高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，包括多榀对所施工高地应力软弱围岩隧道的隧道洞进行支护的格栅钢架和多榀对隧道洞的拱墙进行支护的型钢套拱，多榀格栅钢架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀型钢套拱的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设；多榀格栅钢架呈均匀布设，多榀型钢套拱呈均匀布设，前后相邻两榀型钢套拱之间的间距为前后相邻两榀所述格栅钢架之间间距的M倍，其中M为正整数且M＝1、2或3；每榀型钢套拱均支撑于一榀格栅钢架内侧。本实用新型专利技术结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，能满足高地应力软弱围岩隧道的初期支护需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于隧道初期支护施工
，尤其是涉及一种高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系。
技术介绍
隧道开挖势必引发围岩原始应力的重新分布，整个围岩应力重分布的力学行为可以概化为如下过程:经“平衡”、“松弛”与“松散、坍塌”三个阶段后，达到新的平衡。“松弛”和“松散”在描述应力重分布过程是两个完全不同的概念，在这两个过程中围岩荷载的表现形式也是不同的。“松弛”阶段产生的荷载被称为“形变压力”，此时围岩应力水平的降低与围岩变形共存，从岩体力学角度分析，该阶段的围岩仍可认为处于连续介质或似连续介质的性态；“松散、坍塌”阶段产生的荷载被称为“松散压力”，它是在围岩变形增长到一定程度后，岩块与原岩分离而导致的坍塌或岩块的自重应力对支护产生作用。国内外学者曾对软岩隧道(也称为软弱围岩隧道)施工后产生大变形的类型进行过系统的研究，并从不同的角度对大变形的类型进行分类，下面对大变形隧道按其变形机理的分类进行说明。软岩大变形隧道按其变形机理可分为松散型、膨胀型和挤压型三个类型，诱发这三种类型的隧道大变形的前提条件相差较大，大变形发生后表现出来的变形特征也是各不相同的。其中，松散型大变形出现在硬岩(包括岩块强度Rc>30MPa的破碎岩体、层状岩体和块状岩体等)隧道和低地应力的浅埋隧道中，围岩松弛过程较短，前期变形量较小，在没能及时提供足够的支护反力时，围岩变形发展到一定程度后便会松散或坍塌，由此产生的围岩松散压力直接作用在支护结构上，在变形时态曲线呈现向上反弯或“跳跃”的性态。膨胀型大变形隧道的变形机理简单的说就是软岩内的膨胀性矿物成分在水或者力的作用下体积增大，不断侵入隧道净空的现象。当在含膨胀性矿物的地层中开挖隧道时，岩石遇水或吸湿之后产生膨胀，其量值可能远大于岩石的弹塑性及碎胀变形量之和，由此产生的膨胀性变形压力成为诱发软岩隧道支护破坏的一个重要原因。隧道开挖后，围岩遇水作用会发生物理化学反应，引起体积膨胀和力学性能的变化，在隧道周边围岩形成了遇水膨胀区和稳定区两个不同的区域。遇水膨胀区围岩的天然裂隙结构、应力调整引起的围岩裂隙为软岩及膨胀性矿物提供了吸水通道，加剧了围岩的膨胀变形，最终产生大变形，导致隧道结构体的破坏。“挤压型大变形”发生于围岩松弛阶段，其变形机理与“松散型大变形”和“膨胀型大变形”相差较大，并且变形过程极为复杂，国内外大量的专家与学者对这一课题进行了大量的研究，但挤压型软岩大变形隧道的修建仍是世界性难题。其中，具有高应力背景的软弱围岩变形称为“挤压型”变形，即高应力条件的软弱围岩变形为挤压型大变形。国际岩石力学学会(简称ISRM)“隧道挤压性岩石专业委员会”对围岩挤压性作了如下定义挤压型”是指围岩具有时效的大变形;其变形具有明显的优势部位和方向，可发生在施工阶段，也可能会延续较长时间。变形的本质是岩体内的剪应力超限而引起的剪切蠕动，这些变形主要可以归纳为以下几种特点:第一、变形的速度快;第二、变形量大;第三、变形持续的时间长;第四、变形有明显的优势部位和方向。目前，挤压型大变形隧道比较认可的破坏机理有如下三种:完全剪切破坏、弯曲破坏和剪力及滑动张裂破坏。软岩(即软弱围岩)发生塑性变形的概率非常高，常引起隧道的净空变小，影响正常的隧道施工和使用。由于软弱围岩本身的地质性质结构松散，并且稳定性极差，这就决定了它在隧道建设中必然会产生一定程度的变形。由于软弱围岩稳定性较差的原因，在隧道开挖后，使原有的地应力平衡遭到了破坏，从而导致围岩发生变形。在施工的过程中，如果选用的方法不当，不但会引起工程建设初期支护结构的变形，甚至会引起隧道的塌方等安全事故。综上，在高地应力作用下，软岩大变形导致大梁隧道底板隆起，初支变形失效、侵限等现象，开挖后围岩应力巨大，对支护体系的强度、刚度要求极高;支护体系弱了，被围堰应力短时间内挤压破坏，变形侵限，带来拆换重做的结果，安全风险极高；同时，变形量大、发展迅速且持续不收敛，施作完成的支护体系，因变形量控制不好造成侵限的情况非常普遍，严重危及施工安全及工程质量。