一种具有缓冲性能隧道支护衬砌及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种具有缓冲性能隧道支护衬砌及施工方法，安装于隧道岩壁内且与其形状相匹配的外层支护体、中层支护体和内层支护体，适应隧道开挖后冻胀及岩爆造成的隧道初期变形；第一减压机构，能够在钢架在受到隧道岩壁产生的压力时，第一顶块向第一壳体内滑动并压缩第一弹性件，使得该压力得到释放和缓冲，使钢架依然具有支护性能；第二减压机构，不仅能够提高轴向相邻两型钢的连接强度和稳定性，并且与第一减压机构配合使用能够承受更强的压力；内层支护体中的内层减压装置，使得支护板能够适应隧道发生岩爆、冻胀或软岩大变形引起形状变化，使其保证具有支护性能。

A Supporting Lining and Construction Method of Tunnel with Buffering Performance

【技术实现步骤摘要】
一种具有缓冲性能隧道支护衬砌及施工方法
本专利技术涉及隧道工程领域，尤其涉及一种具有缓冲性能隧道支护衬砌及施工方法。
技术介绍
随着隧道与地下工程的大量建设，“深”、“长”、“险”、“大”已成为当前隧道工程的主要特点，高地应力环境也带来一系列问题。主要表现在：一、硬岩岩爆问题，随着穿越大埋深、高地应力条件下的长隧道逐年增多，我国地下工程岩爆呈频发趋势；二、软岩大变形问题，该类岩体具有强度低、性状差、遇水易软化等特点，地下洞室建设过程中大变形灾害问题突出，严重危及地下洞室的施工及运营安全。截至目前，针对铁路、公路工程施工中出现的岩爆及软岩隧道大变形问题，虽然开展了众多相关研究，但并未形成一套行之有效的技术保障体系，在愈发复杂多变的工程施工条件下，传统的支护结构受到了极大的挑战，同时，高寒地区铁路、公路隧道容易产生冻胀危害；现有隧道加固支护结构和施工方法，不能有效适应隧道岩爆、冻胀或软岩大变形引起的形状改变，不能有效释放隧道造成岩爆、冻胀或软岩大变形的额外载荷。现有的隧道支护为便于安装和制作，在环向方向上是拼接形成的，在受到隧道岩壁的压力时，拼接的位置极易发生变形或断裂，从而使隧道支护失去支护能力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够适应隧道发生岩爆、冻胀或软岩大变形引起形状变化，并能够缓解释放隧道形状变化产生的压力，并且在施工成型后能够提高支护性能的隧道支护衬砌及施工方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种具有缓冲性能隧道支护衬砌，包括位于隧道岩壁内且与其拱形相匹配的支护体，所述支护体包括由外至内设置的外层支护体、中层支护体和内层支护体，所述中层支护体与内层支护体环向的两端均与隧道仰拱固定；所述外层支护体包括柔性网，所述柔性网与隧道岩壁接触，并借助多根间隔设置的减压锚杆与隧道岩壁固定；所述减压锚杆一端嵌入隧道岩壁内，另一端与柔性网固定；所述中层支护体包括钢架、钢性网和中层减压装置；所述钢架包括型钢；所述型钢沿隧道轴向等间距设置有多个，且沿隧道环向是多个型钢单元体依次拼接形成的拱形结构；所述钢性网固定于相邻的两型钢之间；所述中层减压装置包括位于相邻两型钢单元体之间的第一减压机构，以及位于相邻的两型钢之间的第二减压机构；所述第一减压机构包括第一壳体、第一顶块和第一弹性件；所述第一壳体与第一顶块分别固定于两型钢单元体的对接端，且第一壳体与第一顶块沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第一弹性件位于第一壳体内且介于第一顶块端部与第一壳体底部之间，所述第一弹性件能够在第一顶块向第一壳体内滑动时起到缓冲阻碍作用；所述第二减压机构包括第二壳体、第二顶块和第二弹性件；所述第二壳体长度方向两端分别固定于轴向对应的一组型钢单元体的端部，所述第二顶块长度方向的两端分别固定于