CN113982630A - 一种隧道支护结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及隧道支护技术领域，具体而言，涉及一种隧道支护结构。隧道支护结构包括钢拱架及多个吸能钢管；其中，多个吸能钢管均与钢拱架朝向隧道内壁的一侧连接，多个吸能钢管均用于与隧道的内壁抵接。由此，该隧道支护结构在支护的过程中，多个吸能钢管能够通过自身的恒阻变形从而吸收能量，进而能够有效应对岩爆灾害，并处理围岩变形和地震等涉及能量支护的情况。由此，该隧道支护结构的结构简单，从而能够简化施工的步骤，且降低建造的成本。

Description

一种隧道支护结构
技术领域
本发明涉及隧道支护技术领域，具体而言，涉及一种隧道支护结构。
背景技术
随着我国隧道与地下工程的大量建设，如铁路隧道、公路隧道、输水隧洞等，工程也在逐步向“深地”发展。深埋复杂高地应力岩体环境常常会发生岩爆等地质灾害。岩爆直接影响到施工人员和设备安全，影响工程安全质量，对岩爆的精准预测和治理已经成为深埋岩体工程亟需解决的难题之一。
而现有的支护方式及施工工艺并不能完全应对岩爆灾害，且存在以下问题：支护施工繁琐，造价高，容易加剧其应力集中程度而导致岩爆发生可能性增加。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种隧道支护结构，其能够简化施工的步骤，且降低建造的成本；同时能够保证隧道施工作业设备、人员的安全。
本发明的实施例可以这样实现：
本发明提供一种隧道支护结构，隧道支护结构包括钢管混凝土拱架及多个吸能钢管；
多个吸能钢管均与钢管混凝土拱架朝向隧道内壁的一侧连接，多个吸能钢管均用于与隧道的内壁抵接。
在可选的实施方式中，多个吸能钢管均沿隧道的延伸方向延伸，且多个吸能钢管均绕钢管混凝土拱架的中心线依次间隔排布。
在可选的实施方式中，沿隧道的延伸方向，每个吸能钢管的长度均等于一榀钢管混凝土拱架的长度。
在可选的实施方式中，每个吸能钢管均包括多个子管体及多个连接件，多个子管体均与钢管混凝土拱架连接，且任意两个相邻的子管体的相互靠近的一端均通过连接件连接。
在可选的实施方式中，隧道支护结构还包括锚杆，锚杆与钢管混凝土拱架或钢管混凝土拱架连接，且锚杆的端部锚固于隧道的围岩中。
在可选的实施方式中，隧道支护结构还包括吸能气囊，吸能气囊与钢管混凝土拱架或吸能钢管连接，且吸能气囊用于充气膨胀以与隧道的爆坑内壁贴合。
在可选的实施方式中，吸能气囊包括囊体、充气阀以及卸压阀，充气阀及卸压阀均与囊体内部连通，且充气阀用于向囊体内注入气体，卸压阀用于在囊体的内部压力大于预设压力时，导出囊体内的气体，以使得囊体的内部压力小于或等于预设压力。
在可选的实施方式中，多个吸能钢管交错排布成网状。
在可选的实施方式中，吸能钢管为恒阻吸能的空心管。
在可选的实施方式中，隧道支护结构还包括钢筋网体，钢筋网体位于隧道的内壁与多个吸能钢管之间。
本发明实施例的有益效果包括：
该隧道支护结构包括钢管混凝土拱架及多个吸能钢管；其中，多个吸能钢管均与钢管混凝土拱架朝向隧道内壁的一侧连接，多个吸能钢管均用于与隧道的内壁抵接。由此，该隧道支护结构在支护的过程中，多个吸能钢管能够通过自身的恒阻变形从而吸收能量，进而能够有效应对岩爆灾害，并处理围岩变形和地震等涉及能量支护的情况。具体的，当隧道发生岩爆或围岩变形时，岩块产生的动能直接作用于多个吸能钢管，而多个吸能钢管能够在岩块的外力作用下恒阻变形，从而吸收岩爆能量，并且钢管混凝土拱架能够在此过程中对多个吸能钢管起到支撑的作用，从而能够保证该隧道支护结构的正常支护作用。由此，该隧道支护结构的结构简单，从而能够简化施工的步骤，且降低建造的成本；同时能够保证隧道施工作业设备、人员的安全。另外，多个吸能钢管间隔分布，调节布置的密度，以便适应不同等级的岩爆。
