插入到隧道内壁的围岩内，另一端设置于内管片上；其中，锚杆插入到隧道内壁上的围岩的部分，在注浆后形成注浆加固体。

在本技术方案中，为能够提高隧道内壁围岩的强度及内管片、外管片的受力强度，对此设置有锚杆，通过锚杆将内管片、外管片相连，并通过锚杆上注浆成型的加固体来加强围岩的强度。

在上述技术方案中，进一步的，内管片的内壁上开设有锚具槽口，锚具槽口内开设有供锚杆的插入端穿过的插孔，锚杆位于内管片的一端由设置于锚具槽口内的锚固装置固定；

锚杆包括：圆盘座，圆盘座上开设有注浆管孔以及第一钢绞线孔，注浆管孔位于中部，第一钢绞线孔环绕注浆管孔设置；预应力钢绞线，有多根，且通过各第一钢绞线孔设置于圆盘座上；注浆管，通过注浆管孔设置于圆盘座上；杆体，其为中空结构，端部设置于圆盘座上，预应力钢绞线和注浆管的端部穿过杆体设置；

其中，杆体远离圆盘座的一端还连接有防护套筒，预应力钢绞线及注浆管均位于防护套筒内，在锚杆插入隧道内壁的围岩内后，防护套筒，位于隧道内壁的围岩内，杆体位于外管片和内管片之间，圆盘座位于锚具槽口内；锚杆还包括螺旋筋，设置于预应力钢绞线远离圆盘座的一端上。

在本技术方案中，锚杆作为一个岩土加固的受拉部件，可有效的增加岩土的粘聚性。目前的一些锚杆安装在土体内后，由于土体内具有一些腐蚀性物质，或者是注浆孔内残留有一些腐蚀性物质，在作用到预应力钢绞线上后，在长时间后会使其腐蚀，进而降低了其使用寿命，为此本技术方案在用于安装的圆盘座上设置有杆体以及防护套筒，其中杆体采用的是抗腐蚀金属管件制成，而防护套筒则是采用耐腐蚀塑料管制成，通过将预应力钢绞线进行防护，从而减少其与注浆孔内的腐蚀性物质相接处，从而提高使用寿命。对于在预应力钢绞线上增设螺旋筋，以提高加固体的抗拔力。

在上述任一技术方案中，进一步的，内管片与外管片之间具有一定间距，在隧道内壁挤压外管片后，外管片沿着杆体的长度方向向内管片移动；

隧道管片环还包括液压加载组件，具有多个，并分别设置于内管片和外管片之间的间隙内，并以液压的方式向外管片提供液压外力，使外管片抵紧于隧道内壁，在隧道内壁的围岩变形并挤压外管片时，逐渐调整外管片的移动幅度。

在本技术方案中，在隧道内壁围岩发生变形后，会产生巨大的挤压力，为为能够对减小该挤压力，对此设置有液压加载组件，通过液压加载组件可对挤压力进行卸力，进而降低了作用在内管片上的压力。

在上述任一技术方案中，进一步的，每片外管片和内管片上的锚杆至少有两根，并分别设置于外管片、内管片的弧形方向的两端。

在本技术方案中，在每片外管片和内管片上设置两根锚杆，不仅能够提高隧道内壁围岩的强度，而且还能提高外管片和内管片之间连接的稳定性。

在上述任一技术方案中，进一步的，液压加载组件包括：

第一液压部分，第一液压部分包括第一缸体、第一活塞杆体、第一活塞、以及抗压弹簧；其中，第一缸体设置于内管片的外壁上，第一活塞滑动设置于第一缸体内，第一活塞杆体一端设置于第一活塞上，另一端在穿过第一缸体后延伸至外管片的内壁上，抗压弹簧套设于第一活塞杆体的伸出端上；

第二液压部分，第二液压部分包括第二缸体、第二活塞杆体、第二活塞、以及复位弹簧；其中，第二活塞滑动设置于第二缸体内，第二活塞杆体一端设置于第二活塞上，另一端穿过第二缸体，复位弹簧套设于第二活塞杆体的伸出端上；

其中，第一缸体的无杆腔内开设有第一端口，第二缸体的无杆腔内开设有第二端口，第一端口和第二端口之间通过导流管相连。

在本技术方案中，常态下，外管片通过压力弹簧抵紧在隧道内壁上；

在隧道内壁的围岩发生变形，且外管片所受到的压力大于抗压弹簧所提供的弹簧阻力后，抗压弹簧压缩，第一活塞将第一缸体内的压力油通过导流管导向第二缸体内，使第二活塞推动第二活塞杆体伸出，外管片逐渐向内管片靠近，直至外管片所受到的压力与抗压弹簧所提供的阻力达到平衡后，外管片静止；

