CN114320414A - 一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法，包括有让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫‑纤维喷射混凝土层和多级吸能式钢架，所述的多级吸能式钢架包括有吸能式钢拱架外环、多级吸能环和吸能式钢拱架内环，所述多级吸能环安装在吸能式钢拱架外环与吸能式钢拱架内环之间，所述的吸能式泡沫‑纤维喷射混凝土层位于玄武岩纤维格栅和吸能式钢拱架外环之间，所述的让压锚杆的一个端部与玄武岩纤维格栅固定连接。本发明通过让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫‑纤维喷射混凝土层、多级吸能式钢架等吸能、消能结构，实现多级吸能、控制围岩变形，对于高地应力隧道、巷道支护领域具有重要的现实意义和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及隧道、巷道支护技术领域，尤其涉及一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法。
背景技术
随着我国交通行业的发展，深埋隧道的建设数量越来越多。深埋隧道面临的最大问题是高地应力问题，隧道开挖后，地应力重分部，地应力作用下岩体向临空面发展，根据围岩强度等级不同呈现不同程度的大变形、岩爆等灾害，危急施工人员生命安全。同时，高地应力隧道变形周期长，施工期甚至运营期会导致支护结构、主题结构变形过大，严重情况下，影响隧道正常运营。但是，围岩有一定自稳能力，充分发挥围岩自稳能力，有助于降低支护成本，提升工程建设的经济效益。
考虑到高地应力围岩应力释放机制及大变形机理的复杂性，为实现多级有序释放围岩压力，控制围岩变形，研发一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法。
发明内容
本发明目的是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法，本发明通过让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层、多级吸能式钢架等吸能、消能结构，实现多级吸能、控制围岩变形，对于高地应力隧道、巷道支护领域具有重要的现实意义和推广价值。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种多级吸能式隧道支护结构，包括有让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层和多级吸能式钢架，所述的多级吸能式钢架包括有吸能式钢拱架外环、多级吸能环和吸能式钢拱架内环，所述多级吸能环安装在吸能式钢拱架外环与吸能式钢拱架内环之间，所述的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层位于玄武岩纤维格栅和吸能式钢拱架外环之间，所述的让压锚杆的一个端部与玄武岩纤维格栅固定连接。
所述的多级吸能环是通过三层半圆形高强钢材制成的，多级吸能环分别与吸能式钢拱架内环和吸能式钢拱架外环焊接连接。
所述的玄武岩纤维格栅的网格尺寸为15×25mm。
所述的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层采用的纤维为3~5mm短切玄武岩纤维，吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层的厚度为30~45mm。
所述的多级吸能式钢架的拼接方式采用双侧吸能式钢拱架拼接钢板加连接螺栓的形式连接，每侧4颗连接螺栓。
所述的让压锚杆包括让压锚杆螺栓、让压锚杆托盘、让压锚杆吸能弹簧、让压锚杆挡板和让压锚杆杆体，让压锚杆托盘、让压锚杆挡板在中心开孔后套至让压锚杆杆体，让压锚杆吸能弹簧套于让压锚杆托盘、让压锚杆挡板中间，让压锚杆螺栓与让压锚杆杆体通过螺纹连接，让压锚杆与所述的玄武岩纤维格栅采用咬合方式连接，通过让压锚杆吸能弹簧与玄武岩纤维格栅的变形吸收围岩变性能且有足够刚度限制围岩变形。
所述的让压锚杆吸能弹簧采用高强钢材制成的，所述让压锚杆杆体采用中空式注浆杆体。
所述的多级吸能式钢架沿隧道方向间距1.0~1.5m布置。
一种多级吸能式隧道支护结构的施工方法，具体包括如下步骤：
步骤一：根据地质勘查资料、围岩揭露情况确定隧道支护结构参数和设计参数；
步骤二：开展支护结构设计，包含让压锚杆角度、长度、注浆参数、间距、多级吸能式钢架分块数量、间距、玄武岩纤维格栅的网格尺寸、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层的配合比、厚度及纤维掺量；
步骤三：根据支护结构设计方案，测量放线开展支护结构材料预制工作；
步骤四：喷射15~25cm厚吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层，封闭围岩面；
