复合衬砌结构制造技术

一种复合衬砌结构，其包括一初期支护、一缓冲层及一二次衬砌，所述初期支护、缓冲层及二次衬砌依次层叠设置构成一拱形结构，缓冲层设置于二次衬砌与初期支护之间，所述初期支护包括一外层初期支护及一内层初期支护层叠设置，外层初期支护设置于内层初期支护的外围，紧贴开挖围岩面布设；所述内层初期支护包括钢筋网、多个型钢拱架及喷射混凝土层，钢筋网和多个型钢拱架嵌在喷射混凝土层中，其中，所述内层初期支护进一步包括多个高压缩混凝土预制块单元嵌在喷射混凝土层中，每个型钢拱架由多节型钢和至少一个形变部组成，形变部连接型钢，多个形变部与多个高压缩混凝土预制块单元在拱形结构交替设置，多个高压缩混凝土预制块单元沿拱形结构的长度方向延伸。

【技术实现步骤摘要】
复合衬砌结构
本专利技术涉及一种复合衬砌结构。
技术介绍
复合衬砌结构是隧道中常用的一种结构。复合衬砌结构对隧道围岩起支撑的作用，其构架与隧道形状相同。在隧道施工的过程中，复合衬砌结构支撑开挖后的隧道围岩。随着大规模高速交通隧道和大型水利水电工程的建设，岩土与地下工程日益向深部发展，伴随的地质力学环境愈来愈复杂。我国中、西部地质构造发育的复杂山岭地区的特长交通隧道项目，埋深多在300～1000m。这种深度，在面临高地应力及复杂地质构造带等地层条件下，初期支护极易在围岩挤压作用下产生大变形，二次衬砌的长期稳定性也难以保证。目前，科研人员在乌鞘岭铁路（公路）隧道、兰渝铁路隧道、十天高速公路隧道等众多软岩大变形隧道建设过程中，对超前大钻孔或导洞应力释放、早高强喷射混凝土支护、多层柔性支护体系的强度及刚度、施工工艺等方面进行了大量的探索和实践。但，仍无法有效避免软岩挤压大变形导致的初期支护变形侵限、挤压破坏引起的耗工费时、具有安全风险的支护拆换和断面扩挖作业等问题。这些问题既大幅增加了工程投资，又减缓了施工进度。而且在长期运营过程中，在不断增长的挤压形变压力作用下，二次衬砌始终处于较高的工作应力状态，使得二次衬砌的长期稳定性及耐久性不断劣化，直接影响其服役性能和使用寿命。因此，挤压大变形地层条件下合理衬砌支护结构的研究具有重要的工程实用价值，关系到能否正确合理地进行地下工程的支护设计及安全性评价。
技术实现思路
因此，有必要提供一种复合衬砌结构，该复合衬砌结构能适应挤压大变形，有效改善地下工程支护体系施工过程中的挤压大变形受力状态及提高长期运营过程中不断增长的挤压形变压力作用下二次衬砌的稳定性。一种复合衬砌结构，其包括一初期支护、一缓冲层及一二次衬砌，所述初期支护、缓冲层及二次衬砌一次层叠设置构成一拱形结构，缓冲层设置于二次衬砌与初期支护之间；所述初期支护包括一外层初期支护及一内层初期支护层叠设置，外层初期支护设置于内层初期支护的外围，紧贴围岩面设置；所述内层初期支护包括多个型钢拱架及喷射混凝土层，多个型钢拱架嵌在喷射混凝土层中，其中，每个型钢拱架由多节型钢和至少一个形变部组成，形变部连接相邻的两节型钢，所述内层初期支护进一步包括多个高压缩混凝土预制块嵌在喷射混凝土层中，多个形变部与多个高压缩混凝土预制块单元在拱形结构的长度方向上交替设置构成一形变单元。相较于现有技术，本专利技术所提供的复合衬砌结构，外层初期支护仰拱不封闭，有较大的变形释放空间；内层初期支护设置于隧道内后，在围岩挤压形变压力作用下，高压缩混凝土预制块、多个形变部受内、外层初期支护中的喷射混凝土层及型钢拱架传递的挤压形变压力，由于高压缩混凝土预制块可适应较大的压缩变形，其破坏形式为延性破坏，形变部适应较大的压缩变形，其破坏形式为弹塑性破坏，从而在变形可控的前提下通过有效释放挤压大变形而释放围岩压力，避免现有复合式衬砌支护中挤压大变形导致的初期支护变形侵限、挤压破坏引起的支护拆换和断面扩挖作业等问题；设置于二次衬砌与初期支护之间的缓冲层，可通过压缩变形释放围岩压力，改善现有支护条件下挤压地层中二次衬砌较高的工作应力状态，有效提高地下工程中二次衬砌结构的长期稳定性及耐久性。附图说明图1为本专利技术第一实施例所提供的复合衬砌结构的横截面示意图。图2为本专利技术第一实施例提供的包括一形变单元的内层初期支护的平面示意图。图3为沿图2中III-III线的剖面示意图。图4为沿图2中IV-IV线的剖面示意图。图5为本专利技术第一实施例中的复合衬砌结构中的高压混凝土单元的受力示意图。图6为本专利技术第一实施例提供的复合衬砌结构在施工过程中的横向剖面示意图。图7为本专利技术第一实施例提供的复合衬砌结构在施工过程中纵向剖面示意图。图8为本专利技术第二实施例提供的包括形变单元的内层初期支护的平面示意图。图9为沿图8中IX-IX线的剖面示意图。图10为沿图8中X-X线的剖面示意图。图11为沿图8中XI-XI线的剖面示意图。主要元件符号说明形变部10固定锚杆12高压缩混凝土预制块13喷射混凝土层14可压缩部15固定部16外层初期支护30内层初期支护40形变单元50缓冲层60二次衬砌70仰拱填充及路面80型钢90初期支护100Ω形限位块110螺栓111外层初期支护径向锚杆120超前支护小导管或管棚130复合衬砌结构200如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式请参见图1，本专利技术第一实施例提供一种复合衬砌结构200。所述复合衬砌结构200包括一初期支护100、一缓冲层60及一二次衬砌70。所述初期支护100、缓冲层60及二次衬砌70依次层叠设置构成一拱形结构，缓冲层60设置于二次衬砌70与初期支护100之间。所述初期支护100包括一外层初期支护30及一内层初期支护40层叠设置。外层初期支护30设置于内层初期支护40的外围。所述外层初期支护30贴合于开挖洞的内壁，即隧道围岩。外层初期支护30包括钢筋网、径向锚杆、多个型钢拱架及喷射混凝土层，其结构与现有技术中的初期支护层的结构相同。具体可以为：钢筋网铺设于隧道内壁形成拱形结构，多个型钢拱架形成多个单拱结构，并沿隧道长度方向排列设置于钢筋网内侧。在钢筋网和多个型钢拱架设置之后，喷射混凝土层填充在钢筋网和多个型钢拱架上，使钢筋网和型钢拱架嵌在喷射混凝土层中，并被固定。如图1所示，所述外层初期支护30采用仰拱不封闭的结构，其横截面为一不封闭的拱形结构。所述内层初期支护40包括钢筋网、多个型钢拱架、多个高压缩混凝土预制块及喷射混凝土层，钢筋网、多个型钢拱架和多个高压缩混凝土预制块嵌在喷射混凝土层中。所述内层初期支护40为一全环封闭结构，即，仰拱封闭，其横截面为一封闭的环状结构。所述钢筋网的拱形部位铺设于外层初期支护30的内壁，钢筋网的仰拱部位直接铺设在隧道围岩上，形成全封闭的环状结构。所述多个型钢拱架设置于钢筋网内侧。每个型钢拱架构成一单环，支撑在钢筋网内侧。请参见图2及图3，所述内层初期支护40进一步包括多个高压缩混凝土预制块13嵌在喷射混凝土层14中。每个型钢拱架由多节型钢90和至少一个形变部10组成，形变部10连接该多节型钢90。在拱形结构的长度方向上，相邻的两个型钢拱架之间的距离为B。多个型钢拱架的多个形变部10与多个高压缩混凝土预制块13在拱形结构的长度方向上交替设置，多个高压缩混凝土预制块13沿拱形结构的长度方向延伸。即，多个高压缩混凝土预制块13在拱形结构的长度方向上相互间隔设置，并成线性排布。相邻的两个高压缩混凝土预制块13之间设置一个形变部10。所述高压缩混凝土预制块13配合形变部10设置。高压缩混凝土预制块13可通过固定锚杆12固定于隧道围岩上。在内层初期支护40的内壁上，每个型钢拱架中的相应位置的形变部10位于内壁同一拱高的位置，即多个型钢拱架中的相应位置的多个形变部10沿拱形结构的长度方向排列，相邻的两个形变部10之间设置有高压缩混凝土预制块13。即，高压缩混凝土预制块13通过形变部10相互连接，并沿拱形结构的长度方向延伸。将在同一延伸方向上的多个形变部10和多个高压缩混凝土预制块13组成的结构称作形变单元50。内层初期支护形成的过程为：在外层初期支护内侧及隧道围岩上铺设钢筋网；在钢筋网内侧架设多个型钢拱架，每个型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合衬砌结构，其包括一初期支护、一缓冲层及一二次衬砌，所述初期支护、缓冲层及二次衬砌依次层叠设置构成一拱形结构，缓冲层设置于二次衬砌与初期支护之间；所述初期支护包括一外层初期支护及一内层初期支护层叠设置，外层初期支护设置于内层初期支护的外围，紧贴开挖围岩面布设；所述内层初期支护包括多个型钢拱架及喷射混凝土层，多个型钢拱架嵌在喷射混凝土层中，其特征在于，每个型钢拱架由多节型钢和至少一个形变部组成，形变部连接相邻的两节型钢，所述内层初期支护进一步包括多个高压缩混凝土预制块嵌在喷射混凝土层中，多个形变部与多个高压缩混凝土预制块单元在拱形结构的长度方向上交替设置构成一形变单元。

