CN210068174U - 一种炭质板岩隧道大变形段支护结构 - Google Patents

Abstract

一种炭质板岩隧道大变形段支护结构，属于隧道施工领域，可解决隧道施工过程中炭质板岩地段极易出现坍塌，结构支护后围岩‑初支变形大的问题，包括导管、管棚、玻璃纤维锚杆、锁脚锚管、锁脚锚管导向管、仰拱和纵向连接器，导管和管棚交替布置，导管和管棚的一端分别与钢架顶端连接，玻璃纤维锚杆插入隧道的内表面，上台阶仰拱的两端分别与钢架的两端连接，中台阶仰拱的两端分别与钢架的两端连接，锁脚锚管导向管的一端与上台阶仰拱和钢架的连接端连接，另一端位于隧道内，锁脚锚管的两端分别位于锁脚锚管导向管内，纵向连接器位于相邻钢架之间。本实用新型提高了初期支护的刚度和整体性，抵抗围岩的压力，达到控制围岩‑初支变形的目的。

Description

一种炭质板岩隧道大变形段支护结构

技术领域

本实用新型属于隧道施工技术领域，具体涉及一种炭质板岩隧道大变形段支护结构。

背景技术

在公路与铁路建设施工过程中，被称为“隧道癌症”的炭质板岩，其工程物理力学性质极差，岩石强度低，受地层断裂构造影响，节理裂隙极发育，岩体极破碎，具有较强的崩解性、强风化性及流变特性，自稳能力极差，遇水软化呈流塑状，强度急剧降低，承载能力极差，隧道建设过程中，极易出现坍塌，结构支护后围岩-初支变形大，在双层Ⅰ25b工字钢支护的情况下，拱顶沉降达1.5m，边墙收敛达0.9m，严重侵限且频发，该地段施工的初期支护80%都进行了换拱施工，严重影响隧道建设，安全、工期、成本风险剧增。此地层建设隧道有两大技术难题：一、隧道开挖后，围岩不能自稳，掌子面易失稳坍塌，支护无法实施；二、支护后围岩-初支变形极大，钢架扭曲断裂、喷射混凝土开裂掉块，安全无法保证。

发明内容

本实用新型针对隧道施工过程中炭质板岩地段极易出现坍塌，结构支护后围岩-初支变形大的问题，提供一种炭质板岩隧道大变形段支护结构。

本实用新型采用如下技术方案：

一种炭质板岩隧道大变形段支护结构，包括起超前支护的若干超前导管和超前管棚、起超前预加固的若干玻璃纤维锚杆、起抑制初期支护收敛变形和沉降变形的大注浆锁脚锚管、大注浆锁脚锚管导向管和临时仰拱以及提高初期支护的刚度和整体性的纵向连接器，其中，超前导管和超前管棚交替布置，超前导管和超前管棚的一端分别与钢架顶端连接，另一端位于隧道拱顶的钻孔内，玻璃纤维锚杆沿着隧道的轴线插入隧道的内表面，临时仰拱包括上台阶临时仰拱和中台阶临时仰拱，上台阶临时仰拱的两端分别与隧道的上台阶处的钢架的两端连接，中台阶临时仰拱的两端分别与隧道的中台阶处的钢架的两端连接，大注浆锁脚锚管导向管的一端分别与上中台阶临时仰拱和钢架的连接端连接，另一端位于隧道内，大注浆锁脚锚管的两端分别位于大注浆锁脚锚管导向管内，纵向连接器位于相邻钢架之间。

所述超前导管之间的间距为30cm，超前管棚之间的间距为30cm。

所述超前管棚的长度比超前导管的长度长。

所述玻璃纤维锚杆之间间距为60cm。

所述纵向连接器包括位于钢架的工字钢上下翼缘的角钢，其中，上翼缘设有两个背靠背构成T字形的角钢，下翼缘设有两个背靠背构成T字形的角钢，上下翼缘的角钢上下左右对称布置。

