CN207111104U - 一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，包括由内至外依次对隧道洞进行支护的初期支护结构、让压层和二次衬砌，所述让压层为泡沫混凝土层；所述初期支护结构包括锚固结构、多环拱架和初喷砼层，所述锚固结构包括多个锚固单元，多个所述拱架均位于所述初喷砼层内部，每环所述拱架包括拱墙支架和仰拱支架，每环拱架上设置有一个锚固单元，所述锚固单元包括拱墙锚固单元和底部锚固单元；所述每环拱架和设置在该拱架上的锚固单元均布设在同一隧道断面上。本实用新型在锚固结构中将锚索和锚杆相结合使用，扩大了锚固范围，并且有效减弱围岩扰动和变形，还设置有泡沫混凝土层，不仅增大了缓冲极限，而且有效降低施工成本。
Description
技术领域
本实用新型属于大断面软弱围岩支护技术领域，具体涉及一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构。
背景技术
新世纪伴随着我国基础设施事业的快速发展，公路工程、铁路工程以及地下工程等获得了前所未有的发展机遇，导致大量长大、深埋隧道工程逐渐出现并增加。隧道穿越高地应力区、断层及遇到软弱围岩时，常产生软弱围岩大变形,如岩爆、垮塌、冒顶、底鼓、片帮、等相关地质灾害，影响人类生产、生活活动。现有的软弱围岩支护结构包括初期支护、缓冲层和二次衬砌，在实际施工中，围岩过于软弱，在地质活动较为频繁或者水文条件不利于施工的情况下，初期支护往往难以保证围岩的整体性，发生较大的变形，甚至超过缓冲层的缓冲极限，而且缓冲层的材料往往具有一定成本。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其在锚固结构中将锚索和锚杆相结合使用，扩大了锚固范围，并且有效减弱围岩扰动和变形，还设置有泡沫混凝土层，不仅增大了缓冲极限，而且有效降低施工成本。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：包括依次对隧道进行支护的初期支护结构、让压层和二次衬砌，所述让压层为泡沫混凝土层；所述初期支护结构包括锚固结构、多环沿隧道长度方向对隧道进行全断面支撑的拱架和喷射在隧道洞内壁上的初喷砼层，所述锚固结构包括多个分别部设在多环拱架外部的锚固单元，多环所述拱架均位于所述初喷砼层内，每环所述拱架包括拱墙支架和位于拱墙支架正下方的仰拱支架，所述拱墙支架与所述仰拱支架闭合成一体，每环所述拱架上均设置有一个锚固单元，所述锚固单元包括设置在所述拱墙支架上的拱墙锚固单元和设置在所述仰拱支架上的底部锚固单元；每环所述拱架和设置在该拱架上的锚固单元均布设在同一隧道断面上；
所述拱墙锚固单元包括两组分别对称布设在隧道两侧边墙的第二锚杆和五根布设在隧道拱部的第一锚索，每根所述第一锚索的两侧分别布设有一根第一锚杆，五根所述第一锚索包括一根设置在拱顶中部的第一中央锚索、两根对称设置在所述第一中央锚索两侧的第一侧部锚索和两根对称设置在所述第一中央锚索两侧的第一加强锚索，所述第一加强锚索位于第一中央锚索与第一侧部锚索之间，所述第二锚杆的数量至少为两个，所述第二锚杆与水平线的夹角α＝0°～20°；
所述隧道底部锚固单元包括第二锚索和第三锚杆，所述第二锚索的数量为五个，相邻两个所述第二锚索之间均设置有至少两根第三锚杆，五个所述第二锚索由设置在仰拱中部的第二中央锚索、对称设置在两拱脚位置处的第二拱脚锚索和对称设置在所述第二中央锚索两侧的第二加强锚索，所述第二加强锚索位于第二中央锚索与第二拱脚锚索之间；
每个所述拱架上设置有用于设置所述第一锚索、第二锚索、第一锚杆、第二锚杆和第三锚杆的预留孔。
上述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述第一锚索和第二锚索均为注浆锚索，所述第一锚杆、第二锚杆和第三锚杆均为注浆锚杆，所述注浆锚杆的直径其中，Q1为注浆锚杆的设计锚固力，σt1为锚杆材料的抗拉强度；所述注浆锚索的直径其中，Q2为注浆锚索的设计锚固力，σt2为锚索材料的抗拉强度；
相邻两个所述锚固单元的间距为A且其中，K为注浆锚杆的安全系数，K＝1.5～2.0；γ为隧道围岩岩体的重力密度；H为实际自然冒落拱高度，且其中，k为围岩残余碎胀系数；B为隧道宽度；f为隧道岩层坚固性系数；kt为隧道岩层稳定性系数；c为隧道围岩地压破坏值，其中，h为隧道的高度；L为隧道横断面的周长；γ为隧道围岩岩体的重力密度；Hm为隧道的埋深；S为隧道的断面积；为隧道两帮岩体剪切滑动面上的摩擦角。
