CN220415370U - 一种装配式地下工程缓冲层支护结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种装配式地下工程缓冲层支护结构，包括：第一结构板，包括第一侧面和第二侧面，第一结构板通过第一侧面与初期支护层连接；第二结构板，包括第三侧面和第四侧面，第二结构板通过第四侧面与二次衬砌层相连接；第二侧面与第三侧面之间形成第一缓冲消能空间；设置在第一缓冲消能空间内的柔性消能组件，柔性消能组件包括由可塑性材质制备形成的第一板材，以及填充在第一缓冲消能空间内且包络设置在第一板材外围的第一多孔轻质材料，第一板材呈波浪形状；第一多孔轻质材料的外壁上设置有连通第一多孔轻质材料内部的第一缓冲吸能通道，当第一多孔轻质材料受到挤压时，以通过第一缓冲吸能通道将第一多孔轻质材料内部的气体进行挤压释放。
Description
技术领域
本实用新型属于地下工程技术领域，特别涉及一种装配式地下工程缓冲层支护结构。
背景技术
在地下工程中，由于软弱岩体自身强度低、流变力学特性显著，初期支护结构在开挖初期以及二次衬砌在服役期，由于受到过大的岩体形变压力而发生变形破坏。缓冲层作为一种层间支护结构，通过缓冲层体积压缩过程中的恒阻变形，吸收围岩的有害变形，耗散围岩部分变形能，进而减缓支护结构荷载，尤其是在偏压工况下，可以使得支护结构受力更为均匀。现有的缓冲层支护主要存在一下问题：(1)填充型支护结构诸如泡沫混凝土、陶粒轻质土等材料现浇施工，有较长的养护时间，且模板拆装过程耗时费力。聚氨酯、聚乙烯轻质泡沫等材料铺装方便，但由于不防火，不适宜在巷道工程此类特殊工程中推广。(2)非填充型支护结构诸如设置薄壁圆钢管作为缓冲吸能元件，由于是间隔安装，实现恒阻支护的受力点是非连续的，虽然一定程度上可以吸收围岩变形，但容易造成支护结构局部应力过大，且离散点造成的层间间隙与铺装间隙不利于地下工程防水结构的实施且容易破坏防水层。
可见，如何提供一种能够消解地下工程岩体形变压力且安装方便、适用性强、对其它施工工序影响小的缓冲层支护结构，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型提供的一种装配式地下工程缓冲层支护结构，以至少解决上述技术问题；
为了解决上述问题，本实用新型的第一方面提供一种装配式地下工程缓冲层支护结构，该缓冲层支护结构可根据需要铺设在初期支护与围岩之间作为缓冲层，也可根据需要铺设在初期支护与二次衬砌之间作为缓冲层，可以全断面布置，也可以根据需要在拱部、底部仰拱、拱脚进行分别布置。所述支护结构包括：第一结构板，包括第一侧面和第二侧面，所述第一结构板通过所述第一侧面与所述初期支护层连接；第二结构板，包括第三侧面和第四侧面，所述第二结构板通过所述第四侧面与所述二次衬砌层相连接；所述第一侧面与所述第四侧面之间形成第一缓冲消能空间；设置在所述第一缓冲消能空间内的柔性消能组件，所述柔性消能组件包括第一板材作为骨架，以及填充在所述第一缓冲消能空间内且包络设置在所述第一板材外围的第一多孔轻质材料，所述第一板材呈波浪形状；所述第一多孔轻质材料的外壁上设置有连通所述第一多孔轻质材料内部的第一缓冲吸能通道，当所述第一多孔轻质材料受到挤压时，以通过所述第一缓冲吸能通道将所述第一多孔轻质材料内部的气体进行挤压释放；所述第一结构板、所述柔性消能组件与所述第二结构板形成一体式的第一结构体。
在第一方面中，所述缓冲吸能组件还包括：与所述第一板材平行且相对设置的第二板材；所述第二板材呈波浪形状，所述第二板材和所述第一板材之间形成第二缓冲消能空间，所述第二缓冲消能空间内填充有多孔轻质材料；所述第二多孔轻质材料的外壁上设置有连通所述第二多孔轻质材料内部的第二缓冲吸能通道，当所述第二多孔轻质材料受到挤压时，以通过所述第二缓冲吸能通道将所述第二多孔轻质材料内部的气体进行挤压释放；所述第一板材、所述多孔轻质材料和所述第二板材形成一体式的第二结构体。