本实用新型基于大断面隧道破碎炭质板岩开挖后掌子面无法自稳，支护后超大变形的特殊施工难题。利用玻璃纤维锚杆抗拉强度大，可机械切断挖除的特性，采用玻璃纤维锚杆对掌子面进行超前预加固，改良前方岩体物理力学性能，确保开挖后掌子面围岩稳定，提供支护时间，同时可去除核心土，增加上台阶作业空间，同时施做超前管棚、长大锁脚锚管（深层径向加固）和上台阶临时仰拱创造条件；通过采用玻璃纤维锚杆对掌子面围岩进行超前预加固、短管棚配合小导管超前支护，有效抵抗了围岩的预收敛，控制掌子面围岩向外挤出的位移，减少围岩的松动破坏；通过增设临时仰拱和大注浆锁脚锚管，有效抑制了初期支护的收敛变形和沉降变形；通过相邻两榀钢架间增设纵向连接器，提高了初期支护的刚度和整体性，抵抗围岩巨大的压力，进而达到控制围岩-初支变形的目的。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型在传统三台阶施工方法基础上，采用玻璃纤维锚杆对掌子面围岩进行超前预加固、短管棚配合小导管超前支护，改善了隧道开挖后围岩的二次应力分布状态，减小了掌子面前方土体的卸载范围；通过增设临时仰拱和大注浆锁脚锚管，有效抑制了初期支护的收敛变形；通过相邻两榀钢架间增设纵向连接器，提高了初期支护的刚度和整体性，抵抗围岩巨大的压力。通过上述一系列措施，控制了隧道围岩的大变形，保证了隧道的正常施工。

纵向连接器通过对型钢材料的合理选取与布置，规避单根角钢绕弱轴抗弯刚度小的弱点，通过角钢上下、左右对称布置，纵向连接器整体抗弯刚度得到较大的提升，且角钢型号可根据工程实际需要灵活选取。该纵向连接器较工字钢纵向连接器而言，该纵向连接器更加靠近初期支护工字钢翼缘位置，能够更加均匀的传递围岩荷载。该纵向连接器单根角钢质量较小，与工字钢纵向连接器相比，角钢与初期支护工字钢焊接时更加方便，可操作性更强。

附图说明

图1为本实用新型的横断面结构示意图；

图2为本实用新型的纵断面结构示意图；

图3为本实用新型的纵向连接器的平面结构示意图；

图4为本实用新型的纵向连接器的立体结构示意图；

其中：1-超前导管；2-超前管棚；3-玻璃纤维锚杆；4-大注浆锁脚锚管；5-上台阶临时仰拱；6-中台阶临时仰拱；7-纵向连接器；8-角钢；9-工字钢。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种炭质板岩隧道大变形段支护结构，包括起超前支护的若干超前导管1和超前管棚2、起超前预加固的若干玻璃纤维锚杆3、起抑制初期支护收敛变形和沉降变形的大注浆锁脚锚管4、大注浆锁脚锚管导向管和临时仰拱以及提高初期支护的刚度和整体性的纵向连接器7，其中，超前导管1和超前管棚2交替布置，超前导管1和超前管棚2的一端分别与钢架顶端连接，另一端位于隧道拱顶的钻孔内，玻璃纤维锚杆3沿着隧道的轴线插入隧道的内表面，临时仰拱包括上台阶临时仰拱5和中台阶临时仰拱6，上台阶临时仰拱5的两端分别与隧道的上台阶处的钢架的两端连接，中台阶临时仰拱6的两端分别与隧道的中台阶处的钢架的两端连接，锁脚锚管导向管的一端分别与上中台阶临时仰拱和钢架的连接端连接，另一端位于隧道内，大注浆锁脚锚管4的两端分别位于大注浆锁脚锚管导向管内，纵向连接器7位于相邻钢架之间。

所述超前导管1之间的间距为30cm，超前管棚2之间的间距为30cm。

所述超前管棚2的长度比超前导管1的长度长。

所述玻璃纤维锚杆3之间的间距为60cm。

如图3所示，所述纵向连接器7包括位于钢架的工字钢9上下翼缘的角钢8，其中，上翼缘设有两个背靠背构成T字形的角钢8，下翼缘设有两个背靠背构成T字形的角钢8，上下翼缘的角钢8上下左右对称布置。

