一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构，包括设置在隧洞内壁上的初喷钢纤维混凝土层，还包括设置在隧洞内壁的吸能锚杆，初喷钢纤维混凝土层上设置有钢筋编织网片，吸能锚杆的一端露出隧洞内壁并与钢筋编织网片连接，钢筋编织网片上设置有复喷钢纤维混凝土层，复喷钢纤维混凝土层内埋设有U型钢环形支架。本实用新型专利技术钢筋编织网片的编织点刚度与强度得到了大幅提高；具有更好的变形与吸能性能；采用吸能锚杆；U型钢环形支架采用可缩性的卡缆连接，岩爆发生时具有更好的抗扭曲稳定性，初喷钢纤维混凝土层和复喷钢纤维混凝土层，其抗拉强度大幅提高。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及隧洞施工领域，具体涉及一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构。
技术介绍
随着“一带一路”国家发展战略的不断推进，我国与中西亚等国的合作日趋紧密，许多重大水电、交通等基础工程相继在喜马拉雅山脉规划与建设。喜马拉雅山脉区地质条件复杂，构造运动强烈，地应力水平极高，给上述基础工程的建设带来了巨大挑战。其中，在水电站TBM（全断面隧道掘进机）施工引水隧洞的施工中，岩爆灾害时常导致人员伤亡、机械设备损毁，给施工人员与设备安全造成了极大威胁，严重影响了工程进度。在控制岩爆的所有工程措施中，隧洞初期支护起到至关重要的作用。因此，针对高地应力区TBM施工隧洞中的岩爆问题，亟待提出一种合理有效初期支护结构。目前，对敞开式TBM施工隧洞，锚喷支护是最常采用的初期支护方式。但传统的锚喷支护中，钢筋网片钢筋间仅采用点焊连接，其连接强度与刚度低；锚杆特别是机械式锚杆锚固力可靠度低、变形与抗冲击能力差；而喷射素混凝土的抗拉性能弱，强度等级低。传统初期支护结构抗冲击性能差，不能有效控制岩爆；且岩爆发生时，网片焊接点分解失效，危及人员伤亡；U型钢拱架扭曲破坏；锚杆迅速被拉断或整体拉出；喷射混凝土发生破裂、崩塌；造成一次衬砌失效，危及人员与设备安全。同时产生大体积爆坑，对断面二次成型造成困难。因此，提出一种适用于高地应力区TBM施工隧洞初期支护的方法，能够控制或效降低岩爆等级，有效保护人员与设备安全，将具有较高的工程运用价值。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决以上存在的问题，提供一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构。能够较好地控制中等及以下岩爆并降低更强岩爆的等级，确保施工人员及设备的安全，间接提高施工进度。本技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构，包括设置在隧洞内壁上的初喷钢纤维混凝土层，还包括设置在隧洞内壁的吸能锚杆，初喷钢纤维混凝土层上设置有钢筋编织网片，吸能锚杆的一端露出隧洞内壁并与钢筋编织网片连接，钢筋编织网片上设置有复喷钢纤维混凝土层，复喷钢纤维混凝土层内埋设有U型钢环形支架。如上所述的U型钢环形支架由若干个首尾相连的U型钢圆弧形支架组成，相邻的U型钢圆弧形支架的端部通过卡缆连接。如上所述的U型钢环形支架为多个，相邻的U型钢环形支架之间通过连接型钢连接。如上所述的钢筋编织网片包括横向钢筋和纵向钢筋，横向钢筋和纵向钢筋均为波浪形，横向钢筋的波峰与纵向钢筋的波谷焊接，横向钢筋的波谷与纵向钢筋的波峰焊接。本技术与现有技术相比，具有以下优点：1、钢筋编织网片由横向钢筋和纵向钢筋采用编织而成，且编织节点采用焊结二次加固。与普通点焊网片相比，钢筋编织网片的编织点刚度与强度得到了大幅提高；同时，钢筋编织网片为波浪型，具有更好的变形与吸能性能；可有效降低岩爆发生时钢筋编织网片的焊点脱落、钢筋编织网片分解发生概率，提高初期支护的可靠度进而保护人员与设备安全。2、吸能锚杆的应力~变形曲线接近理想弹塑性，其具有较高的承载力，且能够在承载力不变的情况下承受更大变形，在变形的同时吸收大量能量。与普通锚杆相比，吸能锚杆具有更好的抗冲击性，能够有效控制或降低岩爆带来的损害。3、U型钢环形支架采用可缩性的卡缆连接，U型钢环形支架在遭受岩爆冲击时可沿卡缆滑动；环间采用型钢连接，并在卡缆处重点布置，最终形成稳定的棚体结构，与普通型钢支护相比，岩爆发生时具有更好的抗扭曲稳定性。4、采用初喷钢纤维混凝土层和复喷钢纤维混凝土层，其抗拉强度大幅提高。与谱图喷射素混凝土相比，形成的喷射混凝土层具有更好的抗冲击与吸能性，能够更好地控制高地应力区岩爆灾害。