CN209855816U - 一种公路软岩隧道的拉锚支护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及公路软岩隧道技术领域，提供了一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，包括钢拱架以及环向钢条，环向钢条和钢拱架均沿隧道的长度方向间隔设置；环向钢条和钢拱架之间安装有若干第一纵向钢条和与各第一纵向钢条一一对应的若干第二纵向钢条，每一第一纵向钢条和与其对应的第二纵向钢条柔性连接。本实用新型一方面通过形成的拉锚支护体系，提升了支护刚性能力，另一方面通过柔性连接，提升了支护形变能力，使得本系统在支护上刚柔兼济，可充分发挥围岩的自承载能力，提高软岩大变形隧道中支护结构对变形的适应能力，避免了目前在软岩隧道中支护刚度过大而对二衬结构造成大面积开裂破坏现象。

Description

一种公路软岩隧道的拉锚支护系统

技术领域

本发明涉及公路软岩隧道技术领域，具体为一种公路软岩隧道的拉锚支护系统。

背景技术

公路隧道建设中，在遇到软弱围岩、软岩破碎地层等情况时，围岩支护系统是隧道结构稳定的重要保障，其安全性关系到隧道的建设与长期运营。到目前为止，软岩大变形隧道的有效支护仍然是整个隧道支护的薄弱环节。合理的支护结构必须同时具有一定的刚度和柔度，在支护初期，必须控制围岩变形的合理范围，要防止变形过大而失稳破坏，又要通过变形释放部分围岩压力。合理支护还必须充分发挥围岩自承能力，以避免支护刚度过大，减少围岩后期变形量，从而避免支护结构衬砌开裂。目前对于软弱围岩支护系统仍然存在一定问题。

(1)传统的软弱围岩支护多采用的刚性支护，以限制围岩变形为目的，但是该支护形式不仅造价比较高，且在后期运营的过程中由于围岩后期的变形容易导致二次衬砌出现大面积裂缝。

(2)现有的应用于软弱围岩的柔性支护结构多采用的是让压锚杆，该支护结构在一定程度上可以发挥围岩的承载力，起到控制变形的作用，但让压锚杆结构的让压效果集中在锚杆上，没有形成一个完整的系统结构，让压范围有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，一方面通过环向钢条、第一纵向钢条以及第二纵向钢条形成拉锚支护体系，提升了支护刚性能力，另一方面通过柔性连接，使得本系统在支护上刚柔兼济，从而保证了隧道结构安全与稳定。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，包括可架设在隧道内的至少一个环形的钢拱架，还包括至少一个环向钢条，所述环向钢条和所述钢拱架均沿所述隧道的长度方向间隔设置；所述环向钢条和所述钢拱架之间安装有若干第一纵向钢条和与各所述第一纵向钢条一一对应的若干第二纵向钢条，各所述第一纵向钢条以及各所述第二纵向钢条均沿所述隧道的长度方向延伸，每一所述第一纵向钢条和与其对应的所述第二纵向钢条柔性连接。

进一步，每一所述第一纵向钢条和与其对应的所述第二纵向钢条通过连接结构柔性连接，所述连接结构包括：

可与所述第一纵向钢条连接的第一连接体，

可与所述第二纵向钢条连接的第二连接体，

以及一端安装在所述第一连接体上，另一端安装在所述第二连接体上的弹簧。

进一步，所述连接结构还包括连接杆以及设在所述第一连接体或所述第二连接体上的缸体，所述连接杆和所述缸体组成活塞结构，所述第一连接体和所述第二连接体通过所述活塞结构连接，所述弹簧套设在所述连接杆上。

进一步，还包括用于监测围岩的状态信息的监测装置以及可安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的固定装置，所述监测装置安装在所述固定装置上。

进一步，所述监测装置包括可监测围岩压力的钢弦式传感器，所述固定装置包括安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的第一本体以及用于固定所述钢弦式传感器的第一固定组件，所述第一固定组件安装在所述第一本体上。