在隧道内壁的围岩发生形变，且外管片所受到的压力小于抗压弹簧所提供的弹簧阻力后，抗压弹簧伸张，第二缸体内的压力油通过导流管导向第一缸体内，使第一活塞杆体向外伸出，外管片逐渐向远离内管片方向移动，直至外管片所受到的压力与抗压弹簧所提供的阻力达到平衡后，外管片静止。

本技术方案中的液压加载组件相对于现有技术中直接采用一个油缸来控制而言，通过增设第二液压部分，能够减缓外管片的移动，避免因骤然的围岩形变，导致外管片在快速移动过程中发生损坏。

在上述任一技术方案中，进一步的，液压加载组件还包括分流管，用于将每组隧道管片环上的每个第一缸体上的第一端口依次相连通，分流管连成的一个闭合路径形成分压路径。

在本技术方案中，在试验过程中发现因外管片的受力不均匀，会导致内管片也受力不均，为此设置有分流管，通过分流管将每组隧道管片环上的每个第一缸体上的第一端口依次相连通，从而使得每组隧道管片环上的第一缸体内的压力相同，在隧道内壁围岩发生形变，使其中一块或多块外管片上的挤压力变大时，在外管片移动的过程中，会使得第一缸体内的压力油一分部会流向第二缸体，另一部分会通过分流管流向相邻的且压力相对较低的外管片上的第一缸体内，从而达到分压的目的，使得每组隧道管片环上的外管片所受压力相同，进而使每片内管片所受的压力达到一致。

在上述任一技术方案中，进一步的，内管片沿弧形方向的两端的侧壁上均开设有第二钢绞线孔，第二钢绞线孔均与锚具槽口相连通，相邻内管片之间相连通的第二钢绞线孔内还设置有钢绞线，钢绞线的两端分别固定于两内管片上的锚固装置上。

在本技术方案中，相邻的内管片之间可通过螺栓进行固定连接，为进一步提高连接强度，对此在相邻内管片之间设置有钢绞线，通过钢绞线来提高相邻内管片之间的张拉强度。

在上述任一技术方案中，进一步的，液压加载组件还包括延缓复位装置，在外管片所受到的压力小于抗压弹簧所提供的阻力时，延缓外管片向外移动。

在本技术方案中，在隧道内壁围岩变形时，会出现向外挤压或向内收缩，二者处于一个波动的状态，也就是在挤压后，会进行收缩，然后再挤压，为降低该波动，使得外管片、内管片长时间的处于平稳状态，进而来保证隧道的稳定性，为此设置有延缓复位装置，在外管片所受到的压力小于抗压弹簧所提供的阻力时，延缓外管片向外移动。

在上述任一技术方案中，进一步的，延缓复位装置包括：第三缸体，设置于内管片的外壁上，其正对于第二活塞杆体的一端开设有通向其内部的开口；密封盖，盖合于第三缸体的开口处，并在第三缸体内滑动密封设置；

其中，第二缸体固定于第三缸体具有开口的一端，第二活塞杆体的伸出端设置于密封盖上，并推动密封盖向第三缸体内滑动，第三缸体的侧壁上还开设有两个气孔，两气孔上分别设置有第一单向导通阀和第二单向导通阀，第一单向导通阀还连接有压力控制阀。

在本技术方案中，在外管片所受到的压力大于抗压弹簧所提供的弹簧阻力后，外管片向内移动，第二活塞杆体推动密封盖向第三缸体内滑动，第三缸体内的气体通过第二单向导通阀向外排出；

在外管片所受到的压力小于抗压弹簧所提供的弹簧阻力，且抗压弹簧复位的弹力小于压力控制阀所开启的外力时，第二活塞杆体将密封盖向外拉动，第三缸体内逐渐形成负压，第二活塞杆体以克服负压的方式进行回缩，使外管片缓慢的向外移动；在抗压弹簧复位的弹力达到压力控制阀所开启的外力时，压力控制阀开启，外部的气体通过压力控制阀、第一单向导通阀后流向第三缸体内，第二活塞杆体快速进行回缩，使外管片快速的向外移动。