附图说明图1为本技术的俯视剖面结构示意图；图2为本技术的横向剖面的结构示意图。；图3为U型钢环形支架的结构示意图；图4为钢筋编织网片的侧视结构示意图；图5为钢筋编织网片的俯视结构示意图；图6为U型钢圆弧形支架的连接示意图；图7为相邻的U型钢环形支架的连接示意图。图中：1-隧洞；2-初喷钢纤维混凝土层；3-钢筋编织网片；4-复喷钢纤维混凝土；5-吸能锚杆；6-U型钢环形支架；7-连接型钢；8-卡缆；301-横向钢筋；302-纵向钢筋；303-焊接点；601-U型钢圆弧形支架。具体实施方式以下结合附图对本技术的技术方案作进一步详细描述。一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构，包括设置在隧洞1内壁上的初喷钢纤维混凝土层2，还包括设置在隧洞1内壁的吸能锚杆5，初喷钢纤维混凝土层2上设置有钢筋编织网片3，吸能锚杆5的一端露出隧洞1内壁并与钢筋编织网片3连接，钢筋编织网片3上设置有复喷钢纤维混凝土层4，复喷钢纤维混凝土层4内埋设有U型钢环形支架6。U型钢环形支架6包括若干个首尾相连的U型钢圆弧形支架601，相邻的U型钢圆弧形支架601的端部通过卡缆8连接。U型钢环形支架6为多个，相邻的U型钢环形支架6之间通过连接型钢7连接。钢筋编织网片3包括横向钢筋301和纵向钢筋302，横向钢筋301和纵向钢筋302均为波浪形，横向钢筋301的波峰与纵向钢筋302的波谷焊接，横向钢筋301的波谷与纵向钢筋302的波峰焊接。钢筋编织网片3的制作：横向钢筋301与纵向钢筋302均采用Φ10mm的钢筋，网格尺寸取150mm×150mm，钢筋编织网片3的尺寸取1.5m×1.2m×10mm。首先，将横向钢筋301与纵向钢筋302在拉直机上拉直，然后，在除锈机上除锈；接着，在压力机上将横向钢筋301与纵向钢筋302压制成波浪形；下一步，将横向钢筋301与纵向钢筋302交错编织；最后，对编织交叉点采用点焊二次加固。吸能锚杆5：吸能锚杆5的锚杆取选取直径22mm为高强螺纹钢材，长度取4.0m，全长采用树脂锚固剂进行锚固，通过在锚杆的托盘位置添加恒阻装置实现大变形；根据室内卧拉试验得到，吸能锚杆5的锚杆承载力8约为150kN，锚杆最大延伸率9约80cm。恒阻装置为：尤洛卡矿业安全工程股份有限公司生产的锚杆（索）恒阻力匹配器。U型钢环形支架6：U型钢环形支架采用36U型钢，相邻U型钢圆弧形支架601的搭接长度取600mm，每个搭接点采用2个卡缆8，卡缆8工作阻力设计为200kN。连接型钢7采用40mm×4mm角钢。初喷钢纤维混凝土层2和复喷钢纤维混凝土层4：可以采用0.55×25mm规格的钢纤维，钢纤维的渗量为40kg/m，混凝土强度等级为C35。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本技术精神作举例说明。本技术所属
的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本技术的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构，包括设置在隧洞（1）内壁上的初喷钢纤维混凝土层（2），其特征在于，还包括设置在隧洞（1）内壁的吸能锚杆（5），初喷钢纤维混凝土层（2）上设置有钢筋编织网片（3），吸能锚杆（5）的一端露出隧洞（1）内壁并与钢筋编织网片（3）连接，钢筋编织网片（3）上设置有复喷钢纤维混凝土层（4），复喷钢纤维混凝土层（4）内埋设有U型钢环形支架（6）。

【技术特征摘要】
1.一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构，包括设置在隧洞（1）内壁上的初喷钢纤维混凝土层（2），其特征在于，还包括设置在隧洞（1）内壁的吸能锚杆（5），初喷钢纤维混凝土层（2）上设置有钢筋编织网片（3），吸能锚杆（5）的一端露出隧洞（1）内壁并与钢筋编织网片（3）连接，钢筋编织网片（3）上设置有复喷钢纤维混凝土层（4），复喷钢纤维混凝土层（4）内埋设有U型钢环形支架（6）。
2.根据权利要求1所述的一种高地应力区TBM施工隧洞初期支护结构，其特征在于，所述的U型钢环形支架（6）包括若干个首尾相连的U型钢圆弧形支架（601），相邻的U型钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵武胜，陈卫忠，赵坤，宋万鹏，李灿，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：新型
国别省市：湖北;42