进一步，所述第一固定组件包括若干阻挡件，各所述阻挡件位于同一圆周上，且各所述阻挡件围合形成供所述钢弦式传感器安置的安装区间，所述第一固定组件还包括用于推动各所述阻挡件轴向移动的推动件。

进一步，所述监测装置还包括可监测围岩位移的位移计监测仪器，所述固定装置还包括安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的第二本体以及用于固定所述位移计监测仪器的第二固定组件，所述第二固定组件安装在所述第二本体上。

进一步，所述第二本体上具有供所述第二固定组件滑动的滑槽，所述滑槽竖直设置。

进一步，还包括用于将所述监测装置获得的状态信息发送出去的无线传输装置。

进一步，还包括若干预应力锚杆，各所述预应力锚杆均安设在所述环向钢条上，且均朝远离所述环向钢条的中心方向延伸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.一方面通过环向钢条、第一纵向钢条以及第二纵向钢条形成拉锚支护体系，提升了支护刚性能力，另一方面通过柔性连接，提升了支护形变能力，使得本系统在支护上刚柔兼济，可以充分发挥围岩的自承载能力，提高了软岩大变形隧道中支护结构对变形的适应能力，避免了目前在软岩隧道中支护刚度过大而对二衬结构造成大面积开裂破坏现象。

2.通过监测装置可以监测围岩的状态，以便于及时找到二次衬砌支护的最佳时机，为支护结构的稳定性提供了可靠的依据。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统的局部俯视图；

图3为本发明实施例一提供的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统的连接结构的示意图；

图4为本发明实施例一提供的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统的监测装置以及固定装置的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统的环向钢条、第一纵向钢条以及第二纵向钢条的横断面示意图；

图6为本发明实施例一提供的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统的垫板的结构示意图；

附图标记中：1-钢拱架；2-环向钢条；3-第一纵向钢条；4-第二纵向钢条；5-连接结构；50-第一连接体；51-第二连接体；53-连接杆；54-弹簧；55-活塞结构；56-纵向钢条螺栓；57-连接体螺栓；58-连接块；6-监测装置；60-钢弦式传感器；61-伸缩弹簧；62-安装区间；64-滑槽；65-无线传输装置；66-连接线；67-立方体；68-阻挡件；69-界限；70-预应力锚杆；71-垫板；72-仰拱；73-焊接点；80-第一固定组件；81-第二固定组件。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明实施例提供一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，包括可架设在隧道内的至少一个环形的钢拱架，以及至少一个环向钢条，所述环向钢条和所述钢拱架均沿所述隧道的长度方向间隔设置；所述环向钢条和所述钢拱架之间安装有若干第一纵向钢条和与各所述第一纵向钢条一一对应的若干第二纵向钢条，各所述第一纵向钢条以及各所述第二纵向钢条均沿所述隧道的长度方向延伸，每一所述第一纵向钢条和与其对应的所述第二纵向钢条柔性连接。在本实施例中，在开挖隧道后，在隧道内做好一些前期工作，例如初喷混凝土后，就开始施工钢拱架，然后再在间隔钢拱架一段位置处施工环向钢条，钢拱架和环向钢条均是为了匹配隧道内的形状，因此设计为环形，在安装时，它们的弯曲部分均贴合隧道壁来安装。当安装好环向钢条和钢拱架后，再在它们之间安装若干第一纵向钢条和若干第二纵向钢条，各第一纵向钢条和各第二纵向钢条的数量相同且一一对应，这里所提及的“第一”和“第二”是为了便于区分，并不是说二者具有区别，它们可以是相同的钢条，也可以是不同的钢条，优选的，这两种钢条均采用M形钢带，这种钢带的钢材利用率高、抗弯截面模量大、质量轻，高翼缘形断面使其抗撕裂性优良，同时还有一定变形能力，使围岩变形位移得到释放。在安装各第一纵向钢条和各第二纵向钢条时，也是将它们贴合隧道壁安装，在安装好它们后，即可形成拉锚支护体系，这种体系具有一定的刚性能力，比起现有的刚性支护要造价更低，而且由于其刚性能力稍弱于传统的刚性支护，因此在后期运营过程中不容易导致二次衬砌而出现的大面积裂缝，优选的，各所述第一纵向钢条远离所述钢拱架的一端均安装在所述环向钢条上，各所述第二纵向钢条远离所述环向钢条的一端均安装在所述钢拱架上，更优选的，各第一纵向钢条和各第二纵向钢条均是均匀布设，当然，图1仅是本系统在隧道中其中一部分，再往后挖掘后，可设更多的环向钢条和钢拱架，各所述第二纵向钢条也会与环向钢条连接，同理，各所述第一纵向钢条也会与钢拱架连接。在隧道的一段中，第一纵向钢条与第二纵向钢条连接可以看成是一条直线。另外，为了充分发挥围岩的自承载能力，通过将第一纵向钢条和第二纵向钢条柔性连接，柔性连接指允许连接部位发生轴向伸缩、折转和垂直轴向产生一定位移量，即从柔性角度出发，提高了软岩大变形隧道中支护结构对变形的适应能力。通过这两种刚柔兼济的结构，使得整个系统的支护能力形成互补，进而极大地提升了支护的安全性和稳定性。