本发明还提供一种用于上述土层界面城市隧道穿越加固结构的施工方法，其中，具体步骤如下：

步骤一、测量：测出每组隧道管片环上的锚杆的注浆孔位置，计算各注浆孔的深度，并进行标记；

步骤二、钻孔：采用钻机在隧道内壁上的每个点位进行钻进，形成注浆孔；

步骤三、锚杆的安装一：将锚杆插入到注浆孔内，其中，底部的锚杆及两侧的锚杆先插入；

步骤四、隧道管片环的安装：采用由下往上的方式安装每组外管片、内管片，将下方的外管片、内管片依次套设在相对应的锚杆上，再将两侧的外管片、内管片依次安装在对应的锚杆上，两侧的内管片与底部的内管片紧密拼接，随后再拼接上方的外管片、内管片；

步骤五、锚杆的安装二：将上方的锚杆依次穿过上方的内管片、外管片后，插入到上方的注浆孔内，在调整好位置后，将各锚杆上位于内管片一端的紧固端通过锚固装置进行固定；

步骤六、注浆：通过锚杆上的注浆管向注浆孔内进行注浆，使锚杆固定在注浆孔内。

本发明的有益效果是：

1、为能够提高隧道内壁围岩的强度及内管片、外管片的受力强度，对此设置有锚杆，通过锚杆将内管片、外管片相连，并通过锚杆上注浆成型的加固体来加强围岩的强度。

2、在试验过程中发现因外管片的受力不均匀，会导致内管片也受力不均，为此设置有分流管，通过分流管将每组所述隧道管片环上的每个第一缸体上的第一端口依次相连通，从而使得每组隧道管片环上的第一缸体内的压力相同，在隧道内壁围岩发生形变，使其中一块或多块外管片上的挤压力变大时，在外管片移动的过程中，会使得第一缸体内的压力油一分部会流向第二缸体，另一部分会通过分流管流向相邻的且压力相对较低的外管片上的第一缸体内，从而达到分压的目的，使得每组隧道管片环上的外管片所受压力相同，进而使每片内管片所受的压力达到一致。

3、在隧道内壁围岩变形时，会出现向外挤压或向内收缩，二者处于一个波动的状态，也就是在挤压后，会进行收缩，然后再挤压，为降低该波动，使得外管片、内管片长时间的处于平稳状态，进而来保证隧道的稳定性，为此设置有延缓复位装置，在所述外管片所受到的压力小于所述抗压弹簧所提供的阻力时，延缓所述外管片向外移动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明隧道管片环的部分结构示意图；

图3是本发明隧道管片环的部分侧视结构示意图；

图4是本发明锚杆的结构示意图；

图5是图3中A处的剖视图；

图6是本发明延缓装置以及限位装置的结构示意图

图7是本发明限位装置的控制框图；

图中附图标记为：

100、隧道管片环；200、内管片；210、锚具槽口；220、锚固装置；230、钢绞线；240、检修口；250、密封塞；300、外管片；400、锚杆；410、圆盘座；420、预应力钢绞线；430、注浆管；440、杆体；450、防护套筒；460、螺旋筋；500、液压加载组件；510、第一液压部分；511、第一缸体；512、第一活塞杆体；513、第一活塞；514、抗压弹簧；520、第二液压部分；521、第二缸体；522、第二活塞杆体；523、第二活塞；524、复位弹簧；530、导流管；540、分流管；550、延缓复位装置；551、第三缸体；552、密封盖；553、第一单向导通阀；554、第二单向导通阀；555、压力控制阀；560、限位装置；561、限位缸体；562、限位活塞；563、限位活塞杆体；564、限位板；565、限位弹簧；566、压力传感器；567、永磁铁；568、电磁铁；569、控制器；600、排水设施。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种土层界面城市隧道穿越加固结构，其中，包括：永久承载结构，沿隧道的长度方向布设，其由若干组依次连接的隧道管片环100组成，并成形在隧道的内壁上，用于对隧道内壁进行支撑；

其中，隧道管片环100包括：内管片200，为弧形结构，其具有多片，在各内管片200拼接后形成一个环状结构；外管片300，为弧形结构，其与内管片200的数量一致，并设置于隧道内壁上；以及锚杆400，具有多个，用于将对应的内管片200和外管片300相连，锚杆400一端穿过外管片300后，插入到隧道内壁的围岩内，另一端设置于内管片200上；其中，锚杆400插入到隧道内壁上的围岩的部分，在注浆后形成注浆加固体。

在本实施例中，为能够提高隧道内壁围岩的强度及内管片200、外管片300的受力强度，对此设置有锚杆400，通过锚杆400将内管片200、外管片300相连，并通过锚杆400上注浆成型的加固体来加强围岩的强度。