另一组轴向对应的两型钢单元体的端部，所述第二壳体与第二顶块沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第二弹性件位于第二壳体内且介于第二顶块端部与第二壳体底部之间，所述第二弹性件能够在第二顶块向第二壳体内滑动时起到缓冲阻碍作用；所述内层支护体包括支护板和内层减压装置；所述支护板由多个波纹板沿隧道环向和轴向依次拼接形成；所述内层减压装置位于环向相邻的两波纹板之间；所述内层减压装置包括对接壳、对接块和第三弹性件，所述对接壳与对接块分别固定于两波纹板对接端，所述对接壳与对接块沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第三弹性件位于对接壳内且介于对接块端部与对接壳底部之间，所述第三弹性件能够在对接块向对接壳内滑动时起到缓冲阻碍作用。进一步的技术方案在于：所述减压锚杆上设有顶板、减压件和螺母；所述顶板于柔性网内侧并与其接触；所述螺母与减压锚杆螺纹连接；所述减压件位于顶板与螺母之间。进一步的技术方案在于：所述型钢为“工”字形，所述钢性网端部与型钢的腹板固定。进一步的技术方案在于：邻两型钢的腹板之间固定有多个支撑梁，且第二壳体与第二顶块均借助支撑梁与相邻的两型钢固定。进一步的技术方案在于：所述支撑梁上等间距固定有多个加强筋，所述加强筋为环形结构，且与钢性网固定。进一步的技术方案在于：相邻的两波纹板于隧道环向拼接端固定有第一法兰，所述对接壳与对接块分别固定于对应位置的第一法兰上；相邻的两波纹板于隧道轴向拼接位置设有工字钢，且波纹板借助第二法兰与工字钢连接并用螺栓固定，且第二法兰上于螺栓位置开设有沿隧道环向的长孔。进一步的技术方案在于：所述波纹板的外侧波纹凹陷处固定有带孔的导水管，所述导水管外表面上覆有透水层。进一步的技术方案在于：所述导水管内部穿设有加热带。一种具有缓冲性能隧道支护衬砌的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：安装外层支护体，在开挖后的隧道岩壁上安装柔性网，并穿设减压锚杆将柔性网固定于隧道岩壁上，安装一段距离后进行喷浆处理形成外保护层；步骤S2：于隧道底部浇筑仰拱后安装中层支护体，先安装钢架与第一减压机构，将第一减压机构中的第一壳体与第一顶块分别固定于每一型钢单元体两端，再安装钢架，钢架中每一型钢环向两端均与隧道仰拱固定，每一型钢单元体拼接成一环型钢过程中，由两侧至顶部方式拼接，且第一弹性体置于第一壳体内后，再将第一顶块与第一壳体配合安装；步骤S3：安装第二减压机构与钢性网，将第二壳体的两端分别固定于轴向相邻的两型钢单元体端部，并将第二弹性件置于第二壳体内，第二顶块配合安装与第二壳体内后，将第二顶块的两端分别与向相邻的两型钢单元体端部固定，每安装一段距离后将钢性网固定于钢架上，并进行喷浆处理形成中保护层；步骤S4：安装内层支护体，将内层减压装置中的对接壳与对接块分别固定于每一型波纹板环向两端，波纹板拼装形成支护板过程中，先进行环向拼装，且每一环波纹板的两端均与隧道仰拱固定，每一环波纹板拼接过程中，由两侧至顶部方式拼接，且需将第三弹性件置于对接壳内，再使对接壳与对接块配合连接；一环波纹板拼接完成后进行轴向拼接，安装一段距离后在支护板与中保护层之间进行注浆形成内保护层。进一步的技术方案在于：在步骤S4中，拼接波纹板过程中，于波纹板外侧波谷内安装覆有透水层且带孔的导水管，并于导水管内部穿设加热带。