上述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：第一锚杆的长度为L1＝l1+h2+l2，其中，l1为锚杆锚固段的长度，l1＝0.1m～0.2m；l2为锚杆外露段的长度，l2＝0.3m～0.5m；h2为隧道帮部发生有拉裂面滑动的巷帮单斜面剪切破坏时所形成的极限冒落拱的矢高，其中，a为隧道宽度的一半，b为隧道帮部滑动岩体的宽度，其中，h为隧道的高度；
第二锚杆的长度为L2＝l1+b+l2；
第一锚索的长度为L4＝l1+h3+l2，其中，h3为隧道帮部发生无拉裂面滑动的巷帮单斜面剪切破坏时所形成的极限冒落拱的矢高，
上述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：
第三锚杆的长度L3＝l1+h1+l2，其中，h1为自然冒落拱的矢高，
第二锚索的长度L5＝l1+H+l2。
上述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述拱架为钢管拱架，相邻两环所述钢管拱架之间的距离与相邻两个锚固单元的距离相等。
上述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述钢管拱架为无缝钢管，所述无缝钢管的直径所述无缝钢管的壁厚为4mm。
上述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述钢管拱架上通过紧固件挂装有金属网。
上述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述金属网为钢筋网。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型通过将锚索和锚杆相结合使用，扩大了锚固范围，并且有效减弱围岩扰动和变形。
2、本实用新型通过设置泡沫混凝土层，不仅增大了缓冲极限，而且有效降低施工成本。
3、本实用新型设计新颖合理，考虑周全，从隧道围岩的各个参数考虑锚杆和锚索的直径与长度，科学合理，可靠性高。
综上所述，本实用新型其在锚固结构中将锚索和锚杆相结合使用，扩大了锚固范围，并且有效减弱围岩扰动和变形，还设置有泡沫混凝土层，不仅增大了缓冲极限，而且有效降低施工成本。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
附图标记说明:
1—拱架； 2—让压层； 3—二次衬砌；
4—初喷砼； 5—金属网； 6—注浆锚杆；
6-1—第一锚杆； 6-2—第二锚杆； 6-3—第三锚杆；
7—注浆锚索； 7-1—第一锚索； 7-2—第二锚索。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括由内至外依次对隧道进行支护的初期支护结构、让压层2和二次衬砌3，所述让压层2为泡沫混凝土层；所述初期支护结构包括锚固结构、多环沿隧道长度方向对隧道进行全断面支撑的拱架1和喷射在隧道洞内壁上的初喷砼层，所述锚固结构包括多个分别部设在多环拱架外部的锚固单元，多环所述拱架1均位于所述初喷砼层内，每环所述拱架1包括拱墙支架和位于拱墙支架正下方的仰拱支架，所述拱墙支架与所述仰拱支架闭合成一体，每环所述拱架1上均设置有一个锚固单元，所述锚固单元包括设置在所述拱墙支架上的拱墙锚固单元和设置在所述仰拱支架上的底部锚固单元；每环所述拱架1和设置在该拱架1上的锚固单元均布设在同一隧道断面上。
泡沫混凝土具有较好的消波吸能性能，可减小作用在结构上的压力，改善其分布的不均匀性，还可减小传递到结构上的加速度、调节岩石洞室的变形和岩石的相对位移，并缓和剥落的碎片和松散的岩石对结构的冲击。所述锚固结构由多个沿着隧道断面布设的锚固单元组成，由于隧道围岩在实际情况中受力的大小和方向均不相同，一个锚固单元根据围岩的受力的不同对不同位置阶段的围岩进行不同的锚固方式，锚固单元包括拱墙锚固单元和仰拱锚固单元。
所述拱墙锚固单元包括两组分别对称布设在隧道两侧边墙的第二锚杆6-2和五根布设在隧道拱部的第一锚索7-1，每根所述第一锚索7-1的两侧分别布设有一根第一锚杆6-1，五根所述第一锚索7-1包括一根设置在拱顶中部的第一中央锚索、两根对称设置在所述第一中央锚索两侧的第一侧部锚索和两根对称设置在所述第一中央锚索两侧的第一加强锚索，所述第一加强锚索位于第一中央锚索与第一侧部锚索之间，所述第二锚杆6-2的数量至少为两个，所述第二锚杆6-2与水平线的夹角α＝0°～20°。