步骤五：敷设玄武岩纤维格栅网和让压锚杆；让压锚杆一端穿过玄武岩纤维格栅网格间空隙，控制让压锚杆螺栓加紧让压锚杆挡板和玄武岩纤维格栅网；
步骤六：根据支护结构设计喷射足够厚度的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层；
步骤七：架设多级吸能式钢架，并采用双侧吸能式钢拱架拼接钢板加连接螺栓的形式连接；
步骤八：重复步骤三至步骤七，沿隧道方向设置下一段支护结构。
本发明的优点是：1、本发明提通过让压锚杆、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土、多级吸能式钢架，较好的实现了从岩层深部至岩层临空面的多级吸能式让压支护；
2、本发明的多级吸能式钢架中间为三层半圆形高强钢材，该部分不仅具有较好的承载能力，且可分三级吸能让压，能较好的控制、释放围岩应力；
3. 本发明吸能式泡沫-纤维喷射混凝土中选用的是玄武岩纤维、格栅选用的是玄武岩纤维格栅，该材料为完全绿色材料，质量轻、强度高、具有较好的高温、低温适应性；
4. 本发明结构简单、施工方便，对高地应力隧道吸能式支护具有重要的工程实际价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明部分放大图。
图3为本发明平面图。
图4为让压锚杆结构示意图。
图5为多级吸能式钢架拼接节点示意图。
图中标号，1让压锚杆，1.1让压锚杆螺栓，1.2让压锚杆托盘，1.3让压锚杆吸能弹簧，1.4让压锚杆挡板，1.5让压锚杆杆体，2多级吸能环，3吸能式钢拱架内环，4吸能式钢拱架外环，5吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层，6玄武岩纤维格栅，7双侧吸能式钢拱架拼接钢板，8连接螺栓，9多级吸能式钢架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1、2、3、4、5所示，本发明一种多级吸能式隧道支护结构，包括让压锚杆1、玄武岩纤维格栅6、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5和多级吸能式钢架9，所述让压锚杆1由让压锚杆螺栓1.1、让压锚杆托盘1.2、让压锚杆吸能弹簧1.3、让压锚杆挡板1.4、让压锚杆杆体1.5，让压锚杆托盘、让压锚杆挡板在中心开孔后套至让压锚杆杆体，让压锚杆吸能弹簧套于让压锚杆托盘、让压锚杆挡板中间，螺栓与让压锚杆杆体通过螺纹、螺栓方式连接；所述玄武岩纤维格栅6，选用经向、纬向断裂延伸率均小于3%，经向、纬向断裂强度大于50KN/m，网格尺寸选用15×25mm，幅宽3m；所述吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5，水泥净浆配合比按水泥：水=1：0.45执行，纤维选用3~5mm短切玄武岩纤维，每立方米吸能式泡沫-纤维喷射混凝土掺入0.6kg~0.9kg短切玄武岩纤维，吸能式泡沫-纤维喷射混凝土砂率宜为50%～60%；所述级吸能式钢架9，由吸能式钢拱架内环3、多级吸能环2、吸能式钢拱架外环4构成，吸能式钢拱架内环3与吸能式钢拱架外环4选用厚度为14mm，宽度为200mm的热轧钢板，多级吸能环2是通过三层半圆形高强钢材制成的，多级吸能环2安装在吸能式钢拱架外环4与吸能式钢拱架内环3之间，分别与吸能式钢拱架内环3和吸能式钢拱架外环4焊接连接。
所述的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5位于玄武岩纤维格栅6和吸能式钢拱架外环4之间，所述的让压锚杆1的一个端部与玄武岩纤维格栅6固定连接。
所述的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5厚度宜为30~45mm。
如图5所示，所述的多级吸能式钢架9的拼接方式采用双侧吸能式钢拱架拼接钢板7加连接螺栓8的形式连接，每侧4颗φ22连接螺栓。
如图4所示，所述的让压锚杆1包括让压锚杆螺栓1.1、让压锚杆托盘1.2、让压锚杆吸能弹簧1.3、让压锚杆挡板1.4和让压锚杆杆体1.5，让压锚杆挡板1.4、压锚杆托盘1.2和让压锚杆吸能弹簧1.3组成一体套于让压锚杆杆体1.5。
所述的让压锚杆吸能弹簧1.3采用高强钢材制成的，所述让压锚杆杆体1.5采用中空式注浆杆体。
所述的多级吸能式钢架9沿隧道方向间距1.0~1.5m布置。
一种多级吸能式隧道支护结构的施工方法，具体包括如下步骤：
步骤一：根据水文地质勘查资料、围岩揭露情况确定隧道支护结构参数和设计参数；
根据隧道围岩等级、地应力测量结果、埋深、断面大小、变形控制标准等设计计算参数，确定让压锚杆1长度、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5厚度及配合比、多级吸能式钢架9几何参数及强度参数；
步骤二：开展支护结构设计，包含让压锚杆1角度、长度、注浆参数、间距、多级吸能式钢架分块数量、间距、玄武岩纤维格栅6的网格尺寸、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5的配合比、厚度及纤维掺量；
