CN113982627B - 隧道支护方法和隧道支护结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道支护技术领域，具体而言，涉及一种隧道支护方法和隧道支护结构。隧道支护方法的步骤包括：在隧道内安装钢拱架,将多个气囊绕隧道的轴线依次设置于钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间；向多个气囊加入流体，直至所有的气囊的内部压力增至第一预设压力；检测所有的气囊的气压变化；在任意一个气囊的压力持续升高，对气囊进行卸压，并取出气囊，挖除气囊处的变形围岩；多次扩挖后，在围岩变形稳定后取出所有的气囊，在钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间设置支护实体。隧道支护方法能够释放围岩形变压力，减小支护结构的结构内力，从而保证支护结构的稳定性，还可以避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。

Description

隧道支护方法和隧道支护结构

技术领域

本发明涉及隧道支护技术领域，具体而言，涉及一种隧道支护方法和隧道支护结构。

背景技术

目前，在围岩支护领域，是通过不断增加支护结构的厚度和刚度来增加支护抗力，减小围岩变形，进而保证支护结构的稳定性。然而，当遇到软岩大变形隧道时，围岩的形变压力将远远超过支护结构的支护抗力。

当软岩大变形隧道的围岩形变压力大于支护结构的峰值强度时，支护结构就会发生屈服、压溃，甚至整体溃塌，进而导致严重的安全事故和经济损失。更换损坏和溃塌的支护结构，还会造成大量的支护材料和施工成本的重复投入，延误工期。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种隧道支护方法和隧道支护结构，其能够释放围岩形变压力，减小支护结构的结构内力，从而保证支护结构的稳定性，还可以避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种隧道支护方法，隧道支护方法的步骤包括：

S1：在隧道内安装钢拱架,将多个气囊绕隧道的轴线依次设置于钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间；

S2：向多个气囊加入流体，直至所有的气囊的内部压力增至第一预设压力；

S3：在围岩变形稳定后取出所有的气囊，在钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间设置支护实体。

在可选的实施方式中，第一预设压力小于钢拱架的屈服强度。

在可选的实施方式中，在直至所有的气囊的内部压力增至第一预设压力之后，在围岩变形稳定后取出所有的气囊之前，隧道支护方法的步骤包括：

检测所有的气囊的气压变化；

在任意一个气囊的压力持续升高，气囊的实际压力大于第二预设压力且小于第三预设压力的情况下，对气囊进行卸压，并取出气囊，挖除气囊处的变形围岩；

将气囊放回，向气囊加入流体，直至气囊的内部压力增至第一预设压力；

其中，第二预设压力大于第一预设压力。

在可选的实施方式中，第三预设压力小于钢拱架的屈服强度。

在可选的实施方式中，在钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间设置支护实体的步骤包括：

向钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间的空间内加入混凝土，混凝土冷却后形成支护实体。

在可选的实施方式中，在在隧道内安装钢拱架之前，隧道支护方法的步骤包括：

开挖的裸洞的轮廓比其设计轮廓超挖一个气囊厚度的宽度。

第二方面，本发明提供一种隧道支护结构，用于实施上述的隧道支护方法，隧道支护结构包括钢拱架以及支护体；

钢拱架沿隧道的轴线延伸，且绕隧道的轴线弯曲；

支护体绕隧道的轴线依次设置于钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间，且与钢拱架的外周面及隧道的内周壁抵接；支护体包括支护实体或多个气囊。

在可选的实施方式中，多个气囊绕隧道的轴线依次设置于钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间；

其中，每个气囊均用于容置流体，且每个气囊均用于在容置流体后，与钢拱架的外周面及隧道的内周壁抵接。

在可选的实施方式中，所有的气囊的外表面均设置有加强层；

加强层为聚脲层。

在可选的实施方式中，隧道支护结构还包括气压检测组件，气压检测组件用于检测多个气囊的气压。

本发明实施例的有益效果包括：

该隧道支护方法的步骤包括：在隧道内安装钢拱架,将多个气囊绕隧道的轴线依次设置于钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间；向多个气囊加入流体，直至所有的气囊的内部压力增至第一预设压力；在围岩变形稳定后取出所有的气囊，在钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间设置支护实体。

由此，该隧道支护方法能够在支护的过程中，通过于钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间的气囊释放围岩形变压力，并在围岩变形稳定后取出所有的气囊，在钢拱架的外周面及隧道的内周壁之间设置支护实体，进而实现对围岩的稳定支护；这样的设置方式，能够通过气囊释放围岩形变压力，从而能够减小支护结构的结构内力，从而能够保证支护结构的稳定性，还可以避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。另外，这样的设置方式，使得气囊能够重复使用，进而能够降低使用的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中隧道支护方法的步骤图；