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：安装于隧道岩壁内且与其形状相匹配的外层支护体、中层支护体和内层支护体，其中，外层支护体中的柔性网能够很好的适应隧道开挖后冻胀及岩爆造成的隧道初期变形；中层支护体中的钢架与钢性网能够为隧道支护提供强力支撑的骨架；内层支护体中的支护板能够进一步提升隧道支护整体的支护性能；中层支护体中的第一减压机构，能够在钢架在受到隧道岩壁产生的压力时，第一顶块向壳体内滑动并压缩第一弹性件，使得该压力得到释放和缓冲，钢架便能够适应隧道发生岩爆、冻胀或软岩大变形引起形状变化，使钢架依然具有支护性能；中层支护体中的第二减压机构，不仅能够提高轴向相邻两型钢的连接强度和稳定性，并且与第一减压机构配合使用能够承受更强的压力，在后期施工完成后配合型钢和型钢之间混凝土结构形成的支护，在受到隧道岩壁产生的压力时，第二顶块向第二定壳内滑动并压缩第二弹性件，与第一减压机构配合使该压力得到释放和缓冲，使得中层支护体能够适应隧道发生岩爆、冻胀或软岩大变形引起形状变化，使其依然具有支护性能；中层支护体中的钢性网，能够提高钢架中型钢之间的连接强度和稳定性，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有缓冲性能隧道支护衬砌，包括位于隧道岩壁(1)内且与其拱形相匹配的支护体，其特征在于：所述支护体包括由外至内设置的外层支护体(2)、中层支护体(3)和内层支护体(4)，所述中层支护体(3)与内层支护体(4)环向的两端均与隧道仰拱固定；所述外层支护体(2)包括柔性网(5)，所述柔性网(5)与隧道岩壁(1)接触，并借助多根间隔设置的减压锚杆(6)与隧道岩壁(1)固定；所述减压锚杆(6)一端嵌入隧道岩壁(1)内，另一端与柔性网(5)固定；所述中层支护体(3)包括钢架(7)、钢性网(8)和中层减压装置(9)；所述钢架(7)包括型钢(12)；所述型钢(12)沿隧道轴向等间距设置有多个，且沿隧道环向是多个型钢单元体依次拼接形成的拱形结构；所述钢性网(8)固定于相邻的两型钢(12)之间；所述中层减压装置(9)包括位于相邻两型钢单元体之间的第一减压机构(13)，以及位于相邻的两型钢(12)之间的第二减压机构(14)；所述第一减压机构(13)包括第一壳体(131)、第一顶块(132)和第一弹性件(133)；所述第一壳体(131)与第一顶块(132)分别固定于两型钢单元体的对接端，且第一壳体(131)与第一顶块(132)沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第一弹性件(133)位于第一壳体(131)内且介于第一顶块(132)端部与第一壳体(131)底部之间，所述第一弹性件(133)能够在第一顶块(132)向第一壳体(131)内滑动时起到缓冲阻碍作用；所述第二减压机构(14)包括第二壳体(141)、第二顶块(142)和第二弹性件(143)；所述第二壳体(141)长度方向两端分别固定于轴向对应的一组型钢单元体的端部，所述第二顶块(142)长度方向的两端分别固定于另一组轴向对应的两型钢单元体的端部，所述第二壳体(141)与第二顶块(142)沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第二弹性件(143)位于第二壳体(141)内且介于第二顶块(142)端部与第二壳体(141)底部之间，所述第二弹性件(143)能够在第二顶块(142)向第二壳体(141)内滑动时起到缓冲阻碍作用；所述内层支护体(4)包括支护板(10)和内层减压装置(11)；所述支护板(10)由多个波纹板(101)沿隧道环向和轴向依次拼接形成；所述内层减压装置(11)位于环向相邻的两波纹板(101)之间；所述内层减压装置(11)包括对接壳(111)、对接块(112)和第三弹性件(113)，所述对接壳(111)与对接块(112)分别固定于两波纹板(101)对接端，所述对接壳(111)与对接块(112)沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第三弹性件(113)位于对接壳(111)内且介于对接块(112)端部与对接壳(111)底部之间，所述第三弹性件(113)能够在对接块(112)向对接壳(111)内滑动时起到缓冲阻碍作用。...

