CN113982632A - 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。该隧道支护结构包括拱架、多个环向恒阻器以及多个径向恒阻器;其中,多个环向恒阻器均与拱架连接;多个径向恒阻器与拱架朝向隧道内壁的侧面连接,并用于与隧道的内壁抵接。环向恒阻器和径向恒阻器都具有高可压缩率和低恒阻的特点,当具有高可压缩率和低恒阻特点的径向恒阻器和环向恒阻器变形完成后,围岩的形变压力已经得到极大释放,初期支护组合结构的残余强度不小于围岩压力,能够维持围岩的稳定性,保证支护结构不发生侵限或溃塌等情况。该隧道支护结构能够释放围岩形变压力,减小初期支护结构的结构内力,从而保证初期支护结构的稳定性。
Description
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
传统的“强支硬顶”支护理念,是通过不断增加初期支护结构的厚度和刚度来增加支护抗力,减小围岩变形,进而保证初期支护结构的稳定性。
然而,当遇到软岩大变形隧道或者滞后岩爆隧道时,围岩的形变压力或者岩块炸飞的冲击力将远远超过初期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初期支护结构的峰值强度时,初期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。同样的,当滞后岩爆隧道发生岩爆时,飞溅岩块的强大冲击力也会造成初期支护结构的局部损坏、甚至人员伤亡。更换损坏和溃塌的初期支护结构,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结构,其能够释放围岩形变压力,减小初期支护结构的结构内力,从而保证初期支护结构的稳定性,还可以吸收飞溅岩块的冲击力,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结构,隧道支护结构包括拱架、多个环向恒阻器以及多个径向恒阻器;
多个环向恒阻器均与拱架连接;多个径向恒阻器与拱架朝向隧道内壁的侧面连接,并用于与隧道的内壁抵接。
在可选的实施方式中,拱架包括沿隧道的内壁轮廓设置的多个分段,多个环向恒阻器分别位于任意两个相邻的分段之间,且与两个相邻的分段连接。
在可选的实施方式中,多个径向恒阻器均沿隧道的轴线方向延伸,且多个径向恒阻器沿隧道的内壁轮廓依次排布,每个径向恒阻器均与相邻的径向恒阻器抵接。
在可选的实施方式中,径向恒阻器为截面轮廓为矩形或圆形的筒体。
在可选的实施方式中,径向恒阻器由钢板、波纹板或塑料板中的一种或多种制成。
在可选的实施方式中,径向恒阻器为钢筋制成的钢筋笼;
隧道支护结构还包括包覆钢筋笼的无纺布层。
在可选的实施方式中,环向恒阻器包括吸能部以及两个连接部;
吸能部位于两个连接部之间,且均与两个连接部连接;两个连接部分别与两个相邻的分段相互靠近的一端连接。
在可选的实施方式中,两个连接部均为连接板,且两个连接板平行。
在可选的实施方式中,吸能部包括多个吸能板,吸能板的两端分别与两个连接板连接;
或,吸能部包括环形件,两个连接板均与环形件的外周面连接。
在可选的实施方式中,吸能板弯曲设置或倾斜设置。
本发明实施例的有益效果包括:
该隧道支护结构包括拱架、多个环向恒阻器以及多个径向恒阻器;其中,多个环向恒阻器均与拱架连接;多个径向恒阻器与拱架朝向隧道内壁的侧面连接,并用于与隧道的内壁抵接。
环向恒阻器和径向恒阻器都具有高可压缩率和低恒阻的特点,这样的结构设置,使得拱架外侧的径向恒阻器属于柔性支护,拱架整体结构属于刚性支护;安装在拱架上的环向恒阻器属于柔性支护,环向恒阻器压实后,拱架整体结构属于刚性支护。
当具有高可压缩率和低恒阻特点的径向恒阻器和环向恒阻器变形完成后,围岩的形变压力已经得到极大释放,初期支护组合结构的残余强度不小于围岩压力,能够维持围岩的稳定性,保证支护结构不发生侵限或溃塌等情况。同时,径向恒阻器具有的韧性特点又可以用于滞后岩爆隧道支护,保证支护结构的可控变形但不至于损坏。
由此,该隧道支护结构能够释放围岩形变压力,减小初期支护结构的结构内力,从而保证初期支护结构的稳定性,还可以吸收飞溅岩块的冲击力,避免支护结构的损坏,保证施工作业人员的安全。
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的结构示意图;
图2为图1中A处的局部放大图;
图3为本发明实施例中波纹板型的环向恒阻器的结构示意图;
图4为本发明实施例中圆钢筒型的径向恒阻器的结构示意图;