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结构第一视角的结构示意图；
图2为图1中A处的放大示意图；
图3为本发明实施例中隧道支护结构第二视角的结构示意图；
图4为图3中B处的放大示意图；
图5为本发明实施例中隧道支护结构的安装示意图；
图6为图5中C处的放大示意图；
图7为本发明实施例中吸能钢管的结构示意图；
图8为本发明其他实施例中吸能钢管的结构示意图；
图9为本发明实施例中锚杆的安装示意图；
图10为本发明实施例中吸能气囊的安装示意图。
图标：110-围岩；111-爆坑；200-隧道支护结构；210-钢管混凝土拱架；220-吸能钢管；221-子管体；222-连接件；230-锚杆；240-吸能气囊；241-囊体；242-充气阀；243-卸压阀；250-钢筋网体。
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6，图1-图6示出了本发明实施例中隧道支护结构的结构；本实施例提供了一种隧道支护结构200，隧道支护结构200包括钢管混凝土拱架210及多个吸能钢管220；
多个吸能钢管220均与钢管混凝土拱架210朝向隧道内壁的一侧连接，多个吸能钢管220均用于与隧道的内壁抵接。
需要说明的是，在本发明的实施例中，在设置钢管混凝土拱架210时，钢管混凝土拱架210可以采用现有技术中的钢管混凝土拱架210，且在选用对应的钢管混凝土拱架210时，可以根据隧道的实际条件，设置对应的钢管混凝土拱架210类型；具体的，在设置钢管混凝土拱架210时，可以选用工字钢或者钢管混凝土作为钢管混凝土拱架210的成型材料，且钢管混凝土拱架210的断面型式可为：圆形、马蹄形、半圆形、半拱形等，并且钢管混凝土拱架210的断面形式可以根据隧道的断面进行适应性的设置。
而在设置吸能钢管220时，为使得吸能钢管220能够在支护的过程中，能够吸收围岩110的压力，围岩110的压力可以是围岩110变形、地震或是在发生岩爆时施加于与围岩110接触的吸能钢管220，故，吸能钢管220可以采用恒阻吸能的空心管，其材料可以为钢材，且其截面为圆形。从而能够通过这样的设置方式，增加吸能钢管220的支护作用，并且能够增加其可吸收的能量，进而通过这样的设置方式，提高其支护以及吸能的效果。
其次，在布置多个吸能钢管220时，可以采用多种的布置形式，其目的是增大与隧道内壁的接触面积，从而通过这样的方式，降低隧道内壁的围岩110的应力集中的程度，进而能够通过这样的方式，同步降低隧道内壁发生岩爆的可能性；而且这样的方式，能够避免该隧道支护结构200的局部应力过大，而导致部分支护位置的支护应力过大，而导致局部吸能钢管220产生异常损坏的现象。需要说明的是，还可以通过调节吸能钢管220的尺寸大小、壁厚和安装密度等参数以适应不同等级的岩爆。
并且，这样的支护形式，在支护的过程中，多个吸能钢管220在吸收围岩110压力的同时，能够受到钢管混凝土拱架210的支撑作用，进而能够通过这样的方式，使得钢管混凝土拱架210的刚性支撑与吸能钢管220的吸能支护相结合，从而能够保证该隧道支护结构200的支护效果。
综上，该隧道支护结构200的工作原理是：
请参考图1-图6，该隧道支护结构200包括钢管混凝土拱架210及多个吸能钢管220；其中，多个吸能钢管220均与钢管混凝土拱架210朝向隧道内壁的一侧连接，多个吸能钢管220均用于与隧道的内壁抵接。由此，该隧道支护结构200在支护的过程中，多个吸能钢管220能够通过自身的恒阻变形从而吸收能量，进而能够有效应对岩爆灾害，并处理围岩110变形和地震等涉及能量支护的情况。具体的，当隧道发生岩爆或围岩110变形时，岩块产生的动能直接作用于多个吸能钢管220，而多个吸能钢管220能够在岩块的外力作用下恒阻变形，从而吸收岩爆能量，并且钢管混凝土拱架210能够在此过程中对多个吸能钢管220起到支撑的作用，从而能够保证该隧道支护结构200的正常支护作用。由此，该隧道支护结构200的结构简单，从而能够简化施工的步骤，且降低建造的成本。