以下为具体实施例：

优化上述连接结构，请参阅图1、图2和图3，每一所述第一纵向钢条和与其对应的所述第二纵向钢条通过连接结构柔性连接，所述连接结构包括：可与所述第一纵向钢条连接的第一连接体，可与所述第二纵向钢条连接的第二连接体，以及一端安装在所述第一连接体上，另一端安装在所述第二连接体上的弹簧。在本实施例中，第一纵向钢条与第一连接体之间的连接以及第二纵向钢条与第二连接体之间的连接均可以通过连接块连接。所提及的“第一”和“第二”同上，此处不再赘述。连接体的目的是连接纵向钢条，由于有两类纵向钢条，因此弹簧的数量有两根，实际上，也可以有其他数量，例如三根。弹簧的作用是使本连接结构具有一定的拉伸和压缩能力，以起到柔性连接作用。当然除此以外，还可以采用其他的柔性连接的方式，例如橡胶接头、波纹管等弹性接头、特殊结构的管件以及柔性填料等。它能够配合我们的锚杆支护体系限制围岩的形变。

进一步优化上述连接结构，请参阅图1、图2和图3，所述连接结构还包括连接杆以及设在所述第一连接体或所述第二连接体上的缸体，所述连接杆和所述缸体组成活塞结构，所述第一连接体和所述第二连接体通过所述活塞结构连接，所述弹簧套设在所述连接杆上。在本实施例中，在上述连接结构的基础上，再设一活塞结构，它具有一段行程段，当围岩变形过大时，连接杆被拉伸，当达到该行程段的最大限度时将不可再运动，由此可以限制围岩变形。在安装第一连接体、第二连接体以及连接杆时，可以将它们通过螺栓螺纹连接，例如图1中所示的纵向钢条螺栓和连接体螺栓。优选的，环向钢条在安装时，若长度不够，也可以通过所述连接结构拼接，以提升软岩大变形隧道中支护结构对变形的适应能力。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图4，本系统还包括用于监测围岩的状态信息的监测装置以及可安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的固定装置，所述监测装置安装在所述固定装置上。在本实施例中，在完成支护后，会过一段时间再来进行二次衬砌，以与初期支护共同组成复合式衬砌。而何时进行二次衬砌需要根据围岩的实际情况而定，现有技术中不能计算出最佳时间，而导致错失最佳支护机会或是得不到最好的支护效果。本实施例通过监测装置可以实时监控围岩的状态信息，它通过固定装置自由安装在第一纵向钢条或者是第二纵向钢条上，以准确地读取围岩的状态，工作人员能够通过这些状态数据来寻找最佳的支护时间来进行二次衬砌施工。