图5为本发明实施例中波纹筒型的径向恒阻器的结构示意图;
图6为本发明实施例中钢筋笼型径向恒阻器的结构示意图;
图7为本发明实施例中直板型环向恒阻器的结构示意图;
图8为本发明实施例中弧板型环向恒阻器的结构示意图;
图9为本发明实施例中斜板型环向恒阻器的结构示意图;
图10为本发明实施例中圆筒型环向恒阻器的结构示意图。
图标:200-隧道支护结构;210-拱架;220-环向恒阻器;230-径向恒阻器;211-分段;221-吸能部;222-连接部;223-连接板;224-吸能板;225-环形件。
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1示出了本发明实施例中隧道支护结构200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包括拱架210、多个环向恒阻器220以及多个径向恒阻器230;
多个环向恒阻器220均与拱架210连接;多个径向恒阻器230与拱架210朝向隧道内壁的侧面连接,并用于与隧道的内壁抵接。
该隧道支护结构200还具有的延性特点,这一特点使其可以用于大变形隧道支护,同时,径向恒阻器230具有的韧性特点又可以用于滞后岩爆隧道支护,保证支护结构的可控变形但不至于损坏。该隧道支护结构200可以根据现场需要动态调整和选择适合的结构型式、结构参数、组成材料、安装位置以及安装数量等,使得隧道支护结构200具有现场支护需要的恒阻值和变形能力。并且该隧道支护结构200可以应用于全断面法,台阶法等各种隧道施工方法,应用范围广泛,极少改变原有的施工工序流程,施工人员不需额外培训,上手快,而且还具备成本低廉、施工方便以及施工效率高的优点。
需要说明的是,在本实施例中,拱架210可为钢拱架、格栅钢架、钢管混凝土或混凝土管片等,因此拱架210可以由工字钢、型钢、钢筋、钢管或者混凝土等制成;并且环向恒阻器220可以通过螺栓与拱架210连接,也可以通过焊接与拱架210连接;而径向恒阻器230则可以通过焊接或绑扎固定在拱架210的围岩侧表面;
该隧道支护结构200的工作原理是:
该隧道支护结构200包括拱架210、多个环向恒阻器220以及多个径向恒阻器230;其中,多个环向恒阻器220均与拱架210连接;多个径向恒阻器230与拱架210朝向隧道内壁的侧面连接,并用于与隧道的内壁抵接。
环向恒阻器220和径向恒阻器230都具有高可压缩率和低恒阻的特点,这样的结构设置,使得拱架210外侧的径向恒阻器230属于柔性支护,拱架210整体结构属于刚性支护;安装在拱架210上的环向恒阻器220属于柔性支护,环向恒阻器220压实后,拱架210整体结构属于刚性支护。
当具有高可压缩率和低恒阻特点的径向恒阻器230和环向恒阻器220变形完成后,围岩的形变压力已经得到极大释放,初期支护组合结构的残余强度不小于围岩压力,能够维持围岩的稳定性,保证支护结构不发生侵限或溃塌等情况。同时,径向恒阻器230具有的韧性特点又可以用于滞后岩爆隧道支护,保证支护结构的可控变形但不至于损坏。
由此,该隧道支护结构200能够释放围岩形变压力,减小初期支护结构的结构内力,从而保证初期支护结构的稳定性,还可以吸收飞溅岩块的冲击力,避免支护结构的损坏,保证施工作业人员的安全。
请参考图1及图2,图2示出了本发明实施例中拱架210的结构,在本实施例中,在安装环向恒阻器220时,可以使得拱架210包括沿隧道的内壁轮廓设置的多个分段211,而多个环向恒阻器220则分别位于任意两个相邻的分段211之间,且与两个相邻的分段211连接。
在安装径向恒阻器230时,可使得多个径向恒阻器230均沿隧道的轴线方向延伸,且多个径向恒阻器230沿隧道的内壁轮廓依次排布,每个径向恒阻器230均与相邻的径向恒阻器230抵接。
进一步地,请参照图1-图5,图3示出了本发明实施例中波纹板型的环向恒阻器220的结构,图4示出了本发明实施例中圆钢筒型的径向恒阻器230的结构,图5示出了本发明实施例中波纹筒型的径向恒阻器230的结构;
在本实施例中,在制作径向恒阻器230时,径向恒阻器230可以为截面轮廓为矩形或圆形的筒体。需要说明的是,环向恒阻器220及径向恒阻器230均可由钢板、圆钢筒、波纹筒、波纹板或塑料板中的一种或多种制成。
需要说明的是,请参照图6,图6示出了本发明实施例中钢筋笼型径向恒阻器的结构,径向恒阻器230还可以为钢筋制成的钢筋笼;并且,在径向恒阻器230为钢筋笼时,隧道支护结构200还包括包覆钢筋笼的无纺布层。
请参照图1-图10,图7示出了本发明实施例中直板型环向恒阻器220的结构,图8示出了本发明实施例中弧板型环向恒阻器220的结构,图9示出了本发明实施例中斜板型环向恒阻器220的结构,图10示出了本发明实施例中圆筒型环向恒阻器220的结构;