通常隧道的拱顶是受力最大最容易变形的地方，所以在隧道拱顶的中央设置一根第一中央锚索，用于加固拱顶最易变形的地方，在拱顶与边墙接触的两处分别设置两根第一侧部锚索，在所述第一侧部锚索和第一中央在锚索之间设置第一加强锚索，将隧道拱顶的围岩加固为一体，增强拱顶的强度，拱墙上的第二锚杆6-2与水平线的角度不得超过20°，防止影响到仰拱锚固结构。
所述隧道底部锚固单元包括第二锚索7-2和第三锚杆6-3，所述第二锚索7-2的数量为五个，相邻两个所述第二锚索7-2之间均设置有至少两根第三锚杆6-3，五个所述第二锚索7-2由设置在仰拱中部的第二中央锚索、对称设置在两拱脚位置处的第二拱脚锚索和对称设置在所述第二中央锚索两侧的第二加强锚索，所述第二加强锚索位于第二中央锚索与第二拱脚锚索之间。
每个所述拱架1上设置有用于设置所述第一锚索7-1、第二锚索7-2、第一锚杆6-1、第二锚杆6-2和第三锚杆6-3的预留孔。
本实施例中，所述第一锚索7-1和第二锚索7-2均为注浆锚索7，所述第一锚杆6-1、第二锚杆6-2和第三锚杆6-3均为注浆锚杆6，所述注浆锚杆6的直径其中，Q1为注浆锚杆6的设计锚固力，σt1为锚杆材料的抗拉强度；所述注浆锚索7的直径其中，Q2为注浆锚索7的设计锚固力，σt2为锚索材料的抗拉强度。
相邻两个所述锚固单元的间距为A且其中，K为注浆锚杆6的安全系数，K＝1.5～2.0；γ为隧道围岩岩体的重力密度；H为实际自然冒落拱高度，且其中，k为围岩残余碎胀系数；B为隧道宽度；f为隧道岩层坚固性系数；kt为隧道岩层稳定性系数；c为隧道围岩地压破坏值，其中，h为隧道的高度；L为隧道横断面的周长；γ为隧道围岩岩体的重力密度；Hm为隧道的埋深；S为隧道的断面积；为隧道两帮岩体剪切滑动面上的摩擦角。
根据经验公式确定锚固结构的具体结构，使锚固结构更加科学，也保证锚固的强度和安全性。在计算实际自然冒落拱高度H时，对于残余碎胀系数k，表1为常见的几种材料的残余碎胀系数，
本实施例中，第一锚杆6-1的长度为L1＝l1+h2+l2，其中，l1为锚杆锚固段的长度，l1＝0.1m～0.2m；l2为锚杆外露段的长度，l2＝0.3m～0.5m；h2为隧道帮部发生有拉裂面滑动的巷帮单斜面剪切破坏时所形成的极限冒落拱的矢高，其中，a为隧道宽度的一半，b为隧道帮部滑动岩体的宽度，其中，h为隧道的高度。
第二锚杆6-2的长度为L2＝l1+b+l2。
第一锚索7-1的长度为L4＝l1+h3+l2，其中，h3为隧道帮部发生无拉裂面滑动的巷帮单斜面剪切破坏时所形成的极限冒落拱的矢高，
本实施例中，第三锚杆6-3的长度L3＝l1+h1+l2，其中，h1为自然冒落拱的矢高，
第二锚索7-2的长度L5＝l1+H+l2。
本实施例中，所述拱架1为钢管拱架，相邻两环所述钢管拱架之间的距离与相邻两个锚固单元的距离相等。
将所述钢管拱架与注浆锚杆6或注浆锚索7的支护结构形成一体，增加了结构的稳定性和安全性，相邻两环所述钢管拱架之间的距离与相邻两个锚固单元的距离相等，保证锚固结构的注浆锚杆6和注浆锚索7均设置在所述钢管拱架上，使所述钢管拱架为所述注浆锚杆6和注浆锚索7承力。
本实施例中，所述钢管拱架为无缝钢管，所述无缝钢管的直径所述无缝钢管的壁厚为4mm。
无缝钢管的受力均匀不会产生受力弱点，从而提高锚固支护结构的使用寿命和承受强度，在本实施例中，所述无缝钢管的直径为100mm，壁厚为4mm。
本实施例中，所述钢管拱架上通过紧固件挂装有金属网5。
所述金属网5为了将初喷砼与所述泡沫混凝土层隔离，防止两者发生侵扰，影响支护强度。
本实施例中，所述金属网5为钢筋网。
本实用新型使用时，先将钢管拱架和注浆锚杆6或注浆锚索7进行锚固结构施工，然后施工初喷砼，在初喷砼上覆盖钢筋网，然后施工泡沫混凝土层，最后在泡沫混凝土层上施工二次衬砌。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：包括依次对隧道进行支护的初期支护结构、让压层(2)和二次衬砌(3)，所述让压层(2)为泡沫混凝土层；所述初期支护结构包括锚固结构、多环沿隧道长度方向对隧道进行全断面支撑的拱架(1)和喷射在隧道洞内壁上的初喷砼层，所述锚固结构包括多个分别部设在多环拱架外部的锚固单元，多环所述拱架(1)均位于所述初喷砼层内，每环所述拱架(1)包括拱墙支架和位于拱墙支架正下方的仰拱支架，所述拱墙支架与所述仰拱支架闭合成一体，每环所述拱架(1)上均设置有一个锚固单元，所述锚固单元包括设置在所述拱墙支架上的拱墙锚固单元和设置在所述仰拱支架上的底部锚固单元；每环所述拱架(1)和设置在该拱架(1)上的锚固单元均布设在同一隧道断面上；
