CN212716651U - 一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是提供一种既可释放一定的围岩变形量，又可在围岩变形释放到一定程度后强力抵抗其继续变形，从而达到减少隧道围岩大变形对支护结构破坏的适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，涉及隧道工程技术领域。一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，包括由外到内依次设置在隧道围岩内侧的围岩初步稳定层、柔性支撑和环形刚性支撑，所述柔性支撑通过多个间隔设置的且一端伸入隧道围岩内的锚杆连接贴合在所述围岩初步稳定层内壁，所述环形刚性支撑与所述柔性支撑之间留有间距以形成围岩变形释放腔。本实用新型有效地提高隧道结构的抵抗变形能力和结构稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及隧道工程技术领域，具体的涉及一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护。
背景技术
近年来随着我国基础设施建设的迅猛发展，在修建公路、铁路、水利等工程中修建的隧道工程也随之增多。隧道工程施工过程中的复杂性及风险性对隧道工程衬砌结构的安全性及实用性提出了更高的要求。
软岩具有强度低、孔隙度大、胶结程度差、含大量膨胀性粘土矿物等特性，在工程施工干扰下产生显著塑性变形和流变。由于软岩结构和强度上的缺陷，以及地应力、地下水条件、施工等因素的影响，软岩隧道的围岩在隧道开挖完成后易产生很大变形，且围岩的变形现象具有累进性和时间效应。对于变形大支护措施，无论开挖之前的支护还是开挖完成之后的加固措施，施工都较为麻烦，且工序较多，施工材料耗费大。目前工程中对于隧道大变形有两种解决思路，一种是采用刚度较大的支撑结构强力“抵抗”其变形，另外一种是采用柔性支护先“释放”一部分变形，从而减小支护结构整体的受力。但是在很多施工过程中，上述两种方式都存在一定的问题，主要是因为围岩变形太大的地方，如果采用结构刚度较大的初期支护，围岩变形量完全得不到释放，围岩压力积累到一定的阶段，反倒会使刚度较大的初期支护产生脆性破坏；采用柔性支护先“释放”一部分变形，减小支护结构整体的受力大小，但有可能会由于不能合理有效的控制变形量，造成形变量过大，从而造成结构破坏及侵限等问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种既可释放一定的围岩变形量，又可在围岩变形释放到一定程度后强力抵抗其继续变形，从而达到减少隧道围岩大变形对支护结构破坏的适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，包括由外到内依次设置在隧道围岩内侧的围岩初步稳定层、柔性支撑和环形刚性支撑；所述围岩初步稳定层贴合在隧道围岩上；
所述柔性支撑通过多个间隔设置的且一端伸入隧道围岩内的锚杆连接贴合在所述围岩初步稳定层内壁；
所述环形刚性支撑与所述柔性支撑之间留有间距以形成围岩变形释放腔。
进一步地，所述围岩初步稳定层由含有钢筋网的喷射混泥土构成。
进一步地，所述柔性支撑内侧设有螺母锚具，所述锚杆另一端与所述螺母锚具螺纹连接，从而将所述柔性支撑连接贴合在所述围岩初步稳定层内壁。
进一步地，所述锚杆的轴向方向沿着所述环形刚性支撑径向方向设置。
进一步地，所述围岩变形释放腔内设有多个间隔设置的用于支撑所述柔性支撑的支撑柱。
进一步地，所述支撑柱由所述锚杆的端部向内延伸而成，所述支撑柱与所述环形刚性支撑焊接连接。
进一步地，所述锚杆为中空结构的注浆锚杆。
进一步地，所述环形刚性支撑为工字钢。
进一步地，所述柔性支撑为柔性钢板。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的支护结构先通过柔性支撑释放一定的围岩变形量，在围岩变形释放到一定程度后通过环形刚性支撑又能抵抗其变形，达到刚柔并济的支护目的，该结构采用多级转化辅助承载机制有效控制围岩大变形恶化导致的支护体系破坏，有效地提高隧道支护结构的抵抗变形能力和结构稳定性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图：
图2是柔性支撑与环形刚性支撑的连接示意图；
图中所示：围岩初步稳定层1，柔性支撑2，环形刚性支撑3，锚杆4，围岩变形释放腔5，支撑柱6，隧道围岩7，围岩压力8，螺母锚具9。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1、图2所示，本实用新型的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，包括由外到内依次设置在隧道围岩7内侧的围岩初步稳定层1、柔性支撑2和环形刚性支撑3。所述围岩初步稳定层1贴合在隧道围岩上，让围岩初步稳定一定时间以便后续支撑的施工。所述柔性支撑2通过多个间隔设置的且一端伸入隧道围岩内的锚杆4连接贴合在所述围岩初步稳定层1内壁。所述环形刚性支撑3与所述柔性支撑2之间留有间距以形成围岩变形释放腔5。
其中，围岩初步稳定层1可以是混泥土、木质支护等，本实用新型实施例中围岩初步稳定层1由含有钢筋网的喷射混泥土构成，即，采用喷锚支护结构；柔性支撑2可采用复合材料，本实用新型中，柔性支撑2采用的是柔性钢板；环形刚性支撑3形状是根据隧道形状设置。
本实用新型中，锚杆4优选采用中空结构的注浆锚杆，以增加锚固力；环形刚性支撑3采用的是工字钢。
围岩变形当量较小时，柔性支撑2与锚杆4处于刚性阶段，积极承担并转移围岩压力8，柔性支撑2、锚杆4共同抵抗围岩压力8。当围岩变形当量较大，柔性支撑2由于具有柔性变形能力，柔性支撑2可向围岩变形释放腔5内变形，柔性支撑2、锚杆4转化为弱性支撑，释放一定的围岩变形量，减少隧道围岩大变形对结构的破坏。当变形当量过大，超过了柔性支撑2、锚杆4的变形极限，柔性支撑2、锚杆4被破坏失效，此时围岩压力8由大刚度的环形刚性支撑3承担，防止围岩继续变形。该支护结构先通过柔性支撑释放一定的围岩变形量，在围岩变形释放到一定程度后通过环形刚性支撑又能抵抗其变形，达到刚柔并济的支护目的，该结构采用多级转化辅助承载机制有效控制围岩大变形恶化导致的支护体系破坏，有效地提高隧道支护结构的抵抗变形能力和结构稳定性。