优化上述监测装置，所述监测装置包括可监测围岩压力的钢弦式传感器，所述固定装置包括安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的第一本体以及用于固定所述钢弦式传感器的第一固定组件，所述第一固定组件安装在所述第一本体上。在本实施例中，第一本体可以是一个立方体，第一固定组件安装在其内或其上，然后将钢弦式传感器安装在第一固定组件上。钢弦式传感器又可以称之为振弦式位移传感器，它能够监测围岩压力，从而得到围岩压力信息。

细化上述第一固定组件，请参阅图1和图4，所述第一固定组件包括若干阻挡件，各所述阻挡件位于同一圆周上，且各所述阻挡件围合形成供所述钢弦式传感器安置的安装区间，所述第一固定组件还包括用于推动各所述阻挡件轴向移动的推动件。在本实施例中，固定方式是夹持，通过推动件驱使各阻挡件靠拢，以缩小安装区间的范围，以将钢弦式传感器夹持在所述安装区间内。当然除此以外，还可以采用卡扣式、粘接式等等方式来固定钢弦式传感器，本实施例对此不作限定。上述的阻挡件优选为铝，以便于钢弦式传感器的作用。

细化上述推动件，请参阅图1和图4，所述推动件包括与各所述阻挡件对应的若干伸缩弹簧，每一所述阻挡件由与其对应的所述伸缩弹簧推动。在本实施例中，推动件的推动方式是采用伸缩弹簧来实现，具体的，该伸缩弹簧为压缩弹簧，当钢弦式传感器安置在安装区间内时，这些伸缩弹簧会在其弹力的作用下压住钢弦式传感器，以固定住钢弦式传感器，安装简单，而且便于拆卸钢弦式传感器。当然除此以外，上述的推动件也可以采用螺纹杆抵压、电动推杆抵压或是气缸抵压等方式来替代，它们都是可行的方案。

继续优化上述监测装置，所述监测装置还包括可监测围岩位移的位移计监测仪器，所述固定装置还包括安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的第二本体以及用于固定所述位移计监测仪器的第二固定组件，所述第二固定组件安装在所述第二本体上。在本实施例中，除了上述的可以监测围岩压力外，还可以通过位移计监测仪器来监测围岩位移，工作人员得知该信息后，可以综合上述的围岩压力信息得到最佳支护时间。第二本体具有一个供位移计监测仪器安装的通孔。

进一步优化上述方案，请参阅图1和图4，所述第二本体上具有供所述第二固定组件滑动的滑槽，所述滑槽竖直设置。在本实施例中，通过该滑槽，可以调整第二本体的高度，以便于位移监测。实现方式有很多种，例如第二本体上具有滑块，滑块在滑槽中滑动，再通过限位件来限位即可。