图2为本发明实施例中隧道支护方法的步骤图；

图3为本发明实施例中支护体为支护实体时隧道支护结构的结构示意图；

图4为本发明实施例中支护体为气囊时隧道支护结构的结构示意图；

图5为本发明实施例中气压检测组件与气囊的连接示意图。

图标：100-隧道；110-围岩；200-隧道支护结构；210-钢拱架；220-支护体；221-支护实体；222-气囊；230-气压检测组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1-图5，本实施例提供了一种隧道支护方法，隧道支护方法的步骤包括：

S1：在隧道100内安装钢拱架210,将多个气囊222绕隧道100的轴线依次设置于钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间；

S2：向多个气囊222加入流体，直至所有的气囊222的内部压力增至第一预设压力；

S3：在围岩110变形稳定后取出所有的气囊222，在钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间设置支护实体221。

需要说明的是，在本实施例中，以流体为气体为例进行说明，而在本实施例的其他实施例中，流体也可以是液体。

该隧道支护方法的原理如下：

该隧道支护方法的步骤包括：在隧道100内安装钢拱架210,将多个气囊222绕隧道100的轴线依次设置于钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间；向多个气囊222加入流体，直至所有的气囊222的内部压力增至第一预设压力；在围岩110变形稳定后取出所有的气囊222，在钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间设置支护实体221。

由此，该隧道支护方法能够在支护的过程中，通过于钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间的气囊222释放围岩110形变压力，并在围岩110变形稳定后取出所有的气囊222，在钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间设置支护实体221，进而实现对围岩110的稳定支护；这样的设置方式，能够通过气囊222释放围岩110形变压力，从而能够减小支护结构的结构内力，从而能够保证支护结构的稳定性，还可以避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。另外，这样的设置方式，使得气囊222能够重复使用，进而能够降低使用的成本。

需要说明的是，这样的设置方式，相对于现有技术中高强度及高刚度的隧道100支护方式，还能够避免出现支护结构反复拆换的问题，从而能够提高隧道100支护的效率，降低施工的成本。

在本实施例中，在向气多个气囊222加入流体，直至所有的气囊222的内部压力增至第一预设压力时，为避免气囊222的内部压力过大而对钢拱架210造成损伤，故，第一预设压力小于钢拱架210的屈服强度。

进一步地，在本实施例中，在所有的气囊222的内部压力增至第一预设压力时的情况下，所有的气囊222便会对围岩110起到支护的作用，而此时在遇到围岩110变形的情况下，对应支护围岩110变形位置的气囊222便会通过自身的变形而吸收围岩110的变形力，从而释放围岩110的变形力，与此同时，气囊222自身的变形会导致气囊222的内部压力增加；由此，在本实施例中，在直至所有的气囊222的内部压力增至第一预设压力之后，在围岩110变形稳定后取出所有的气囊222之前，隧道支护方法的步骤包括：

检测所有的气囊222的气压变化；

在任意一个气囊222的压力持续升高，气囊222的实际压力大于第二预设压力且小于第三预设压力的情况下，对气囊222进行卸压，并取出气囊222，挖除气囊222处的变形围岩110；

将气囊222放回，向气囊222加入流体，直至气囊222的内部压力增至第一预设压力；

其中，第二预设压力大于第一预设压力。

通过这样的方式，能够在围岩110发生变形后，通过对气囊222的内部压力的变化的情况的检测，从而实现对围岩110变形量过大的位置进行检测，并通过取出气囊222，挖除气囊222处的变形围岩110的方式，对围岩110变形量过大的位置进行针对性的扩挖处理，从而能够快速释放围岩110的变形压力，并通过将气囊222放回，向气囊222加入流体，直至气囊222的内部压力增至第一预设压力，使得气囊222对围岩110回复支护的状态。具体的，请参照图2，隧道支护方法的步骤包括：

S1：在隧道100内安装钢拱架210,将多个气囊222绕隧道100的轴线依次设置于钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间；

S2：向多个气囊222加入流体，直至所有的气囊222的内部压力增至第一预设压力；

S3：检测所有的气囊222的气压变化；

S4：在任意一个气囊222的压力持续升高，气囊222的实际压力大于第二预设压力且小于第三预设压力的情况下，对气囊222进行卸压，并取出气囊222，挖除气囊222处的变形围岩110；

S5：将气囊222放回，向气囊222加入流体，直至气囊222的内部压力增至第一预设压力；

S6：在围岩110变形稳定后取出所有的气囊222，在钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间设置支护实体221。

由此，通过上述方式，能够通过对所有的气囊222的内部压力的检测，以及对隧道100内壁围岩110的扩挖处理能够使得软岩大变形隧道100快速实现稳定支护，而且这样的方式，能够避免具备围岩110变形过大而造成支护结构的损伤，进而能够通过气囊222释放围岩110形变压力，从而能够减小支护结构的结构内力，从而能够保证支护结构的稳定性，还可以避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。

需要说明的是，在本实施例中，第三预设压力小于钢拱架210的屈服强度。并且在气囊222的内部压力小于第二预设压力时，此时，气囊222能够通过变形而释放围岩110的压力，故，在此阶段内，即便是内部压力持续上升，也可以不采用取出气囊222并对围岩110进行扩挖的处理方式。