请参考图1-图8，图7示出了本发明实施例中吸能钢管的结构，图8示出了本发明其他实施例中吸能钢管的结构，基于上述内容，在本实施例中，在布置多个吸能钢管220时，为增加吸能钢管220与隧道内壁的接触面积，故，多个吸能钢管220均沿隧道的延伸方向延伸，且多个吸能钢管220均绕钢管混凝土拱架210的中心线依次间隔排布。
而在设置钢管混凝土拱架210时，由于钢管混凝土拱架210需根据隧道的支护要求进行设置，故其长度在设置的过程中存在一定的变化，由此，在设置多个吸能钢管220时，可以沿隧道的延伸方向，使得每个吸能钢管220的长度均等于一榀钢管混凝土拱架210的长度，即，可以根据钢管混凝土拱架210的长度适应性设置多个吸能钢管220。
而在本发明的其他实施例中，还可以将吸能钢管220设置为标准件，即，可以根据钢管混凝土拱架210的长度，调整吸能钢管220的长度；具体的，可以使得每个吸能钢管220均包括多个子管体221及多个连接件222，多个子管体221均与钢管混凝土拱架210连接，且任意两个相邻的子管体221的相互靠近的一端均通过连接件222连接。即，能够通过钢管混凝土拱架210的长度选用子管体221的数量，并通过连接件222将多个子管体221进行对接的方式，将多个子管体221组装为与钢管混凝土拱架210的长度相适应的吸能钢管220。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，在吸能钢管220的长度小于钢管混凝土拱架210的长度时，还可以采用将多个吸能钢管220交错排布的方式，使得多个吸能钢管220间隔均匀的分别于钢管混凝土拱架210朝向隧道的内壁的一侧。而且，在将多个吸能钢管220交错排布时，多个吸能钢管220可以相互平行，也可以使得相邻的两个吸能钢管220呈角度的排布，从而使得多个吸能钢管220交错排布成网状。
进一步地，请参考图1-图9，图9示出了本发明实施例中锚杆的结构，基于上述内容，在本实施例中，该隧道支护结构200还包括锚杆230，锚杆230与钢管混凝土拱架210或钢管混凝土拱架210连接，且锚杆230的端部锚固于隧道的围岩110中。需要说明的是，该锚杆230的作用在于增加该隧道支护结构200的支护性能，以使得该隧道支护结构200能够满足隧道的支护需求，并且，在该隧道支护结构200采用钢管混凝土拱架210及多个吸能钢管220组合的形式便能够满足隧道的支护需求时，可以采用上述内容中不设置锚杆230的方式。
具体的，在锚杆230与吸能钢管220连接时，锚杆230的一端锚固于隧道的围岩110内，而锚杆230的另一端则与吸能钢管220连接，由此，通过这样的连接方式，通过锚杆230与吸能钢管220的连接，能够使得吸能钢管220吸收锚杆230的位移能量的作用，进而能够使得被锚杆230锚固的围岩110部分的变形或位移能量能够经锚杆230传递至吸能钢管220，并被吸能钢管220吸收。需要说明的是，为使得锚杆230能够与吸能钢管220连接，故吸能钢管220上开设有安装锚杆230的安装孔。
进一步地，请参考图1-图10，图10示出了本发明实施例中吸能气囊的结构，在本实施例中，由于围岩110的同一位置发生多次岩爆时，前一次的岩石掉落会形成岩爆爆坑111，在此情况下，隧道支护结构200还可以包括吸能气囊240，吸能气囊240与钢管混凝土拱架210或吸能钢管220连接，且吸能气囊240用于充气膨胀以与隧道的爆坑111内壁贴合，从而能够通过吸能气囊240支撑爆坑111空间。