所述拱墙锚固单元包括两组分别对称布设在隧道两侧边墙的第二锚杆(6-2)和五根布设在隧道拱部的第一锚索(7-1)，每根所述第一锚索(7-1)的两侧分别布设有一根第一锚杆(6-1)，五根所述第一锚索(7-1)包括一根设置在拱顶中部的第一中央锚索、两根对称设置在所述第一中央锚索两侧的第一侧部锚索和两根对称设置在所述第一中央锚索两侧的第一加强锚索，所述第一加强锚索位于第一中央锚索与第一侧部锚索之间，所述第二锚杆(6-2)的数量至少为两个，所述第二锚杆(6-2)与水平线的夹角α＝0°～20°；
所述隧道底部锚固单元包括第二锚索(7-2)和第三锚杆(6-3)，所述第二锚索(7-2)的数量为五个，相邻两个所述第二锚索(7-2)之间均设置有至少两根第三锚杆(6-3)，五个所述第二锚索(7-2)由设置在仰拱中部的第二中央锚索、对称设置在两拱脚位置处的第二拱脚锚索和对称设置在所述第二中央锚索两侧的第二加强锚索，所述第二加强锚索位于第二中央锚索与第二拱脚锚索之间；
每个所述拱架(1)上设置有用于设置所述第一锚索(7-1)、第二锚 索(7-2)、第一锚杆(6-1)、第二锚杆(6-2)和第三锚杆(6-3)的预留孔。
2.按照权利要求1所述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述第一锚索(7-1)和第二锚索(7-2)均为注浆锚索(7)，所述第一锚杆(6-1)、第二锚杆(6-2)和第三锚杆(6-3)均为注浆锚杆(6)，所述注浆锚杆(6)的直径其中，Q1为注浆锚杆(6)的设计锚固力，σt1为锚杆材料的抗拉强度；所述注浆锚索(7)的直径其中，Q2为注浆锚索(7)的设计锚固力，σt2为锚索材料的抗拉强度；
相邻两个所述锚固单元的间距为A且其中，K为注浆锚杆(6)的安全系数，K＝1.5～2.0；γ为隧道围岩岩体的重力密度；H为实际自然冒落拱高度，且其中，k为围岩残余碎胀系数；B为隧道宽度；f为隧道岩层坚固性系数；kt为隧道岩层稳定性系数；c为隧道围岩地压破坏值，其中，h为隧道的高度；L为隧道横断面的周长；γ为隧道围岩岩体的重力密度；Hm为隧道的埋深；S为隧道的断面积；为隧道两帮岩体剪切滑动面上的摩擦角。
3.按照权利要求2所述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述第一锚杆(6-1)的长度为L1＝l1+h2+l2，其中，l1为锚杆锚固段的长度，l1＝0.1m～0.2m；l2为锚杆外露段的长度，l2＝0.3m～0.5m；h2为隧道帮部发生有拉裂面滑动的巷帮单斜面剪切破坏时所形成的极限冒落拱的矢高，其中，a为隧道宽度的一半，b为隧道帮部滑动岩体的宽度，其中，h为隧道的高 度；
第二锚杆(6-2)的长度为L2＝l1+b+l2；
第一锚索(7-1)的长度为L4＝l1+h3+l2，其中，h3为隧道帮部发生无拉裂面滑动的巷帮单斜面剪切破坏时所形成的极限冒落拱的矢高，
4.按照权利要求3所述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：
第三锚杆(6-3)的长度L3＝l1+h1+l2，其中，h1为自然冒落拱的矢高，
第二锚索(7-2)的长度L5＝l1+H+l2。
5.按照权利要求1或2所述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述拱架(1)为钢管拱架，相邻两环所述钢管拱架之间的距离与相邻两个锚固单元的距离相等。
6.按照权利要求5所述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述钢管拱架为无缝钢管，所述无缝钢管的直径 所述无缝钢管的壁厚为4mm。
7.按照权利要求5所述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述钢管拱架上通过紧固件挂装有金属网(5)。
8.按照权利要求7所述的一种大断面极软弱围岩隧道全断面让压支护结构，其特征在于：所述金属网(5)为钢筋网。
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| GR01 | Patent grant | ||
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