如图2和图3所示，在本实施例中，进一步的，内管片200的内壁上开设有锚具槽口210，锚具槽口210内开设有供锚杆400的插入端穿过的插孔，锚杆400位于内管片200的一端由设置于锚具槽口210内的锚固装置220固定；

锚杆400包括：圆盘座410，圆盘座410上开设有注浆管孔以及第一钢绞线孔，注浆管孔位于中部，第一钢绞线孔环绕注浆管孔设置；预应力钢绞线420，有多根，且通过各第一钢绞线孔设置于圆盘座410上；注浆管430，通过注浆管孔设置于圆盘座410上；杆体440，其为中空结构，端部设置于圆盘座410上，预应力钢绞线420和注浆管430的端部穿过杆体440设置；

其中，杆体440远离圆盘座410的一端还连接有防护套筒450，预应力钢绞线420及注浆管430均位于防护套筒450内，在锚杆400插入隧道内壁的围岩内后，防护套筒450，位于隧道内壁的围岩内，杆体440位于外管片300和内管片200之间，圆盘座410位于锚具槽口210内；锚杆400还包括螺旋筋460，设置于预应力钢绞线420远离圆盘座410的一端上。

在本实施例中，锚杆400作为一个岩土加固的受拉部件，可有效的增加岩土的粘聚性。目前的一些锚杆400安装在土体内后，由于土体内具有一些腐蚀性物质，或者是注浆孔内残留有一些腐蚀性物质，在作用到预应力钢绞线420上后，在长时间后会使其腐蚀，进而降低了其使用寿命，为此本技术方案在用于安装的圆盘座410上设置有杆体440以及防护套筒450，其中杆体440采用的是抗腐蚀金属管件制成，而防护套筒450则是采用耐腐蚀塑料管制成，其端部为密封状态，通过将预应力钢绞线420进行防护，从而减少其与注浆孔内的腐蚀性物质相接处，从而提高使用寿命。对于在预应力钢绞线420上增设螺旋筋460，以提高加固体的抗拔力。

实施例2：

本实施例提供了一种土层界面城市隧道穿越加固结构，除了包括上述实施例的技术方案外，还具有以下技术特征。

如图1、图2、图3所示，本实施例的内管片200与外管片300之间具有一定间距，在隧道内壁挤压外管片300后，外管片300沿着杆体440的长度方向向内管片200移动；

隧道管片环100还包括液压加载组件500，具有多个，并分别设置于内管片200和外管片300之间的间隙内，并以液压的方式向外管片300提供液压外力，使外管片300抵紧于隧道内壁，在隧道内壁的围岩变形并挤压外管片300时，逐渐调整外管片300的移动幅度。

在本实施例中，在隧道内壁围岩发生变形后，会产生巨大的挤压力，为为能够对减小该挤压力，对此设置有液压加载组件500，通过液压加载组件500可对挤压力进行卸力，进而降低了作用在内管片200上的压力。

在本实施例中，进一步的，每片外管片300和内管片200上的锚杆400至少有两根，并分别设置于外管片300、内管片200的弧形方向的两端。在每片外管片300和内管片200上设置两根锚杆400，不仅能够提高隧道内壁围岩的强度，而且还能提高外管片300和内管片200之间连接的稳定性，为避免外管片300在向内管片200移动过程中，发生干涉，对此相邻外管片300之间具有一定的间隙，在外管片300内缩一定距离后，各外管片300之间围合形成一个闭合的环状结构。

如图5所示，在本实施例中，进一步的，液压加载组件500包括：

第一液压部分510，第一液压部分510包括第一缸体511、第一活塞杆体512、第一活塞513、以及抗压弹簧514；其中，第一缸体511设置于内管片200的外壁上，第一活塞513滑动设置于第一缸体511内，第一活塞杆体512一端设置于第一活塞513上，另一端在穿过第一缸体511后延伸至外管片300的内壁上，抗压弹簧514套设于第一活塞杆体512的伸出端上；

第二液压部分520，第二液压部分520包括第二缸体521、第二活塞杆体522、第二活塞523、以及复位弹簧524；其中，第二活塞523滑动设置于第二缸体521内，第二活塞杆体522一端设置于第二活塞523上，另一端穿过第二缸体521，复位弹簧524套设于第二活塞杆体522的伸出端上；