具体的，吸能气囊240包括囊体241、充气阀242以及卸压阀243，充气阀242及卸压阀243均与囊体241内部连通；囊体241放置在空心钢管上方，且充气阀242用于向囊体241内注入气体，充气后囊体241与爆坑111内壁的围岩110接触。并且囊体241的材料可以采用耐摩擦及耐冲击的材料，如：聚氨酯等聚合材料(消防水带)；而囊体241的内衬材料则可以采用橡胶，且囊体241的外衬包裹有聚氨酯。
而在岩爆块石冲击囊体241时，通过囊体241的压缩能够吸收岩爆块石的冲击能量，而此时，卸压阀243便可用于在囊体241的内部压力大于预设压力时，导出囊体241内的气体，以使得囊体241的内部压力小于或等于预设压力，从而对囊体241起到保护的作用。
在本实施例中，隧道支护结构200还包括钢筋网体250，钢筋网体250位于隧道的内壁与多个吸能钢管220之间，用于阻挡细小石块的掉落。
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 (10)

1.一种隧道支护结构，其特征在于：
所述隧道支护结构(200)包括钢管混凝土拱架(210)及多个吸能钢管(220)；
多个所述吸能钢管(220)均与所述钢管混凝土拱架(210)朝向隧道内壁的一侧连接，多个所述吸能钢管(220)均用于与所述隧道的内壁抵接。
2.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于：
多个所述吸能钢管(220)均沿所述隧道的延伸方向延伸，且多个所述吸能钢管(220)均绕所述钢管混凝土拱架(210)的中心线依次间隔排布。
3.根据权利要求2所述的隧道支护结构，其特征在于：
沿所述隧道的延伸方向，每个所述吸能钢管(220)的长度均等于一榀所述钢管混凝土拱架(210)的长度。
4.根据权利要求2所述的隧道支护结构，其特征在于：
每个所述吸能钢管(220)均包括多个子管体(221)及多个连接件(222)，多个所述子管体(221)均与所述钢管混凝土拱架(210)连接，且任意两个相邻的所述子管体(221)的相互靠近的一端均通过连接件(222)连接。
5.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于：
所述隧道支护结构(200)还包括锚杆(230)，所述锚杆(230)与所述钢管混凝土拱架(210)或所述钢管混凝土拱架(210)连接，且所述锚杆(230)的端部锚固于所述隧道的围岩(110)中。
6.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于：
所述隧道支护结构(200)还包括吸能气囊(240)，所述吸能气囊(240)与所述钢管混凝土拱架(210)或所述吸能钢管(220)连接，且所述吸能气囊(240)用于充气膨胀以与所述隧道的爆坑(111)内壁贴合。
7.根据权利要求6所述的隧道支护结构，其特征在于：
所述吸能气囊(240)包括囊体(241)、充气阀(242)以及卸压阀(243)，所述充气阀(242)及所述卸压阀(243)均与所述囊体(241)内部连通，且所述充气阀(242)用于向所述囊体(241)内注入气体，所述卸压阀(243)用于在所述囊体(241)的内部压力大于预设压力时，导出所述囊体(241)内的气体，以使得所述囊体(241)的内部压力小于或等于所述预设压力。
8.根据权利要求1所述的隧道支护结构，其特征在于：
多个所述吸能钢管(220)交错排布成网状。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的隧道支护结构，其特征在于：
所述吸能钢管(220)为恒阻吸能的空心管。
10.根据权利要求1-8中任意一项所述的隧道支护结构，其特征在于：
所述隧道支护结构(200)还包括钢筋网体(250)，所述钢筋网体(250)位于所述隧道的内壁与多个所述吸能钢管(220)之间。
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