CN210068190U - 城市隧道支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了城市隧道支护结构，涉及隧道技术领域，旨在解决现有支护结构变形量较小、韧性不足、无回弹量，极易因岩爆而产生各种病害的问题。其技术方案要点是拱架包括有至少三个让位单元，各个让位单元呈圆弧型，让位单元首尾相连组成与隧道截面形状相同的拱架，各个让位单元远离混凝土层的一侧两端均设置有螺纹杆，相邻两个让位单元上相互靠近的螺纹杆上共同套设有连接件，连接件上设置有两个供螺纹杆穿过的条形孔，螺纹杆上设置有与螺纹杆螺纹配合的螺母，螺母与连接件远离让位单元的一侧相抵；相邻两个让位单元之间设置有弹性件。本实用新型达到了力学性能较好(即韧性好)，能更好地与围岩协调变形，从而能有效释放围岩压力的效果。

Description

城市隧道支护结构

技术领域

本实用新型涉及隧道技术领域，尤其是涉及一种城市隧道支护结构。

背景技术

近年来，随着我国交通建设事业的不断发展，穿越高地应力地层的隧道越来越多，给我国隧道施工及运营带来了极大的挑战。在高地应力区，当围岩应力超过其弹性强度极限，围岩内积聚的弹性变形能量极易突然猛烈的释放，从而引起围岩爆裂松脱、剥落、弹射等现象，直接威胁到施工人员、设备安全，影响工程进度及后期运营安全。

目前，对于极易发生岩爆的隧道段，主要采用“强支硬顶”的支护方案，即在掌子面爆破后立即施作锚杆、钢筋网、钢拱架等支护结构，并喷射钢纤维混凝土，同时及时施作仰拱，并提高仰拱现浇混凝土的早起强度。由于上述支护结构为刚性支护结构，其在反复的瞬间重压或冲击力作用下，该支护结构极易出现开裂、破损、掉块等病害。可见，现有支护结构变形量较小、韧性不足、无回弹量，极易因岩爆而产生各种病害。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种城市隧道支护结构，其具有力学性能较好(即韧性好)，能更好地与围岩协调变形，从而能有效释放围岩压力的效果。

本实用新型的上述实用新型目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种城市隧道支护结构，包括让压锚杆、混凝土层、拱架，所述拱架、混凝土层和让压锚杆沿隧道的纵向由内至外依次设置，所述拱架包括有至少三个让位单元，各个所述让位单元呈圆弧型，所述让位单元首尾相连组成与隧道截面形状相同的拱架，各个所述让位单元远离混凝土层的一侧两端均设置有螺纹杆，相邻两个所述让位单元上相互靠近的螺纹杆上共同套设有与让位单元贴合的连接件，所述连接件上设置有两个供螺纹杆穿过的条形孔，所述螺纹杆上设置有与螺纹杆螺纹配合的螺母，所述螺母与连接件远离让位单元的一侧相抵；相邻两个所述让位单元之间设置有弹性件。

通过采用上述技术方案，该支护结构中拱架由多个让位单元组成，相邻两个让位单元之间设置弹性件，利用弹性件的形变达到有效释放支护结构内部应力的目的，使其与围岩进行协调变形。利用螺纹杆和连接件的设置将相邻两个让位单元连接在一起，从而保障拱架的结构稳定性。条形孔的设置为螺纹杆的相对移动提供了空间，从而有利于弹性件的形变，进而达到协调变形的效果。

本实用新型进一步设置为：所述弹性件为第一弹簧，所述第一弹簧位于让位单元靠近混凝土层的一侧，所述第一弹簧的两端分别连接至与其端部相邻的让位单元，所述第一弹簧与让位单元可拆卸连接。

通过采用上述技术方案，让位单元靠近混凝土层的一侧设置第一弹簧，一方面，第一弹簧的形变达到有效释放支护结构内部应力的目的，另一方面，由于让位单元远离混凝土层的一侧固定完成，另一侧通过第一弹簧实现让位单元与隧道走向的充分贴合，从而使得支护结构更具有可操作性。第一弹簧与让位单元可拆卸连接，能够对拱架进行拆分，从而便于搬运。

本实用新型进一步设置为：所述第一弹簧的两端均设置有挂钩，所述让位单元上对应设置有与挂钩适配的安装孔。

通过采用上述技术方案，将挂钩穿过安装孔与让位单元连接，操作便捷，方便现场施工。

本实用新型进一步设置为：所述挂钩呈圆弧型，所述挂钩的弧度超过3/2π弧度。

通过采用上述技术方案，挂钩的弯曲角度超过3/4的圆，可以有效降低挂钩脱离安装孔的可能性，从而提高第一弹簧与让位单元的连接强度，保障依靠第一弹簧的弹性能够释放支护结构内部应力。