其中，第一缸体511的无杆腔内开设有第一端口，第二缸体521的无杆腔内开设有第二端口，第一端口和第二端口之间通过导流管530相连。

常态下，外管片300通过压力弹簧抵紧在隧道内壁上；

在隧道内壁的围岩发生变形，且外管片300所受到的压力大于抗压弹簧514所提供的弹簧阻力后，抗压弹簧514压缩，第一活塞513将第一缸体511内的压力油通过导流管530导向第二缸体521内，使第二活塞523推动第二活塞杆体522伸出，外管片300逐渐向内管片200靠近，直至外管片300所受到的压力与抗压弹簧514所提供的阻力达到平衡后，外管片300静止；

在隧道内壁的围岩发生形变，且外管片300所受到的压力小于抗压弹簧514所提供的弹簧阻力后，抗压弹簧514伸张，第二缸体521内的压力油通过导流管530导向第一缸体511内，使第一活塞杆体512向外伸出，外管片300逐渐向远离内管片200方向移动，直至外管片300所受到的压力与抗压弹簧514所提供的阻力达到平衡后，外管片300静止。

本实施例中的液压加载组件500相对于现有技术中直接采用一个油缸来控制而言，通过增设第二液压部分520，能够减缓外管片300的移动，避免因骤然的围岩形变，导致外管片300在快速移动过程中发生损坏。

实施例3：

本实施例提供了一种土层界面城市隧道穿越加固结构，除了包括上述实施例的技术方案外，还具有以下技术特征。

如图1和图5所示，本实施例的液压加载组件500还包括分流管540，用于将每组隧道管片环100上的每个第一缸体511上的第一端口依次相连通，分流管540连成的一个闭合路径形成分压路径。

在本实施例中，在试验过程中发现因外管片300的受力不均匀，会导致内管片200也受力不均，为此设置有分流管540，通过分流管540将每组所述隧道管片环100上的每个第一缸体511上的第一端口依次相连通，从而使得每组隧道管片环100上的第一缸体511内的压力相同，在隧道内壁围岩发生形变，使其中一块或多块外管片300上的挤压力变大时，在外管片300移动的过程中，会使得第一缸体511内的压力油一分部会流向第二缸体521，另一部分会通过分流管540流向相邻的且压力相对较低的外管片300上的第一缸体511内，从而达到分压的目的，使得每组隧道管片环100上的外管片300所受压力相同，进而使每片内管片200所受的压力达到一致。

实施例4：

如图2和图3所示，本实施例提供了一种土层界面城市隧道穿越加固结构，除了包括上述实施例的技术方案外，还具有以下技术特征。

本实施例的内管片200沿弧形方向的两端的侧壁上均开设有第二钢绞线孔，第二钢绞线孔均与锚具槽口210相连通，相邻内管片200之间相连通的第二钢绞线孔内还设置有钢绞线230，钢绞线230的两端分别固定于两内管片200上的锚固装置220上。

在本实施例中，相邻的内管片200之间可通过螺栓进行固定连接，为进一步提高连接强度，对此在相邻内管片200之间设置有钢绞线230，通过钢绞线230来提高相邻内管片200之间的张拉强度。

实施例5：

本实施例提供了一种土层界面城市隧道穿越加固结构，除了包括上述实施例的技术方案外，还具有以下技术特征。

如图5和图6所示，本实施例的液压加载组件500还包括延缓复位装置550，在外管片300所受到的压力小于抗压弹簧514所提供的阻力时，延缓外管片300向外移动。

在本实施例中，在隧道内壁围岩变形时，会出现向外挤压或向内收缩，二者处于一个波动的状态，也就是在挤压后，会进行收缩，然后再挤压，为降低该波动，使得外管片300、内管片200长时间的处于平稳状态，进而来保证隧道的稳定性，为此设置有延缓复位装置550，在所述外管片300所受到的压力小于所述抗压弹簧514所提供的阻力时，延缓所述外管片300向外移动。

如图5和图6所示，在本实施例中，进一步的，延缓复位装置550包括：

第三缸体551，设置于内管片200的外壁上，其正对于第二活塞杆体522的一端开设有通向其内部的开口；密封盖552，盖合于第三缸体551的开口处，并在第三缸体551内滑动密封设置；

其中，第二缸体521固定于第三缸体551具有开口的一端，第二活塞杆体522的伸出端设置于密封盖552上，并推动密封盖552向第三缸体551内滑动，第三缸体551的侧壁上还开设有两个气孔，两气孔上分别设置有第一单向导通阀553和第二单向导通阀554，第一单向导通阀553还连接有压力控制阀555；