进一步地，在本实施例中，在钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间设置支护实体221的步骤包括：

向钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间的空间内加入混凝土，混凝土冷却后形成支护实体221。

在本实施例中，在向多个气囊222加入流体之后，膨胀后的气囊222能够封闭隧道100裸露的围岩110开挖面。

在本实施例中，在在隧道100内安装钢拱架210之前，隧道支护方法的步骤包括：开挖的裸洞的轮廓比其设计轮廓超挖一个气囊222厚度的宽度。

进一步地，请参照图1-图4，图3及图4示出了本发明实施例中隧道支护结构的结构，基于上述内容，本发明提供一种隧道支护结构200，用于实施上述的隧道支护方法，隧道支护结构200包括钢拱架210以及支护体220；

钢拱架210沿隧道100的轴线延伸，且绕隧道100的轴线弯曲；

支护体220绕隧道100的轴线依次设置于钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间，且与钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁抵接；支护体220包括支护实体221或多个气囊222。

需要说明的是，基于上述内容可知，在隧道100的围岩110未稳定的情况下，采用的是在钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间设置多个气囊222，以通过多个气囊222进行支护的方式；而在隧道100的围岩110稳定的情况下，采用的是在钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间设置支护实体221的方式。

在设置多个气囊222时，多个气囊222绕隧道100的轴线依次设置于钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁之间；其中，每个气囊222均用于容置流体，且每个气囊222均用于在容置流体后，与钢拱架210的外周面及隧道100的内周壁抵接。需要说明的是，在本实施例中，流体可以是气体也可以是液体。

进一步地，在本实施例中，为增加气囊222的强度、耐磨性及韧性，故所有的气囊222的外表面均设置有加强层；其中，加强层可以为聚脲层。请参照图5，而且为对所有的气囊222的压力进行监测，故隧道支护结构200还包括气压检测组件230，气压检测组件230用于检测多个气囊222的气压。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种隧道支护方法，其特征在于，所述隧道支护方法的步骤包括：

在隧道内安装钢拱架,将多个气囊绕所述隧道的轴线依次设置于所述钢拱架的外周面及所述隧道的内周壁之间;

向多个所述气囊加入流体，直至所有的所述气囊的内部压力增至第一预设压力；

检测所有的所述气囊的气压变化；在任意一个所述气囊的压力持续升高，所述气囊的实际压力大于第二预设压力且小于第三预设压力的情况下，对所述气囊进行卸压，并取出所述气囊，挖除所述气囊处的变形围岩；将所述气囊放回，向所述气囊加入流体，直至所述气囊的内部压力增至第一预设压力；其中，所述第二预设压力大于所述第一预设压力；

在围岩变形稳定后取出所有的所述气囊，在所述钢拱架的外周面及所述隧道的内周壁之间设置支护实体。

2.根据权利要求1所述的隧道支护方法，其特征在于：

所述第一预设压力小于所述钢拱架的屈服强度。

3.根据权利要求1所述的隧道支护方法，其特征在于：

所述第三预设压力小于所述钢拱架的屈服强度。

4.根据权利要求1所述的隧道支护方法，其特征在于：

所述在所述钢拱架的外周面及所述隧道的内周壁之间设置支护实体的步骤包括：

向所述钢拱架的外周面及所述隧道的内周壁之间的空间内加入混凝土，所述混凝土冷却后形成所述支护实体。

5.根据权利要求1所述的隧道支护方法，其特征在于：

在所述隧道内安装所述钢拱架之前，所述隧道支护方法的步骤包括：

开挖的裸洞的轮廓比其设计轮廓超挖一个所述气囊厚度的宽度。

6.一种隧道支护结构，用于实施如权利要求1-5中任意一项所述的隧道支护方法，其特征在于：

所述隧道支护结构包括钢拱架以及支护体；

所述钢拱架沿隧道的轴线延伸，且绕所述隧道的轴线弯曲；

所述支护体绕所述隧道的轴线依次设置于所述钢拱架的外周面及所述隧道的内周壁之间，且与所述钢拱架的外周面及所述隧道的内周壁抵接；所述支护体包括支护实体或多个气囊。

7.根据权利要求6所述的隧道支护结构，其特征在于：

多个所述气囊绕所述隧道的轴线依次设置于所述钢拱架的外周面及所述隧道的内周壁之间;

其中，每个所述气囊均用于容置流体，且每个所述气囊均用于在容置流体后，与所述钢拱架的外周面及所述隧道的内周壁抵接。

8.根据权利要求7所述的隧道支护结构，其特征在于：

所有的所述气囊的外表面均设置有加强层；

所述加强层为聚脲层。

9.根据权利要求6所述的隧道支护结构，其特征在于：

所述隧道支护结构还包括气压检测组件，所述气压检测组件用于检测多个所述气囊的气压。