【技术特征摘要】
1.一种具有缓冲性能隧道支护衬砌，包括位于隧道岩壁(1)内且与其拱形相匹配的支护体，其特征在于：所述支护体包括由外至内设置的外层支护体(2)、中层支护体(3)和内层支护体(4)，所述中层支护体(3)与内层支护体(4)环向的两端均与隧道仰拱固定；所述外层支护体(2)包括柔性网(5)，所述柔性网(5)与隧道岩壁(1)接触，并借助多根间隔设置的减压锚杆(6)与隧道岩壁(1)固定；所述减压锚杆(6)一端嵌入隧道岩壁(1)内，另一端与柔性网(5)固定；所述中层支护体(3)包括钢架(7)、钢性网(8)和中层减压装置(9)；所述钢架(7)包括型钢(12)；所述型钢(12)沿隧道轴向等间距设置有多个，且沿隧道环向是多个型钢单元体依次拼接形成的拱形结构；所述钢性网(8)固定于相邻的两型钢(12)之间；所述中层减压装置(9)包括位于相邻两型钢单元体之间的第一减压机构(13)，以及位于相邻的两型钢(12)之间的第二减压机构(14)；所述第一减压机构(13)包括第一壳体(131)、第一顶块(132)和第一弹性件(133)；所述第一壳体(131)与第一顶块(132)分别固定于两型钢单元体的对接端，且第一壳体(131)与第一顶块(132)沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第一弹性件(133)位于第一壳体(131)内且介于第一顶块(132)端部与第一壳体(131)底部之间，所述第一弹性件(133)能够在第一顶块(132)向第一壳体(131)内滑动时起到缓冲阻碍作用；所述第二减压机构(14)包括第二壳体(141)、第二顶块(142)和第二弹性件(143)；所述第二壳体(141)长度方向两端分别固定于轴向对应的一组型钢单元体的端部，所述第二顶块(142)长度方向的两端分别固定于另一组轴向对应的两型钢单元体的端部，所述第二壳体(141)与第二顶块(142)沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第二弹性件(143)位于第二壳体(141)内且介于第二顶块(142)端部与第二壳体(141)底部之间，所述第二弹性件(143)能够在第二顶块(142)向第二壳体(141)内滑动时起到缓冲阻碍作用；所述内层支护体(4)包括支护板(10)和内层减压装置(11)；所述支护板(10)由多个波纹板(101)沿隧道环向和轴向依次拼接形成；所述内层减压装置(11)位于环向相邻的两波纹板(101)之间；所述内层减压装置(11)包括对接壳(111)、对接块(112)和第三弹性件(113)，所述对接壳(111)与对接块(112)分别固定于两波纹板(101)对接端，所述对接壳(111)与对接块(112)沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第三弹性件(113)位于对接壳(111)内且介于对接块(112)端部与对接壳(111)底部之间，所述第三弹性件(113)能够在对接块(112)向对接壳(111)内滑动时起到缓冲阻碍作用。2.根据权利要求1所述的一种具有缓冲性能隧道支护衬砌，其特征在于：所述减压锚杆(6)上设有顶板(601)、减压件(602)和螺母(603)；所述顶板(601)于柔性网(5)内侧并与其接触；所述螺母(603)与减压锚杆(6)螺纹连接；所述减压件(602)位于顶板(601)与螺母(603)之间。3.根据权利要求1所述的一种具有缓冲性能隧道支护衬砌，其特征在于：所述型钢(12)为“工”字形，所述钢性网(8)端部与型钢(12)的腹板固定。4.根据权利要求3所述的一种具有缓冲性能隧道支护衬砌，其特征在于：相邻两型钢(12)的腹板之间固定有多个支撑梁(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宁宁，肖建辉，罗伯婵，田国辉，李岩，
申请(专利权)人：河北丞璐建设工程有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13