在外管片300所受到的压力大于抗压弹簧514所提供的弹簧阻力后，外管片300向内移动，第二活塞杆体522推动密封盖552向第三缸体551内滑动，第三缸体551内的气体通过第二单向导通阀554向外排出；

在外管片300所受到的压力小于抗压弹簧514所提供的弹簧阻力，且抗压弹簧514复位的弹力小于压力控制阀555所开启的外力时，第二活塞杆体522将密封盖552向外拉动，第三缸体551内逐渐形成负压，第二活塞杆体522以克服负压的方式进行回缩，使外管片300缓慢的向外移动；在抗压弹簧514复位的弹力达到压力控制阀555所开启的外力时，压力控制阀555开启，外部的气体通过压力控制阀555、第一单向导通阀553后流向第三缸体551内，第二活塞杆体522快速进行回缩，使外管片300快速的向外移动。

实施例6：

本实施例提供了一种土层界面城市隧道穿越加固结构，除了包括上述实施例的技术方案外，还具有以下技术特征。

如图5和图6所示，本实施例的液压加载组件500还包括限位装置560，用于限制密封盖552在内移一段距离后继续移动。

为避免外管片300大幅度的移动，导致损坏液压加载组件500，为此设置有限位装置560，通过限位装置560来限制其继续移动。

在本实施例中，进一步的，限位装置560包括：限位缸体561，位于第三缸体551内，且远离开口设置；限位活塞562，滑动设置于第三缸体551内；限位活塞杆体563，一端设置于限位活塞562上，另一端伸出限位缸体561后正对于密封盖552；限位板564，设置于限位活塞杆体563的伸出端部；限位弹簧565，套设于限位活塞杆体563的伸出端上，且一端抵紧于限位板564，另一端抵紧于限位缸体561；压力传感器566，设置于限位板564上，并与控制器569电连接，在密封盖552向限位板564移动并挤压限位板564时，用于检测限位板564所受到的压力值，并将检测的压力值发送给控制器569；永磁铁567，设置于限位活塞562远离限位活塞杆体563的一端面上；电磁铁568，设置于限位缸体561的内壁上，且与永磁铁567相对，并与控制器569电连接；控制器569，用于控制经过电磁铁568上的电流，使电磁铁568产生与永磁铁567相斥的磁力，并限制限位活塞562向电磁铁568靠近。

对于控制器569的控制方法，具体如下：在隧道内壁的围岩发生形变，并挤压外管片300后，第一活塞杆体512内缩，第二活塞杆体522外伸，当第二活塞杆体522推动密封盖552向第三缸体551内移动并逐渐靠近限位板564的过程中，当压力传感器566检测到外来压力时，表明外管片300的移动已经快达到最大的移动距离了，为限制其继续快速移动，为此，此时控制器569将电流传递到电磁铁568上，并通过压力传感器566实时检测到的压力值，经转换后逐渐调整经过电磁铁568上的电流大小，使电磁铁568产生相对应的斥力，使二者逐渐达到平衡，通过对密封盖552施加斥力，来抵挡第二活塞杆体522的推力，以限制密封盖552继续移动，即限制外管片300继续移动，虽然在抵挡过程中，密封盖552还是会小幅度的移动，但明显的对密封盖552进行了抑制，将该小幅度的移动控制在允许移动的范围内即可，在密封盖552小幅度移动的过程中，使得外管片300有个良好的缓冲距离，避免外管片300在移动过程中出现瞬间卡停的问题。对于控制器569、压力传感器566及电磁铁568可通过外接的线缆在连接变压器后，与隧道内的线缆相接。

如图1和图2所示，在内管片200、外管片300之间的侧下方分别设置有排水设施600，通过排水设施600将渗入到二者之间的水向外排出，以降低内管片200所受到的水压；为方便对各电器元件进行维修及更换，对此在内管片200上开设有检修口240，通过检修口240来进行维修，为避免水从检修口240向外渗漏，对此可在检修口240上设置有可拆卸的高压的密封塞250来进行封闭。