在第一方面中，所述第一板材与所述第二板材的形状为正弦波形状，所述正弦波形状的所述第一板材的波峰部位与对应侧的所述第一结构板的所述第二侧面对应连接，所述正弦波形状的所述第二板材的波峰部位与对应侧的所述第二结构板的所述第四侧面板对应连接。
在第一方面中，所述第一板材的波峰部位与对应侧的所述第一结构板的所述第二侧面焊接，所述第二板材的波峰部位与对应侧的所述第二结构板的所述第四侧面板焊接；和/或；所述第一板材的波峰部位与对应侧的所述第一结构板的所述第二侧面通过第一锚杆进行连接，所述第二板材的波峰部位与对应侧的所述第二结构板的所述第四侧面板通过第二锚杆进行连接。
在第一方面中，所述柔性消能组件还包括：第三板材；与所述第三板材水平对立设置的第四板材，所述第三板材和所述第四板材为水平板，所述第三板材和所述第四板材之间形成第三缓冲消能空间，所述第三板材与所述第四板材之间填充第三多孔轻质材料，所述三多孔轻质材料的外壁上设置有连通所述三多孔轻质材料内部的第三缓冲吸能通道，当所述三多孔轻质材料受到挤压时，以使得所述第三缓冲吸能通道内的气体进行释放；所述第三板材、所述三多孔轻质材料和所述第四板材形成一体式的所述第三结构体。
在第一方面中，所述第一结构体的厚度尺寸为50～250mm。
在第一方面中，设置在所述第一板材与所述第二板材之间填充有多孔轻质材料的填充密度为250～700kg/m3。
在第一方面中，所述多孔轻质材料包括下述材料当中的一种：泡沫混凝土、陶粒微球混合轻质土、多孔矿渣材料、聚氨酯泡沫等。
在第一方面中，所述柔性消能组件为多层，且设置在所述隧道的仰拱位置。
在第一方面中，所述第一板材、第二结构体上穿透设置有若干浇筑孔。
有益效果：本实用新型提出了一种装配式地下工程缓冲层支护结构，通过在第一结构板和第二结构板之间设置柔性消能组件，以使得当软岩隧道支护结构受到应力挤压时，能够通过该柔性消能组件达到缓冲消能的作用，在设置时，将第一结构板的第一侧面与初期支护层连接，以及将第二结构板的第二侧面与二次衬砌层相连接，使得第一结构板的第二侧面与第二结构板的第四侧面之间形成第一缓冲消能空间，然后在第一缓冲空间内设置第一板材和包络设置在第一板材外围的第一多孔轻质材料，且第一板材呈波浪形状以及第一多孔轻质材料的内部具有第一缓冲吸能通道，当第一多孔轻质材料受到应力挤压时，使第一缓冲吸能通道的形状也会发生形变，以通过第一缓冲吸能通道将第一多孔轻质材料内部的气体进行挤压释放，且在第一缓冲吸能通道发生形变时，也会带动设置在第一多孔轻质材料内部的第一板材发生对应的形变，进而起到抵消外部的应力挤压的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一中装配式地下工程缓冲层支护结构的结构图一；
图2为本实用新型实施例一中装配式地下工程缓冲层支护结构的结构图二；
图3为本实用新型实施例一中柔性消能组件的结构图；
图4为本实用新型实施例一中装配式地下工程缓冲层支护结构的结构图三；
图5为本实用新型实施例一中装配式地下工程缓冲层支护结构的结构图四。
附图标记说明：
1、初期支护层；
2、柔性消能组件；201、第一结构板；202、第二结构板；203、第一板材；204、第一多孔轻质材料；205、第二板材；206、第二多孔轻质材料；
3、二次衬砌层。
具体实施方式
下面将结合附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本实用新型。
实施例一：
如图1-4所示，本实施例一提供了一种装配式地下工程缓冲层支护结构，支护结构设置在隧道的初期支护层1与二次衬砌层3之间，支护结构包括：第一结构板201、第二结构板202和设置在第一缓冲消能空间内的柔性消能组件2；
