CN113653505B - 高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构 - Google Patents

Abstract

本公开涉及隧道工程技术领域，具体提供了一种高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构。该高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构包括用于支撑在隧道内壁上的多个支撑架本体，多个所述支撑架本体沿着隧道的长度方向间隔设置，多个所述支撑架本体的端部通过托架连接，所述托架上设有多个用于插入到岩石内部的钢管桩，每个所述支撑架本体上均设有用于安装锚管的安装位。本公开通过在支撑架本体的端部设置托架，可有效增加支撑架本体与支撑面的接触面积，确保承压效果，避免出现支护结构沉降的现象，且托架上穿设有钢管桩，可进一步增加支撑架本体的定位效果，施工时，可通过在安装位上穿设锚管对支撑架本体进行临时固定，便于支撑面的铺垫。

Description

高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构

技术领域

本公开涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构。

背景技术

交通运输是兴国之器、强国之基，建设交通强国，我国幅员辽阔、地形众多，山区面积占国土总面积的2/3，因此，隧道工程成为我国交通基础设施的重要组成部分，得到了广泛的应用与发展。

地质条件的多样性、地层参数的变异性，导致了隧道与地层相互作用的复杂性，尤其是当隧道穿越高地应力软岩、膨胀岩等一些特殊地层时，时常遇到隧道大变形这一世界性工程难题，而这些地层在我国却有着非常广泛的分布，对我国的隧道工程建设提出了极大的挑战。

为了避免隧道大变形以及便于隧道变形后恢复，需在隧道的内壁上设置支撑钢拱架，传统支撑钢拱架底脚的主筋呈长压杆应力状态，很容易失稳而造成支护结构的沉降，无法起到承压效果，并且容易造成隧道的二次变形。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构。

本公开提供了一种高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构，包括用于支撑在隧道内壁上的多个支撑架本体，多个所述支撑架本体沿着隧道的长度方向间隔设置，多个所述支撑架本体的端部通过托架连接，所述支撑架本体的端部设有用于支撑在支撑面上的第一支撑板，所述第一支撑板上填充有渣土支撑物，所述托架支撑在所述渣土支撑物上，所述托架上设有多个用于插入到岩石内部的钢管桩，每个所述支撑架本体上均设有用于安装锚管的安装位；

每相邻的两个所述支撑架本体之间均设有一个托架本体，所述托架本体的内部设有加固层，所述钢管桩穿设在所述加固层上，所述支撑架本体沿着隧道的长度方向穿设有多根安装筋，所述安装筋的两端均伸出所述支撑架本体，且所述安装筋的伸出端和与其对应的所述托架本体连接；可选的，所述支撑架本体的内侧设有格栅拱架，所述支撑架本体与所述格栅拱架之间通过多个梯形连接筋连接。

可选的，多个所述托架本体组成所述托架，每个所述托架本体上至少设有一个所述钢管桩。

可选的，每个所述支撑架本体上至少设有一个安装板，所述安装板沿着隧道的长度方向两端均伸出所述支撑架本体，所述安装位为设置在所述安装板的两个伸出端的安装孔。

可选的，多个所述安装板沿着所述支撑架本体的周向方向间隔设置。

可选的，所述钢管桩插入岩石的一端设有多个可供混凝土流出的渗透孔。

可选的，所述支撑架本体的端部设有用于支撑在支撑面上的第一支撑板。

可选的，所述支撑架本体的两侧均设有环向支撑架，处于所述支撑架本体两侧的两个所述环向支撑架之间通过穿设在所述支撑架本体上的连接杆连接。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开通过在支撑架本体的端部设置托架，可有效增加支撑架本体与支撑面的接触面积，确保承压效果，避免出现支护结构沉降的现象，且托架上穿设有钢管桩，可进一步增加支撑架本体的定位效果，施工时，可通过在安装位上穿设锚管对支撑架本体进行临时固定，便于支撑面的铺垫。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构的剖面图；

图2为本公开实施例所述高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构的平面图；

图3为本公开实施例所述托架的设置方式的示意图；

图4为本公开实施例所述环向支撑架的设置方式的示意图；

图5为本公开实施例所述格栅拱架的设置方式的示意图。

其中，1、支撑架本体；2、托架；21、托架本体；3、锚管；4、钢管桩；5、加固层；6、安装筋；7、安装板；71、安装孔；8、第一加强筋；9、连接筋；10、硬化层；11、混凝土初喷层；12、混凝土面层；13、第一支撑板；14、环向支撑架；15、连接杆；16、第二加强筋；17、格栅拱架；18、梯形连接筋；19、第二支撑板；20；第三支撑板。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