本发明还提供一种用于上述实施例的土层界面城市隧道穿越加固结构的施工方法，其中，具体步骤如下：

步骤一、测量：测出每组隧道管片环100上的锚杆400的注浆孔位置，计算各注浆孔的深度，并进行标记；

步骤二、钻孔：采用钻机在隧道内壁上的每个点位进行钻进，形成注浆孔；

步骤三、锚杆400的安装一：将锚杆400插入到注浆孔内，其中，底部的锚杆400及两侧的锚杆400先插入；

步骤四、隧道管片环100的安装：采用由下往上的方式安装每组外管片300、内管片200，将下方的外管片300、内管片200依次套设在相对应的锚杆400上，再将两侧的外管片300、内管片200依次安装在对应的锚杆400上，两侧的内管片200与底部的内管片200紧密拼接，随后再拼接上方的外管片300、内管片200；由于锚杆400上外径最大处是圆盘座410，为避免外管片300无法穿过圆盘座410，对此可先将多根预应力钢绞线420以及注浆管430通过保持架进行固定，使其成为一个整体的结构，然后将防护套筒450、预应力钢绞线420、注浆管430先插入到注浆孔上，待外管片300和内管片200安装在杆体440上后，再将圆盘座410与预应力钢绞线420进行焊接，并将多出的预应力钢绞线420剪断，最后再通过锚固装置220对预应力钢绞线420进行固定；

步骤五、锚杆400的安装二：将上方的锚杆400依次穿过上方的内管片200、外管片300后，插入到上方的注浆孔内，在调整好位置后，将各锚杆400上位于内管片200一端的紧固端通过锚固装置220上的螺栓进行固定；

步骤六、注浆：通过锚杆400上的注浆管430向注浆孔内进行注浆，使锚杆400与注浆孔形成一体，从而完成一组隧道管片环100的安装，随后再重复上述步骤对下一组隧道管片环100进行安装即可，不仅施工方便，而且效率高。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征是可以相互组合的，本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (5)

1.一种土层界面城市隧道穿越加固结构，其特征在于，包括：

永久承载结构，沿隧道的长度方向布设，其由若干组依次连接的隧道管片环（100）组成，并成形在隧道的内壁上，用于对隧道内壁进行支撑；

其中，所述隧道管片环（100）包括：

内管片（200），为弧形结构，其具有多片，在各所述内管片（200）拼接后形成一个环状结构；

外管片（300），为弧形结构，其与所述内管片（200）的数量一致，并设置于所述隧道内壁上，

以及锚杆（400），具有多个，用于将对应的内管片（200）和外管片（300）相连，所述锚杆（400）一端穿过所述外管片（300）后，插入到隧道内壁的围岩内，另一端设置于所述内管片（200）上；

其中，所述锚杆（400）插入到隧道内壁上的围岩的部分，在注浆后形成注浆加固体；

所述内管片（200）的内壁上开设有锚具槽口（210），所述锚具槽口（210）内开设有供所述锚杆（400）的插入端穿过的插孔，所述锚杆（400）位于所述内管片（200）的一端由设置于所述锚具槽口（210）内的锚固装置（220）固定；

所述锚杆（400）包括：

圆盘座（410），所述圆盘座（410）上开设有注浆管孔以及第一钢绞线孔，所述注浆管孔位于中部，所述第一钢绞线孔环绕注浆管孔设置；

预应力钢绞线（420），有多根，且通过各第一钢绞线孔设置于所述圆盘座（410）上；

注浆管（430），通过注浆管孔设置于所述圆盘座（410）上；

杆体（440），其为中空结构，端部设置于所述圆盘座（410）上，所述预应力钢绞线（420）和注浆管（430）的端部穿过所述杆体（440）设置；

其中，所述杆体（440）远离圆盘座（410）的一端还连接有防护套筒（450），所述预应力钢绞线（420）及注浆管（430）均位于所述防护套筒（450）内，在锚杆（400）插入隧道内壁的围岩内后，所述防护套筒（450），位于隧道内壁的围岩内，所述杆体（440）位于外管片（300）和内管片（200）之间，所述圆盘座（410）位于所述锚具槽口（210）内；

所述锚杆（400）还包括螺旋筋（460），设置于所述预应力钢绞线（420）远离圆盘座（410）的一端上；

所述内管片（200）与外管片（300）之间具有一定间距，在隧道内壁挤压所述外管片（300）后，所述外管片（300）沿着所述杆体（440）的长度方向向所述内管片（200）移动；

所述隧道管片环（100）还包括液压加载组件（500），具有多个，并分别设置于内管片（200）和外管片（300）之间的间隙内，并以液压的方式向所述外管片（300）提供液压外力，使所述外管片（300）抵紧于隧道内壁，在隧道内壁的围岩变形并挤压所述外管片（300）时，逐渐调整所述外管片（300）的移动幅度；