其中，超前管棚2和超前导管1的数量的确定方法为，钢架拱顶的弧长/0.3，超前管棚2长度9m，大注浆锁脚锚管4长度7m，超前管棚2、超前导管1和玻璃纤维锚杆3插入孔内的长度不得低于设计长度的95%，锚固剂封口。

本实用新型中：

1. 通过玻璃纤维锚杆对上台阶掌子面前方土体进行预加固，保证掌子面围岩稳定，防止施工期间上台阶掌子面围岩大面积掉块及坍塌，有效保障施工安全。

2. 通过玻璃纤维锚杆加固前方土体并进行注浆，一方面浆液可有效填充破碎炭质板岩间的裂隙，阻隔地下水的渗流通道，有效减弱水对炭质板岩的侵扰弱化；另一方面，使前方土体形成一个大的固结体，能够承受开挖面正上方岩体及已施作初期支护背后的土体压力，减小开挖后围岩的卸载范围，减小了围岩松动圈和支护后围岩的松动压力，有效控制支护变形。

3. 以玻璃纤维锚杆加固掌子面代替核心土，增大上台阶作业空间，有利于大型机械进驻，能够及时施作长大注浆锁脚锚管深层径向加固）和上台阶临时仰拱，有效抑制了收敛变形，提高了施工进度。

4. 上台阶初期支护时提前预埋大锁脚锚管导向管，大注浆锁脚锚管滞后掌子面6m施作上台阶长度，与下一循环玻璃纤维锚杆、短管棚超前预加固措施同时施作，提高了工效。一方面通过大注浆锁脚锚管与钢架的可靠连接，有效支撑了钢架，被动控制变形；另一方面大注浆锁脚锚管通过注浆解决了初期支护与围岩间不密实的问题，也改良加固了围岩，有效调动了围岩自承载作用，主动控制变形。

5. 玻璃纤维锚杆代替核心土加固掌子面为及时施作上台阶临时仰拱提供了作业空间，在未施作大注浆锁脚空置期内及时施作临时仰拱，有效抵抗初期支护收敛变形和沉降变形。

6. 钢架之间增设纵向连接器，提高初期支护整体性和刚度，抵抗围岩的巨大压力。

Claims (5)

1.一种炭质板岩隧道大变形段支护结构，其特征在于：包括起超前支护的若干超前导管（1）和超前管棚（2）、起超前预加固的若干玻璃纤维锚杆（3）、起抑制初期支护收敛变形和沉降变形的大注浆锁脚锚管（4）、大注浆锁脚锚管导向管和临时仰拱以及提高初期支护的刚度和整体性的纵向连接器（7），其中，超前导管（1）和超前管棚（2）交替布置，超前导管（1）和超前管棚（2）的一端分别与钢架顶端连接，另一端位于隧道拱顶的钻孔内，玻璃纤维锚杆（3）沿着隧道的轴线插入隧道的内表面，临时仰拱包括上台阶临时仰拱（5）和中台阶临时仰拱（6），上台阶临时仰拱（5）的两端分别与隧道的上台阶处的钢架的两端连接，中台阶临时仰拱（6）的两端分别与隧道的中台阶处的钢架的两端连接，大注浆锁脚锚管导向管的一端分别与上中台阶仰拱和钢架的连接端连接，另一端位于隧道内，大注浆锁脚锚管（4）的两端分别位于大注浆锁脚锚管导向管内，纵向连接器（7）位于相邻钢架之间。

2.根据权利要求1所述的一种炭质板岩隧道大变形段支护结构，其特征在于：所述超前导管（1）之间的间距为30cm，超前管棚（2）之间的间距为30cm。

3.根据权利要求1所述的一种炭质板岩隧道大变形段支护结构，其特征在于：所述超前管棚（2）的长度比超前导管（1）的长度长。

4.根据权利要求1所述的一种炭质板岩隧道大变形段支护结构，其特征在于：所述玻璃纤维锚杆（3）之间的间距为60cm。

5.根据权利要求1所述的一种炭质板岩隧道大变形段支护结构，其特征在于：所述纵向连接器（7）包括位于钢架的工字钢（9）上下翼缘的角钢（8），其中，上翼缘设有两个背靠背构成T字形的角钢（8），下翼缘设有两个背靠背构成T字形的角钢（8），上下翼缘的角钢（8）上下左右对称布置。

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