结合图1至图3所示，本申请实施例提供的高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构包括用于支撑在隧道内壁上的多个支撑架本体1，安装时，首先在隧道内壁上喷射混凝土初喷层11，确保隧道内壁的平整度，安装完支撑架本体1后，在支撑架本体1的内侧喷射混凝土面层12。多个支撑架本体1沿着隧道的长度方向间隔设置，使得各个支撑架本体1的受力均匀，确保支撑架本体1的支撑效果和使用寿命。优选的，本公开的支撑架本体1为工字钢，即支撑架本体1为钢拱架结构，有效确保结构强度。且为了增加支撑架本体1的强度，在相邻两个支撑架本体1之间设置多根连接筋9，使得多个支撑架本体1连接成一体，共同受力。

如图1和图2所示，多个支撑架本体1的端部通过托架2连接，托架2上设有多个用于插入到岩石内部的钢管桩4。为了确保托架2的支撑强度，可在托架2上设置多根第一加强筋8。具体地，托架2与支撑架本体1的底部连接，该处支撑架本体1的底部为靠近底端位置处，支撑架本体1的底端穿过支撑面，并使得托架2与支撑位置处接触，即隧道内部的压力通过支撑架本体1传递至托架2，再传递至支撑位置处，可有效增加接触面积，确保支撑效果。进一步优化地，支撑架本体1的底端设有第一支撑板13，通过第一支撑板13与支撑面接触，可在支撑面上设置硬化层10，确保为支撑架本体1提供足够的支撑力。本公开可将一个支撑架本体1作为一个单元，多个支撑架本体1周向连接形成整体，再将多个整体径向连接形成支撑结构，因此，可在支撑架本体1的另一端同样设置第一支撑板13，使得周向连接的支撑架本体1之间通过相对应的第一支撑板13实现固定，确保连接效果。安装时，第一支撑板13优先支撑在硬化层10上，再填充支撑物，其中，支撑物可为渣土等，托架2支撑在支撑物上。其中，托架2结构内部填充，确保托架2的内部呈实心状，进而使得托架2的底面为平面，确保接触面积足够大。具体地，可在托架2内浇筑混凝土，形成实心结构，且该种设计方式结构稳定，同时，便于施工。

如图3所示，在一些实施例中，每相邻的两个支撑架本体1之间均设有一个托架本体21，多个托架本体21组成托架2，每个托架本体21上至少设有一个钢管桩4，确保每个托架本体21的强度。具体地，支撑架本体1沿着隧道的长度方向穿设有多根安装筋6，安装筋6的两端均伸出支撑架本体1，且安装筋6的伸出端和与其对应的托架本体21连接。通过安装筋6将相邻两个托架本体21连接成一体，使得整个托架2共同受力，确保托架2的强度和支撑效果。

结合图1至图3所示，托架本体21的内部设有加固层5，该处的加固层5可由托架本体21内部填充混凝土形成。具体地，在托架本体21的四周放置浇筑模板，进而在托架本体21内浇筑混凝土形成加固层5。其中，混凝土可通过托架本体21的底部流向托架2的支撑面，即上述支撑物由混凝土形成，增加密合效果以及支撑效果，当然，也可在托架本体21的底部也设置模板，使得成型后的加固层5结构均匀。

钢管桩4穿设在加固层5上，具体地，加固层5在成型前，将钢管桩4穿设在托架本体21内，且钢管桩4与托架本体21的连接处焊接，用于定位钢管桩4，再进行混凝土的浇筑形成加固层5，便于钢管桩4的定位，通过设置钢管桩4可增加托架2的定位效果。进一步优化地，钢管桩4插入岩石的一端设有多个可供混凝土流出的渗透孔。具体地，为了增加钢管桩4的强度，需在钢管桩4内浇筑混凝土，浇筑过程中，混凝土可通过渗透孔流出，进而充满钢管桩4和插孔之间的缝隙，确保钢管桩4的定位效果。

每个支撑架本体1上均设有用于安装锚管3的安装位，其中，当支撑架本体1需要临时支撑时，千斤顶顶起托架2，且为了增加千斤顶的顶推效果，托架2沿着水平方向设置。锚管3穿过安装位并插入至岩面，通过锚管3承担支撑架本体1的重量以及隧道提供的压力。此时，支撑架本体1的底部与支撑面之间有一定间隙，可在支撑面上铺设砂浆、渣土等材料，确保支撑面干燥，增加支撑强度，当施工完成后，可将锚管3拆除或切断。

结合图2和图3所示，每个支撑架本体1上至少设有一个安装板7，安装板7沿着隧道的长度方向两端均伸出支撑架本体1，安装位为设置在安装板7的两个伸出端的安装孔71，使用时，锚管3穿过安装孔71并插入到岩石的内部，再将锚管3与安装板7的连接处焊接，确保连接效果以及安装板7的支撑效果。进一步优化地，多个安装板7沿着支撑架本体1的周向方向间隔设置，确保支撑架本体1的临时固定效果。