本实用新型进一步设置为：相邻两个所述让位单元之间设置有橡胶垫。

通过采用上述技术方案，在相邻两个让位单元发生相对位移时，除第一弹簧提供弹力，橡胶垫同时提供弹力，更好地与围岩协调变形，从而能有效释放围岩压力，进而能有效避免因应力变大而产生的开裂、失稳、掉块等病害。

本实用新型进一步设置为：相邻两个所述让位单元呈相对设置的侧壁上均设置有供橡胶垫塞入的凹槽，所述凹槽内设置有用于连接让位单元与橡胶垫的胶层。

通过采用上述技术方案，将橡胶垫两端塞入凹槽内，增大橡胶垫与让位单元的接触面积，并且在凹槽内设置胶层，利用胶层的粘性增强橡胶垫与让位单元的连接强度，从而降低橡胶垫在让位单元移动过程中脱离的可能性。

本实用新型进一步设置为：所述橡胶垫内设置有若干个空腔，所述空腔内设置有第二弹簧。

通过采用上述技术方案，第二弹簧在橡胶垫形变过程中提供弹力，从而更好地与围岩协调变形，从而能有效释放围岩压力。

本实用新型进一步设置为：相邻两个所述让位单元之间填充有泡沫混凝土层。

通过采用上述技术方案，泡沫混凝土作为一种新型的节能环保型建筑材料，具有密度小、质量轻、保温、隔音、抗震等性能，尤其是其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用，从而在保证弹性件通过形变释放支护结构内部应力的同时，确保了两个让位单元之间的结构稳定性。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

1.通过让位单元、螺纹杆、连接件、穿孔、螺母和弹性件的设置，从而利用弹性件的形变达到有效释放支护结构内部应力的目的，使其与围岩进行协调变形，能有效避免因应力变大而产生的开裂、失稳、掉块等病害；

2.通过橡胶垫的设置，进一步提供弹力，从而达到了协调变形的效果；

3.通过泡沫混凝土层的设置，从而在保证弹性件通过形变释放支护结构内部应力的同时，确保了两个让位单元之间的结构稳定性。。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2是图1中A部分的放大图。

图中，1、让压锚杆；2、混凝土层；3、拱架；4、让位单元；41、螺纹杆；42、连接件；43、条形孔；44、螺母；45、第一弹簧；5、橡胶垫；51、凹槽；52、胶层；53、空腔；54、第二弹簧；6、泡沫混凝土层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1，为本实用新型公开的一种城市隧道支护结构，包括让压锚杆1、混凝土层2、拱架3，拱架3、混凝土层2和让压锚杆1沿隧道的纵向由内至外依次设置。在本实施例中，混凝土层2为泡沫混凝土材质。泡沫混凝土可由粉煤灰、陶粒、水泥、水、碳纤维、减水剂等材料按一定配合比配制而成，其弹性模量应不大于400MPa。锚杆有两个以上，锚杆由钢丝绳与螺杆焊接而成，螺杆的直径为26-30毫米，长度为2.5-3.5米，相邻两锚杆的环向间距为1-2米。各锚杆均匀分布在泡沫混凝土层62拱顶部以及泡沫混凝土层62拱顶部的两侧，相邻两锚杆的环向间距为1-2米。各锚杆均位于隧道的径向方向上，各锚杆的一端固定在泡沫混凝土层62中，其余部分位于隧道围岩内。

参照图1和图2，拱架3包括有至少三个让位单元4，各个让位单元4呈圆弧型，让位单元4首尾相连组成与隧道截面形状相同的拱架3。各个让位单元4远离混凝土层2的一侧两端均焊接有螺纹杆41，相邻两个让位单元4上相互靠近的螺纹杆41上共同套设有连接件42，连接件42将相邻两个让位单元4连接起来。连接件42连接件42为较薄的弧型的不锈钢材质，具有良好的耐腐蚀性，与让位单元4的弧型面贴合。连接件42上穿设有两个供螺纹杆41穿过的条形孔43，螺纹杆41上设置有与螺纹杆41螺纹配合的螺母44，螺母44与连接件42远离让位单元4的一侧相抵。将螺纹杆41穿过对应条形孔43中，然后令连接件42与相邻两个让位单元4贴合，再将螺母44安装在螺纹杆41上，旋动螺母44，直到螺母44与连接件42相抵接，从而完成两个让位单元4的连接。