步骤三：根据支护结构设计方案，开展支护结构材料预制工作；
以一个循环进深为单元，按照设计方案打设相应数量的让压锚杆钻孔、拼装多级吸能式钢架9、准备足够的玄武岩纤维格栅6和吸能式泡沫-纤维喷射混凝土5；
步骤四：喷射15~25cm厚吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5，封闭围岩面；
步骤五：敷设玄武岩纤维格栅网6和让压锚杆1；
让压锚杆1一端穿过玄武岩纤维格栅网6格间空隙，控制让压锚杆螺栓1.1加紧让压锚杆挡板1.4和玄武岩纤维格栅网6。
步骤六：根据支护结构设计喷射足够厚度的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5；
步骤七：架设多级吸能式钢架9，并采用双侧吸能式钢拱架拼接钢板加连接螺栓的形式连接；
安装时要尽量贴近吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层5表面，有间隙时要用垫块塞紧，多级吸能式钢架9要垂直于隧道中线，竖向不倾斜、平面不错位，不扭曲，上、下、左、右允许偏差±5cm，钢架倾斜度要小于2度。
步骤八：重复步骤三至步骤七，沿隧道方向设置下一单元支护结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多级吸能式隧道支护结构，其特征在于：包括有让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层和多级吸能式钢架，所述的多级吸能式钢架包括有吸能式钢拱架外环、多级吸能环和吸能式钢拱架内环，所述多级吸能环安装在吸能式钢拱架外环与吸能式钢拱架内环之间，所述的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层位于玄武岩纤维格栅和吸能式钢拱架外环之间，所述的让压锚杆的一个端部与玄武岩纤维格栅固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种多级吸能式隧道支护结构，其特征在于：所述的多级吸能环是通过三层半圆形高强钢材制成的，多级吸能环分别与吸能式钢拱架内环和吸能式钢拱架外环焊接连接。
3.根据权利要求1所述的一种多级吸能式隧道支护结构，其特征在于：所述的玄武岩纤维格栅的网格尺寸为15×25mm。
4.根据权利要求1所述的一种多级吸能式隧道支护结构，其特征在于：所述的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层采用的纤维为3~5mm短切玄武岩纤维，吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层的厚度为30~45mm。
5.根据权利要求1所述的一种多级吸能式隧道支护结构，其特征在于：所述的多级吸能式钢架的拼接方式采用双侧吸能式钢拱架拼接钢板加连接螺栓的形式连接，每侧4颗连接螺栓。
6.根据权利要求1所述的一种多级吸能式隧道支护结构，其特征在于：所述的让压锚杆包括让压锚杆螺栓、让压锚杆托盘、让压锚杆吸能弹簧、让压锚杆挡板和让压锚杆杆体，让压锚杆托盘、让压锚杆挡板在中心开孔后套至让压锚杆杆体，让压锚杆吸能弹簧套于让压锚杆托盘、让压锚杆挡板中间，让压锚杆螺栓与让压锚杆杆体通过螺纹连接，让压锚杆与所述的玄武岩纤维格栅采用咬合方式连接。
7.根据权利要求6所述的一种多级吸能式隧道支护结构，其特征在于：所述的让压锚杆吸能弹簧采用高强钢材制成的，所述让压锚杆杆体采用中空式注浆杆体。
8.根据权利要求1所述的一种多级吸能式隧道支护结构，其特征在于：所述的多级吸能式钢架沿隧道方向间距1.0~1.5m布置。
9.一种多级吸能式隧道支护结构的施工方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤一：根据地质勘查资料、围岩揭露情况确定隧道支护结构参数和设计参数；
步骤二：开展支护结构设计，包含让压锚杆角度、长度、注浆参数、间距、多级吸能式钢架分块数量、间距、玄武岩纤维格栅的网格尺寸、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层的配合比、厚度及纤维掺量；
步骤三：根据支护结构设计方案，开展支护结构材料预制工作；
步骤四：喷射15~25cm厚吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层，封闭围岩面；
步骤五：敷设玄武岩纤维格栅网和让压锚杆；让压锚杆一端穿过玄武岩纤维格栅网格间空隙，控制让压锚杆螺栓加紧让压锚杆挡板和玄武岩纤维格栅网；
步骤六：根据支护结构设计喷射足够厚度的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层；
步骤七：架设多级吸能式钢架，并采用双侧吸能式钢拱架拼接钢板加连接螺栓的形式连接；
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