因而，针对高地应力下软岩变形特征，需对初期支护方案进行优化调整。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，能满足高地应力软弱围岩隧道的初期支护需求。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是:一种高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征在于:包括多榀对所施工高地应力软弱围岩隧道的隧道洞进行支护的格栅钢架和多榀对隧道洞的拱墙进行支护的型钢套拱，多榀所述格栅钢架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢套拱的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设；多榀所述格栅钢架呈均匀布设，且多榀所述型钢套拱呈均匀布设，前后相邻两榀所述型钢套拱之间的间距为前后相邻两榀所述格栅钢架之间间距的M倍，其中M为正整数且M=l、2或3;每榀所述型钢套拱均支撑于一榀所述格栅钢架内侧。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:前后相邻两榀所述格栅钢架之间的间距为0.4m?0.6m。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:所述格栅钢架包括对隧道洞的拱墙进行支护的格栅拱架;所述型钢套拱的形状与格栅拱架的形状相同，且每榀所述型钢套拱均支撑于一榀所述格栅拱架内侧。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:所述格栅拱架的左右两侧拱脚底部均设置有一个呈水平布设的支撑钢板。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:所述格栅拱架的左右两侧均通过多根锁脚锚管进行锚固。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:还包括多个分别位于多榀所述型钢套拱正下方且对隧道洞的底部进行支护的隧道底部钢架，所述隧道底部钢架的两端分别与型钢套拱的两个拱脚紧固连接;每榀所述型钢套拱均与位于其正下方的隧道底部钢架组成对隧道洞进行支护的全环型钢架。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:所述隧道洞底部铺有一层厚度为20cm?30cm的混凝土垫层，所述隧道底部钢架位于所述混凝土垫层上。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:还包括第一喷射混凝土支护结构;所述第一喷射混凝土支护结构包括由喷射在隧道洞内壁上的混凝土形成的第一混凝土喷射层，且多榀所述格栅钢架均固定于第一混凝土喷射层内，多榀所述型钢套拱均位于第一混凝土喷射层内侧。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:所述第一混凝土喷射层的厚度为28cm?32cm;所述型钢套拱为由工字钢弯曲形成的拱架。上述高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征是:还包括第二喷射混凝土支护结构和多道对多榀所述型钢套拱与多个所述隧道底部钢架进行连接的纵向连接钢筋，多道所述纵向连接钢筋均沿隧道纵向延伸方向进行布设，且多道所述纵向连接钢筋沿隧道洞的开挖轮廓线由左至右进行布设;所述第一喷射混凝土支护结构和所述第二喷射混凝土支护结构均为采用混凝土湿喷方法对隧道洞进行全断面喷射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高地应力软弱围岩隧道格栅钢架与套拱联合支护体系，其特征在于：包括多榀对所施工高地应力软弱围岩隧道的隧道洞(1)进行支护的格栅钢架和多榀对隧道洞(1)的拱墙进行支护的型钢套拱(3)，多榀所述格栅钢架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述型钢套拱(3)的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设；多榀所述格栅钢架呈均匀布设，且多榀所述型钢套拱(3)呈均匀布设，前后相邻两榀所述型钢套拱(3)之间的间距为前后相邻两榀所述格栅钢架之间间距的M倍，其中M为正整数且M＝1、2或3；每榀所述型钢套拱(3)均支撑于一榀所述格栅钢架内侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任少强，王平安，谢江胜，杨星智，崔文镇，杨文宣，冀胜利，
申请(专利权)人：中铁二十局集团有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61