每片所述外管片（300）和内管片（200）上的锚杆（400）至少有两根，并分别设置于所述外管片（300）、内管片（200）的弧形方向的两端；

所述液压加载组件（500）包括：

第一液压部分（510），所述第一液压部分（510）包括第一缸体（511）、第一活塞杆体（512）、第一活塞（513）、以及抗压弹簧（514）；其中，所述第一缸体（511）设置于所述内管片（200）的外壁上，所述第一活塞（513）滑动设置于所述第一缸体（511）内，所述第一活塞杆体（512）一端设置于所述第一活塞（513）上，另一端在穿过所述第一缸体（511）后延伸至所述外管片（300）的内壁上，所述抗压弹簧（514）套设于所述第一活塞杆体（512）的伸出端上；

第二液压部分（520），所述第二液压部分（520）包括第二缸体（521）、第二活塞杆体（522）、第二活塞（523）、以及复位弹簧（524）；其中，所述第二活塞（523）滑动设置于所述第二缸体（521）内，所述第二活塞杆体（522）一端设置于所述第二活塞（523）上，另一端穿过所述第二缸体（521），所述复位弹簧（524）套设于所述第二活塞杆体（522）的伸出端上；

其中，所述第一缸体（511）的无杆腔内开设有第一端口，所述第二缸体（521）的无杆腔内开设有第二端口，所述第一端口和第二端口之间通过导流管（530）相连；

所述液压加载组件（500）还包括分流管（540），用于将每组所述隧道管片环（100）上的每个第一缸体（511）上的第一端口依次相连通，所述分流管（540）连成的一个闭合路径形成分压路径。

2.根据权利要求1所述的一种土层界面城市隧道穿越加固结构，其特征在于，所述内管片（200）沿弧形方向的两端的侧壁上均开设有第二钢绞线孔，所述第二钢绞线孔均与锚具槽口（210）相连通，相邻所述内管片（200）之间相连通的第二钢绞线孔内还设置有钢绞线（230），所述钢绞线（230）的两端分别固定于两内管片（200）上的锚固装置（220）上。

3.根据权利要求2所述的一种土层界面城市隧道穿越加固结构，其特征在于，所述液压加载组件（500）还包括延缓复位装置（550），在所述外管片（300）所受到的压力小于所述抗压弹簧（514）所提供的阻力时，延缓所述外管片（300）向外移动。

4.根据权利要求3所述的一种土层界面城市隧道穿越加固结构，其特征在于，所述延缓复位装置（550）包括：

第三缸体（551），设置于所述内管片（200）的外壁上，其正对于所述第二活塞杆体（522）的一端开设有通向其内部的开口；

密封盖（552），盖合于所述第三缸体（551）的开口处，并在所述第三缸体（551）内滑动密封设置；

其中，所述第二缸体（521）固定于所述第三缸体（551）具有开口的一端，所述第二活塞杆体（522）的伸出端设置于所述密封盖（552）上，并推动所述密封盖（552）向第三缸体（551）内滑动，所述第三缸体（551）的侧壁上还开设有两个气孔，两所述气孔上分别设置有第一单向导通阀（553）和第二单向导通阀（554），所述第一单向导通阀（553）还连接有压力控制阀（555）。

5.一种用于权利要求4所述的土层界面城市隧道穿越加固结构的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、测量：测出每组隧道管片环（100）上的锚杆（400）的注浆孔位置，计算各注浆孔的深度，并进行标记；

步骤二、钻孔：采用钻机在隧道内壁上的每个点位进行钻进，形成注浆孔；

步骤三、锚杆（400）的安装一：将锚杆（400）插入到注浆孔内，其中，底部的锚杆（400）及两侧的锚杆（400）先插入；

步骤四、隧道管片环（100）的安装：采用由下往上的方式安装每组外管片（300）、内管片（200），将下方的外管片（300）、内管片（200）依次套设在相对应的锚杆（400）上，再将两侧的外管片（300）、内管片（200）依次安装在对应的锚杆（400）上，两侧的内管片（200）与底部的内管片（200）紧密拼接，随后再拼接上方的外管片（300）、内管片（200）；

步骤五、锚杆（400）的安装二：将上方的锚杆（400）依次穿过上方的内管片（200）、外管片（300）后，插入到上方的注浆孔内，在调整好位置后，将各锚杆（400）上位于内管片（200）一端的紧固端通过锚固装置（220）进行固定；

步骤六、注浆：通过锚杆（400）上的注浆管（430）向注浆孔内进行注浆，使锚杆（400）固定在注浆孔内。

Images