作为本发明实施例的优化方案，本系统还包括用于将所述监测装置获得的状态信息发送出去的无线传输装置。在本实施例中，上述状态信息，即围岩压力信息以及围岩位移信息均可通过该无线传输装置无线实时发送给工作人员，以便于工作人员实时监控这些信息。具体的，上述的钢弦式传感器以及位移计监测仪器均通过连接线与所述无线传输装置连接，无线传输装置得到它们所传输来的信号后，再通过无线的方式将信号发送出去。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图4，上述的第一固定组件和第二固定组件可以共用，即第一本体和第二本体可以是同一结构，例如为一个立方体，在该立方体的中心区域具有供钢弦式传感器安置的区域，该区域可以是一个环形槽或者是在表面划的一个圈，该环形槽的槽壁或该圈的边缘即安装的最大界限，上述的第一固定组件以及钢弦式传感器均可在该环形槽或圈内，而第二固定组件可以安装在该立方体的其中一个侧壁上，就不会与第一固定组件产生任何干涉，该侧壁具有滑槽，可以供第二固定组件滑动，而上述的无线传输装置可以设在该立方体内部，连接线也可以在该立方体内部走线，该立方体的底部具有若干个焊接点，可以通过这些焊接点将本固定装置安装在第一纵向钢条或第二纵向钢条上。第一纵向钢条或第二纵向钢条与钢拱架之间的连接也是焊接，它们同样具有焊接点。另外，上述的钢弦式传感器、位移计监测仪器以及无线传输装置均为现有技术中常见的器件，其具体的工作原理以及在本系统中的工作过程就不再详述。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，本系统还包括若干预应力锚杆，各所述预应力锚杆均安设在所述环向钢条上，且均朝远离所述环向钢条的中心方向延伸。在本实施例中，在安装第一纵向钢条和第二纵向钢条时，还可以安装一些预应力锚杆，它们可以插入到隧道壁内，以进一步提升本锚杆支护体系的稳定性。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1和图6，在第一纵向钢条或第二纵向钢条与环向钢条接触处可设有垫板，该垫板具有通孔，一方面便于第一纵向钢条或第二纵向钢条与环向钢条的连接，另一方面还便于上述的预应力锚杆的安装。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，在所述环向钢条的两端之间连接有仰拱，以使其与上述的锚杆支护体系形成一个完整的软岩大变形刚柔兼济的支护系统。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，包括可架设在隧道内的至少一个环形的钢拱架，其特征在于：还包括至少一个环向钢条，所述环向钢条和所述钢拱架均沿所述隧道的长度方向间隔设置；所述环向钢条和所述钢拱架之间安装有若干第一纵向钢条和与各所述第一纵向钢条一一对应的若干第二纵向钢条，各所述第一纵向钢条以及各所述第二纵向钢条均沿所述隧道的长度方向延伸，每一所述第一纵向钢条和与其对应的所述第二纵向钢条柔性连接。

2.如权利要求1所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于，每一所述第一纵向钢条和与其对应的所述第二纵向钢条通过连接结构柔性连接，所述连接结构包括：

可与所述第一纵向钢条连接的第一连接体，

可与所述第二纵向钢条连接的第二连接体，

以及一端安装在所述第一连接体上，另一端安装在所述第二连接体上的弹簧。

3.如权利要求2所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于：所述连接结构还包括连接杆以及设在所述第一连接体或所述第二连接体上的缸体，所述连接杆和所述缸体组成活塞结构，所述第一连接体和所述第二连接体通过所述活塞结构连接，所述弹簧套设在所述连接杆上。

4.如权利要求1所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于：还包括用于监测围岩的状态信息的监测装置以及可安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的固定装置，所述监测装置安装在所述固定装置上。

5.如权利要求4所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于：所述监测装置包括可监测围岩压力的钢弦式传感器，所述固定装置包括安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的第一本体以及用于固定所述钢弦式传感器的第一固定组件，所述第一固定组件安装在所述第一本体上。

6.如权利要求5所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于：所述第一固定组件包括若干阻挡件，各所述阻挡件位于同一圆周上，且各所述阻挡件围合形成供所述钢弦式传感器安置的安装区间，所述第一固定组件还包括用于推动各所述阻挡件轴向移动的推动件。

7.如权利要求4所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于：所述监测装置还包括可监测围岩位移的位移计监测仪器，所述固定装置还包括安装在任一所述第一纵向钢条或第二纵向钢条上的第二本体以及用于固定所述位移计监测仪器的第二固定组件，所述第二固定组件安装在所述第二本体上。

8.如权利要求7所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于：所述第二本体上具有供所述第二固定组件滑动的滑槽，所述滑槽竖直设置。

9.如权利要求4所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于：还包括用于将所述监测装置获得的状态信息发送出去的无线传输装置。

10.如权利要求1所述的一种公路软岩隧道的拉锚支护系统，其特征在于：还包括若干预应力锚杆，各所述预应力锚杆均安设在所述环向钢条上，且均朝远离所述环向钢条的中心方向延伸。