参照图2，相邻两个让位单元4之间设置有弹性件。支护结构中拱架3由多个让位单元4组成，相邻两个让位单元4之间设置弹性件。弹性件为第一弹簧45，第一弹簧45位于让位单元4靠近混凝土层2的一侧，第一弹簧45的两端分别连接至与其端部相邻的让位单元4，第一弹簧45与让位单元4可拆卸连接。第一弹簧45的两端均设置有挂钩，让位单元4上对应设置有与挂钩适配的安装孔。挂钩呈圆弧型，挂钩的弧度超过3/2π弧度。第一弹簧45与让位单元4可拆卸连接，能够对拱架3进行拆分，从而便于搬运。通过挂钩与安装孔实现第二弹簧54与让位单元4的连接，便于拆卸，从而方便搬运拱架3。利用弹性件的形变达到有效释放支护结构内部应力的目的，使其与围岩进行协调变形，能有效避免因应力变大而产生的开裂、失稳、掉块等病害。

参照图2，相邻两个让位单元4之间固定有橡胶垫5。相邻两个让位单元4呈相对设置的侧壁上均设置有凹槽51，供橡胶垫5塞入。凹槽51内设置有用于连接让位单元4与橡胶垫5的胶层52。橡胶垫5内开设有若干个空腔53，空腔53内固定有第二弹簧54，第二弹簧54的弹力方向与橡胶垫5的形变方向相同。第二弹簧54在橡胶垫5形变过程中提供弹力，从而更好地与围岩协调变形，从而能有效释放围岩压力。

参照图2，在相邻两个让位单元4之间填充有泡沫混凝土层6，从而在保证弹性件通过形变释放支护结构内部应力的同时，保护了两个让位单元4之间的连接结构，确保了两个让位单元4之间的结构稳定性。

本实施例的实施原理为：支护结构中拱架3由多个让位单元4组成，相邻两个让位单元4之间设置弹性件，利用弹性件的形变达到有效释放支护结构内部应力的目的，使其与围岩进行协调变形，能有效避免因应力变大而产生的开裂、失稳、掉块等病害。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种城市隧道支护结构，包括让压锚杆(1)、混凝土层(2)、拱架(3)，其特征在于：所述拱架(3)、混凝土层(2)和让压锚杆(1)沿隧道的纵向由内至外依次设置，所述拱架(3)包括有至少三个让位单元(4)，各个所述让位单元(4)呈圆弧型，所述让位单元(4)首尾相连组成与隧道截面形状相同的拱架(3)，各个所述让位单元(4)远离混凝土层(2)的一侧两端均设置有螺纹杆(41)，相邻两个所述让位单元(4)上相互靠近的螺纹杆(41)上共同套设有与让位单元(4)贴合的连接件(42)，所述连接件(42)上设置有两个供螺纹杆(41)穿过的条形孔(43)，所述螺纹杆(41)上设置有与螺纹杆(41)螺纹配合的螺母(44)，所述螺母(44)与连接件(42)远离让位单元(4)的一侧相抵；相邻两个所述让位单元(4)之间设置有弹性件。

2.根据权利要求1所述的城市隧道支护结构，其特征在于：所述弹性件为第一弹簧(45)，所述第一弹簧(45)位于让位单元(4)靠近混凝土层(2)的一侧，所述第一弹簧(45)的两端分别连接至与其端部相邻的让位单元(4)，所述第一弹簧(45)与让位单元(4)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的城市隧道支护结构，其特征在于：所述第一弹簧(45)的两端均设置有挂钩，所述让位单元(4)上对应设置有与挂钩适配的安装孔。

4.根据权利要求3所述的城市隧道支护结构，其特征在于：所述挂钩呈圆弧型，所述挂钩的弧度超过3/2π弧度。

5.根据权利要求2所述的城市隧道支护结构，其特征在于：相邻两个所述让位单元(4)之间设置有橡胶垫(5)。

6.根据权利要求5所述的城市隧道支护结构，其特征在于：相邻两个所述让位单元(4)呈相对设置的侧壁上均设置有供橡胶垫(5)塞入的凹槽(51)，所述凹槽(51)内设置有用于连接让位单元(4)与橡胶垫(5)的胶层(52)。

7.根据权利要求6所述的城市隧道支护结构，其特征在于：所述橡胶垫(5)内设置有若干个空腔(53)，所述空腔(53)内设置有第二弹簧(54)。

8.根据权利要求1-7任一项权利要求所述的城市隧道支护结构，其特征在于：相邻两个所述让位单元(4)之间填充有泡沫混凝土层(6)。

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