请参照图7,在制作环向恒阻器220时,环向恒阻器220包括吸能部221以及两个连接部222;其中,吸能部221位于两个连接部222之间,且均与两个连接部222连接;两个连接部222分别与两个相邻的分段211相互靠近的一端连接。需要说明的是,在本实施例中,吸能部221以及两个连接部222可以是焊接连接,也可以是一体成型制成。
具体的,两个连接部222均为连接板223,且两个连接板223平行。而吸能部221包括多个吸能板224,吸能板224的两端分别与两个连接板223连接;
在本实施例中,当两个连接部222为平行的连接板223,且吸能部221包括多个吸能板224时,还可以使得吸能板224与连接板223垂直设置(如图7所示),也可以使得吸能板224弯曲设置(如图8所示)或倾斜设置(如图9所示)。
需要说明的是,吸能部221还可以包括环形件225,且两个连接板223均与环形件225的外周面连接(如图10所示)。
该隧道支护结构200将传统的“强支硬顶”的隧道支护理念转换为“刚-柔并济”的支护理念,其利用恒阻器具有的高可压缩率、低恒阻以及延性的特点吸收围岩变形,释放围岩形变压力,减小拱架210的结构内力,保证隧道支护结构200的稳定性,防止隧道支护结构200的溃塌。而且利用径向恒阻器230还具有的韧性特点来吸收滞后岩爆发生时,飞溅岩块的强大冲击力,防止支护结构的局部损坏以及施工人员的伤亡。
而在进行支护的过程中,可以根据现场需要动态调整、选择恒阻器的结构型式、结构参数、组成材料、安装位置以及安装数量等,使其具有现场支护需要的恒阻值和变形能力。
另外,该隧道支护结构200可以广泛适用于全断面法,台阶法等各种隧道施工方法,具有加工简便,施工方便的特点。且能够避免支护结构因损坏、变形造成的溃塌和更换,保证了施工人员的安全,减少了因更换带来的支护材料和施工成本的重复投入,保证了工期不延误。
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)包括拱架(210)、多个环向恒阻器(220)以及多个径向恒阻器(230);
多个所述环向恒阻器(220)均与所述拱架(210)连接;多个所述径向恒阻器(230)与所述拱架(210)朝向隧道内壁的侧面连接,并用于与隧道的内壁抵接。
2.根据权利要求1所述的隧道支护结构,其特征在于:
所述拱架(210)包括沿隧道的内壁轮廓设置的多个分段(211),多个所述环向恒阻器(220)分别位于任意两个相邻的所述分段(211)之间,且与两个相邻的所述分段(211)连接。
3.根据权利要求1所述的隧道支护结构,其特征在于:
多个所述径向恒阻器(230)均沿隧道的轴线方向延伸,且多个所述径向恒阻器(230)沿隧道的内壁轮廓依次排布,每个所述径向恒阻器(230)均与相邻的所述径向恒阻器(230)抵接。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的隧道支护结构,其特征在于:
所述径向恒阻器(230)为截面轮廓为矩形或圆形的筒体。
5.根据权利要求4所述的隧道支护结构,其特征在于:
所述径向恒阻器(230)由钢板、波纹板或塑料板中的一种或多种制成。
6.根据权利要求4所述的隧道支护结构,其特征在于:
所述径向恒阻器(230)为钢筋制成的钢筋笼;
所述隧道支护结构(200)还包括包覆所述钢筋笼的无纺布层。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的隧道支护结构,其特征在于:
所述环向恒阻器(220)包括吸能部(221)以及两个连接部(222);
所述吸能部(221)位于两个所述连接部(222)之间,且均与两个所述连接部(222)连接;两个所述连接部(222)分别与两个相邻的分段(211)相互靠近的一端连接。
8.根据权利要求7所述的隧道支护结构,其特征在于:
两个所述连接部(222)均为连接板(223),且两个所述连接板(223)平行。
9.根据权利要求8所述的隧道支护结构,其特征在于:
所述吸能部(221)包括多个吸能板(224),所述吸能板(224)的两端分别与两个所述连接板(223)连接;
或,所述吸能部(221)包括环形件(225),两个所述连接板(223)均与所述环形件(225)的外周面连接。
10.根据权利要求9所述的隧道支护结构,其特征在于:
所述吸能板(224)弯曲设置或倾斜设置。
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