【技术特征摘要】
1.一种复合衬砌结构，其包括一初期支护、一缓冲层及一二次衬砌，所述初期支护、缓冲层及二次衬砌依次层叠设置构成一拱形结构，缓冲层设置于二次衬砌与初期支护之间；所述初期支护包括一外层初期支护及一内层初期支护层叠设置，外层初期支护设置于内层初期支护的外围，紧贴开挖围岩面布设；所述内层初期支护包括喷射混凝土层及多个型钢拱架，该多个型钢拱架嵌在喷射混凝土层中，其特征在于，每个型钢拱架由多节型钢和至少一个形变部组成，形变部连接相邻的两节型钢，相邻的两节型钢间隔设置，所述形变部为一可滑动结构，相邻的两节型钢通过形变部间隔设置，形变部构成一可滑动轨道，相邻两节型钢在重压下沿该滑动轨道相向滑动，在重压下，形变部自适应围岩压力调整该形变部连接的两节型钢间距，相邻的两节型钢相互靠拢，该相邻的两节型钢之间的距离减小，所述内层初期支护进一步包括多个高压缩混凝土预制块嵌在喷射混凝土层中，多个形变部与多个高压缩混凝土预制块在拱形结构的长度方向上交替设置构成一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永刚，徐文杰，唐学军，余小龙，庞小冲，朱小明，
申请(专利权)人：甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62