其中，第一结构板201包括第一侧面和第二侧面，第一结构板201通过第一侧面与初期支护层1连接；第二结构板202包括第三侧面和第四侧面，第二结构板202通过第四侧面与二次衬砌层3相连接；第二侧面与第三侧面之间形成第一缓冲消能空间；柔性消能组件2包括由可塑性材质制备形成的第一板材203，以及填充在第一缓冲消能空间内且包络设置在第一板材203外围的第一多孔轻质材料204，第一板材203呈波浪形状；第一多孔轻质材料204的外壁上设置有连通第一多孔轻质材料204内部的第一缓冲吸能通道，当第一多孔轻质材料204受到挤压时，以通过第一缓冲吸能通道将第一多孔轻质材料204内部的气体进行挤压释放；第一结构板201、柔性消能组件2与第二结构板202形成一体式的第一结构体。
具体而言，本实用新型的实施例一提出了一种装配式地下工程缓冲层支护结构，通过在第一结构板201和第二结构板202之间设置柔性消能组件2，以使得当软岩隧道支护结构受到应力挤压时，能够通过该柔性消能组件2达到缓冲消能的作用，在设置时，将第一结构板201的第一侧面与初期支护层1连接，以及将第二结构板202的第二侧面与二次衬砌层3相连接，使得第一结构板201的第二侧面与第二结构板202的第四侧面之间形成第一缓冲消能空间，然后在第一缓冲空间内设置第一板材203和包络设置在第一板材203外围的第一多孔轻质材料204，且第一板材203呈波浪形状以及第一多孔轻质材料204的内部具有第一缓冲吸能通道，当第一多孔轻质材料204受到应力挤压时，使第一缓冲吸能通道的形状也会发生形变，以通过第一缓冲吸能通道将第一多孔轻质材料204内部的气体进行挤压释放，且在第一缓冲吸能通道发生形变时，也会带动设置在第一多孔轻质材料204内部的第一板材203发生对应的形变，进而起到抵消外部的应力挤压的技术效果。
需要说明的是，第一板材203、第一多孔轻质材料204和第二板材205可以适用于初期支护层1与二次衬砌层3间的缓冲层支护，铺装方便，安装完成后形成光滑轮廓且不存在凸起，对防水层的铺设影响小。且第一板材和第二板材的材质优选薄铁皮，该材质导热性能好；且多孔轻质材质材料能够起到良好的保温作用。
在一些可能的实施方式中，缓冲吸能组件还包括：与第一板材203平行且相对设置的第二板材205；第二板材205呈波浪形状，第二板材205和第一板材203之间形成第二缓冲消能空间，第二缓冲消能空间内填充有多孔轻质材料；第二多孔轻质材料206的外壁上设置有连通第二多孔轻质材料206内部的第二缓冲吸能通道，当第二多孔轻质材料206受到挤压时，以通过第二缓冲吸能通道将第二多孔轻质材料206内部的气体进行挤压释放；第一板材203、第一多孔轻质材料204和第二板材205形成一体式的第二结构体。
这是为了加强缓冲吸能组件自身的结构稳定性，设置与第一板材203平行且相对设置的第二板材205，且二者之间均为相适配的波浪形，第二板材205和第一板材203之间形成第二缓冲消能空间，第二缓冲消能空间内填充有多孔轻质材料；第二多孔轻质材料206的外壁上设置有连通第二多孔轻质材料206内部的第二缓冲吸能通道，当第二多孔轻质材料206受到挤压时，以通过第二缓冲吸能通道将第二多孔轻质材料206内部的气体进行挤压释放；第一板材203、第二多孔轻质材料206和第二板材205形成一体式的第二结构体，在第二结构体的外侧壁上开设有用于浇筑的浇筑孔，进而通过该浇筑孔进行多孔轻质材料的浇筑，第二多孔轻质材料206可以是多孔轻质混凝土。
在一些可能的实施方式中，第一板材203与第二板材205的形状为正弦波形状，正弦波形状的第一板材203的波峰部位与对应侧的第一结构板201的第二侧面对应连接，正弦波形状的第二板材205的波峰部位与对应侧的第二结构板202的第四侧面板对应连接。
这是由于，正弦波形状具有尺寸标准的波峰和波谷，使其稳定的结构性能，以通过第一板材203的波峰部位与对应侧的第一结构板201的第二侧面对应连接，以及通过第二板材205的波峰部位与对应侧的第二结构板202的第四侧面板对应连接，进而形成稳定的一体结构，进一步地，本实例一针对第一板材203与第一结构板201以及第二板材205与第二结构板202的连接方式，提出一种具体实施方式，该实施方式包括：第一板材203的波峰部位与对应侧的第一结构板201的第二侧面焊接，第二板材205的波峰部位与对应侧的第二结构板202的第四侧面板焊接；和/或；第一板材203的波峰部位与对应侧的第一结构板201的第二侧面通过第一锚杆进行连接，第二板材205的波峰部位与对应侧的第二结构板202的第四侧面板通过第二锚杆进行连接。