如图4所示，本公开支撑架本体1的两侧均设有环向支撑架14，具体地，在支撑架本体1上开设通孔，将两个环向支撑架14放置在支撑架本体1的两侧，将连接杆15穿设在通孔位置处，并将连接杆15与环向支撑架14连接的位置焊接，确保连接强度，再将两个环向支撑架14分别焊接在连接杆15的两个伸出端，确保牢固程度。进一步优化地，处于支撑架本体1两侧的环向支撑架14之间通过多个连接杆15连接，且连接杆15分布均匀，确保整体连接效果。进一步优化地，为了进一步增加整体结构强度，可在环向支撑架14与支撑架本体1上穿设多根第二加强筋16。同理，支撑架本体1的两端均设有第二支撑板19，通过第二支撑板19将支撑架本体1与环向支撑架14的端部连接，并使得周向连接的两个支撑架本体1之间通过第二支撑板19连接固定。

如图5所示，支撑架本体1的内侧即远离岩面的一侧设有格栅拱架17，支撑架本体1与格栅拱架17焊接固定，可通过格栅拱架17增加支撑架本体1的强度。进一步优化地，格栅拱架17与支撑架本体1连接的一侧设有多个梯形连接筋18，即格栅拱架17与支撑架本体1之间通过多个首尾相连的梯形连接筋18连接，进一步增加连接效果以及结构强度。同理，支撑架本体1的两端均设有第三支撑板20，通过第三支撑板20将支撑架本体1与格栅拱架17的端部连接，并使得周向连接的两个支撑架本体1之间通过第三支撑板20连接固定。

本公开通过在支撑架本体1的端部设置托架2，可有效增加支撑架本体1与支撑面的接触面积，确保承压效果，避免出现支护结构沉降的现象，且托架2上穿设有钢管桩4，可进一步增加支撑架本体1的定位效果，施工时，可通过在安装位上穿设锚管3对支撑架本体1进行临时固定，便于支撑面的铺垫。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构，其特征在于，包括用于支撑在隧道内壁上的多个支撑架本体(1)，多个所述支撑架本体(1)沿着隧道的长度方向间隔设置，多个所述支撑架本体(1)的端部通过托架(2)连接，所述支撑架本体(1)的端部设有用于支撑在支撑面上的第一支撑板(13)，所述第一支撑板(13)上填充有渣土支撑物，所述托架(2)支撑在所述渣土支撑物上，所述托架(2)上设有多个用于插入到岩石内部的钢管桩(4)，每个所述支撑架本体(1)上均设有用于安装锚管(3)的安装位；

每相邻的两个所述支撑架本体(1)之间均设有一个托架本体(21)，所述托架本体(21)的内部设有加固层(5)，所述钢管桩(4)穿设在所述加固层(5)上，所述支撑架本体(1)沿着隧道的长度方向穿设有多根安装筋(6)，所述安装筋(6)的两端均伸出所述支撑架本体(1)，且所述安装筋(6)的伸出端和与其对应的所述托架本体(21)连接；所述支撑架本体(1)的内侧设有格栅拱架(17)，所述支撑架本体(1)与所述格栅拱架(17)之间通过多个梯形连接筋(18)连接。

2.根据权利要求1所述的高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构，其特征在于，多个所述托架本体(21)组成所述托架(2)，每个所述托架本体(21)上至少设有一个所述钢管桩(4)。

3.根据权利要求1所述的高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构，其特征在于，每个所述支撑架本体(1)上至少设有一个安装板(7)，所述安装板(7)沿着隧道的长度方向两端均伸出所述支撑架本体(1)，所述安装位为设置在所述安装板(7)的两个伸出端的安装孔(71)。

4.根据权利要求3所述的高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构，其特征在于，多个所述安装板(7)沿着所述支撑架本体(1)的周向方向间隔设置。

5.根据权利要求1所述的高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构，其特征在于，所述钢管桩(4)插入岩石的一端设有多个可供混凝土流出的渗透孔。

6.根据权利要求1所述的高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构，其特征在于，所述支撑架本体(1)的端部设有用于支撑在支撑面上的第一支撑板(13)。

7.根据权利要求1所述的高地应力软岩隧道钢拱架支撑结构，其特征在于，所述支撑架本体(1)的两侧均设有环向支撑架(14)，处于所述支撑架本体(1)两侧的两个所述环向支撑架(14)之间通过穿设在所述支撑架本体(1)上的连接杆(15)连接。