具体的，柔性支撑2内侧设有螺母锚具9，锚杆4与螺母锚具9螺纹连接，从而将与柔性支撑2连接贴合在围岩初步稳定层1内壁。该方式与锚杆采用与柔性支撑2直接焊接或卡接的方式相比，该方式更加灵活，方便安装，而且便于后续调节，即在柔性支撑2发生柔性变形后，可向内调节螺母锚具9，以减缓柔性支撑2被破坏的速度。
图中，锚杆4的轴向方向优选沿着环形刚性支撑3径向方向设置，如此，锚杆的受力最好。
图中，围岩变形释放腔5内设有多个间隔设置的用于支撑柔性支撑2的支撑柱6。如此，在围岩释放压力阶段，围岩变形压力一部分可通过支撑柱6传统至环形刚性支撑3，锚杆4承担的拉力相应减少，从而可以适当减少锚杆4伸入隧道围岩的长度，减少施工难度。图中，支撑柱6由锚杆4端部向内延伸而成，支撑柱6与环形刚性支撑3焊接连接，即适当增加锚杆4长度以形成支撑柱6，如此，在柔性支撑2受到破坏后，环形刚性支撑3受到的围岩压力也可通过锚杆向上传递一部分，从而减少环形刚性支撑3的受力，且支护结构的施工也更方便(不用单独设置支撑柱)。
本实用新型的施工过程如下:
Step1、隧道开挖后，及时铺设围岩初步稳定层1(喷锚支护)，让围岩初步稳定一定时间；
Step2、架设柔性支撑2和环形刚性支撑3组成支撑结构，架设分三部分完成，第一部分架设左右边拱位置，第二部分架设上拱位置，最后架设底拱位置，每部首尾处采用多个长条螺栓连接，并在连接处用钢绞线进行绑扎固定。
Step3、打入锚杆，将锚杆通过预留在支撑结构上的环长条螺栓孔打入围岩中，同时旋紧螺母锚具9加以固定；
Step4、围岩大变形的时候，适当调整调节螺母锚具9来增大或减小围岩一侧的变形空间，以适应围岩的变形；
Step5、围岩变形趋于稳定后，在环形刚性支撑3内侧进行混凝土施工。
本实用新型通过上述施工步骤形成了喷锚支护+柔性支撑+锚杆+活动螺母锚具+环形刚性支撑的变形控制支护结构，一方面可通过释放一定的围岩变形量，减少隧道围岩大变形对结构的破坏，有效地提高隧道结构的抵抗变形能力和结构的稳定性；另外一方面具有刚度较大的结构能够在围岩变形释放到一定程度后强力抵抗其变形，达到刚柔并济的支护目的。
Claims (9)
1.一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：包括由外到内依次设置在隧道围岩内侧的围岩初步稳定层(1)、柔性支撑(2)和环形刚性支撑(3)；所述围岩初步稳定层(1)贴合在隧道围岩上；
所述柔性支撑(2)通过多个间隔设置的且一端伸入隧道围岩内的锚杆(4)连接贴合在所述围岩初步稳定层(1)内壁；
所述环形刚性支撑(3)与所述柔性支撑(2)之间留有间距以形成围岩变形释放腔(5)。
2.如权利要求1所述的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：所述围岩初步稳定层(1)由含有钢筋网的喷射混泥土构成。
3.如权利要求1所述的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：所述柔性支撑(2)内侧设有螺母锚具(9)，所述锚杆(4)另一端与所述螺母锚具(9)螺纹连接，从而将所述柔性支撑(2)连接贴合在所述围岩初步稳定层(1)内壁。
4.如权利要求1、2或3所述的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：所述锚杆(4)的轴向方向沿着所述环形刚性支撑(3)径向方向设置。
5.如权利要求1所述的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：所述围岩变形释放腔(5)内设有多个间隔设置的用于支撑所述柔性支撑(2)的支撑柱(6)。
6.如权利要求5所述的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：所述支撑柱(6)由所述锚杆(4)的端部向内延伸而成，所述支撑柱(6)与所述环形刚性支撑(3)焊接连接。
7.如权利要求1所述的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：所述锚杆(4)为中空结构的注浆锚杆。
8.如权利要求1所述的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：所述环形刚性支撑(3)为工字钢。
9.如权利要求1所述的一种适用于隧道软岩大变形的柔性消能支护，其特征在于：所述柔性支撑(2)为柔性钢板。
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|---|---|---|---|---|
| CN113187530A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-07-30 | 黑龙江科技大学 | 一种采矿专用软岩破碎顶板支护装置 |
| CN113982631A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-28 | 成都未来智隧科技有限公司 | 隧道支护结构和隧道支护方法 |
| CN114165269A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-03-11 | 山东建筑大学 | 基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统及其施工工艺 |
| CN114645723A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-06-21 | 中铁第五勘察设计院集团有限公司 | 一种高地应力互层隧道控制大变形联合支护结构 |
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