在一些可能的实施方式中，柔性消能组件2还包括：第三板材；与第三板材水平对立设置的第四板材，第三板材和第四板材为水平板，第三板材和第四板材之间形成第三缓冲消能空间，第三板材与第四板材之间填充第三多孔轻质材料，三多孔轻质材料的外壁上设置有连通三多孔轻质材料内部的第三缓冲吸能通道，当三多孔轻质材料受到挤压时，以使得第三缓冲吸能通道内的气体进行释放；第三板材、三多孔轻质材料和第四板材形成一体式的第三结构体。
这是由于，为了适应不同安装部位的需求，将柔性消能组件2的第三板材和第四板材设置为水平板。
在一些可能的实施方式中，第一结构体的厚度尺寸为50～250mm。
在具体实施时，可根据隧道的尺寸以及安装需求来进行第一结构体的厚度尺寸选取；
在一些可能的实施方式中，设置在第一板材203与第二板材205之间的第一多孔轻质材料204、以及设置在第三板材与第四板材之间的第二多孔轻质材料的填充密度为250～700kg/m3。
该密度能够满足不同工况下缓冲层所需让压力以及变形量的需求。
在一些可能的实施方式中，多孔轻质材料包括下述材料当中的一种：泡沫混凝土、陶粒微球混合轻质土、多孔矿渣材料和聚氨酯泡沫等。
需要说明的是，上述材质具有良好的防火性能，以及在浇筑后快速凝固成型的特制，能够不适应快四
在一些可能的实施方式中，柔性消能组件2为多层，且设置在隧道的仰拱位置。
需要说明的是，柔性消能组件设置单层和多层均可，可根据需要铺设在初期支护与围岩之间作为缓冲层，也可根据需要铺设在初期支护与二次衬砌之间作为缓冲层，可以全断面布置，也可以根据需要在拱部、底部仰拱、拱脚进行分别布置。
在一些可能的实施方式中，所述第一板材、第二结构体上穿透设置有若干浇筑孔。且浇筑孔位梅花孔洞，便于在浇筑时，浆液通过梅花孔洞相互流通。
综上所述，本实用新型具有以下优点：
1、多孔轻质土填充波纹夹心板材作为地下工程缓冲层支护结构可以实现缓冲层的装配式施工，通过波纹夹芯板材的厚度、填充材料密度、缓冲层层数等参数的调整，可以满足不同工况下，缓冲层所需让压力以及变形量的需求。
2、多孔轻质土填充波纹夹心板材可以适用于初期支护与围岩之间的缓冲支护，一方面围岩压力通过吸能面板更为均匀的传递给钢拱架与喷射混凝土，一方面由于吸能面板的掩护，可以提高作业人员的安全性。
3、多孔轻质土填充波纹夹心板材可以适用于初期支护与二次衬砌层间的缓冲层支护，铺装方便，安装完成后形成光滑轮廓且不存在凸起，对防水层的铺设影响小。
4、多孔轻质土填充波纹夹心板材可以加工成曲面状或平板状，以适应不同安装部位的需求。
5、孔轻质土填充波纹夹心板沿隧道轮廓连续布置，相对于非连续的缓冲吸能构件，衬砌结构受力更为均匀。
6、多孔轻质土填充波纹夹心板材的正弦波式胞壁相比于一般直壁，压缩过程中让压力更为平稳。
由于该实施例二与实施例一为同一实用新型构思下的一个实施例，其部分结构完全相同，因此对实施例二中与实施例一实质相同的结构不在详细阐述，未详述部分请参阅实施例一即可。
最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于，所述支护结构包括：
第一结构板，包括第一侧面和第二侧面，所述第一结构板通过所述第一侧面与初期支护层连接；
第二结构板，包括第三侧面和第四侧面，所述第二结构板通过所述第四侧面与二次衬砌层相连接；所述第二侧面与所述第三侧面之间形成第一缓冲消能空间；
设置在所述第一缓冲消能空间内的柔性消能组件，所述柔性消能组件包括由可塑性材质制备形成的第一板材，以及填充在所述第一缓冲消能空间内且包络设置在所述第一板材外围的第一多孔轻质材料，所述第一板材呈波浪形状；所述第一多孔轻质材料的外壁上设置有连通所述第一多孔轻质材料内部的第一缓冲吸能通道，当所述第一多孔轻质材料受到挤压时，以通过所述第一缓冲吸能通道将所述第一多孔轻质材料内部的气体进行挤压释放；所述第一结构板、所述柔性消能组件与所述第二结构板形成一体式的第一结构体。
2.根据权利要求1所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于，所述柔性消能组件还包括：
与所述第一板材平行且相对设置的第二板材；所述第二板材呈波浪形状，所述第二板材和所述第一板材之间形成第二缓冲消能空间，所述第二缓冲消能空间内填充有第二多孔轻质材料；所述第二多孔轻质材料的外壁上设置有连通所述第二多孔轻质材料内部的第二缓冲吸能通道，当所述第二多孔轻质材料受到挤压时，以通过所述第二缓冲吸能通道将所述第二多孔轻质材料内部的气体进行挤压释放；所述第一板材、所述第二多孔轻质材料和所述第二板材形成一体式的第二结构体。
3.根据权利要求2所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于：
所述第一板材与所述第二板材的形状为正弦波形状，所述正弦波形状的所述第一板材的波峰部位与对应侧的所述第一结构板的所述第二侧面对应连接，所述正弦波形状的所述第二板材的波峰部位与对应侧的所述第二结构板的所述第四侧面板对应连接。
4.根据权利要求3所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于，
呈正弦波形状的所述第一板材的波峰部位与对应侧的所述第一结构板的所述第二侧面焊接，呈正弦波形状的所述第二板材的波峰部位与对应侧的所述第二结构板的所述第四侧面板焊接；
和/或；
呈正弦波形状的所述第一板材的波峰部位与对应侧的所述第一结构板的所述第二侧面通过第一锚杆进行连接，呈正弦波形状的所述第二板材的波峰部位与对应侧的所述第二结构板的所述第四侧面板通过第二锚杆进行连接。
5.根据权利要求4所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于，所述柔性消能组件还包括：
第三板材；
与所述第三板材水平对立设置的第四板材，所述第三板材和所述第四板材为水平板，所述第三板材和所述第四板材之间形成第三缓冲消能空间，所述第三板材与所述第四板材之间填充第三多孔轻质材料，所述三多孔轻质材料的外壁上设置有连通所述三多孔轻质材料内部的第三缓冲吸能通道，当所述三多孔轻质材料受到挤压时，以使得所述第三缓冲吸能通道内的气体进行释放；所述第三板材、所述三多孔轻质材料和所述第四板材形成一体式的第三结构体。
6.根据权利要求5所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于：
所述第一结构体的厚度尺寸为50～250mm。
7.根据权利要求6所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于：
设置在所述第一板材与所述第二板材之间的第一多孔轻质材料，以及设置在所述第三板材与所述第四板材之间的所述第二多孔轻质材料的填充密度为250～700kg/m3。
8.根据权利要求7所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于，所述多孔轻质材料包括下述材料当中的一种：
泡沫混凝土、陶粒微球混合轻质土、多孔矿渣和聚氨酯泡沫。
9.根据权利要求8所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于：
所述柔性消能组件为多层，且设置在隧道的仰拱位置。
10.根据权利要求9所述的装配式地下工程缓冲层支护结构，其特征在于：
所述第一板材、所述第二结构体上穿透设置有若干浇筑孔。
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