一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构，用于及时控制软岩大变形隧道围岩变形，实现对软岩大变形隧道的自适应支护，该自适应复合衬砌结构由由外向内依次设置的早强初期支护结构层和二次衬砌层构成，所述的早强初期支护结构层由一体喷射成型的外层和内层构成，在外层和内层之间设有让压自适应子结构。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有早期支护强度高、能够自适应围岩的变形、安全冗余度高、适用性广等优点。

An adaptive composite lining structure for large deformation soft rock tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构
本技术涉及隧道衬砌结构领域，尤其是涉及一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构。
技术介绍
公路隧道多位于山区且埋于地下，修建过程中不可避免地会遇到各种各样的复杂环境和不良地质，高地应力软弱围岩大变形就是其中之一。在我国西部山区就分布有大范围的软岩地层。山岭隧道建设中，经常会遇到原岩应力水平高、围岩软弱破碎等复杂地质条件，隧道开挖后围岩变形量大且持续时间较长，导致支护结构受力持续增加，往往超过围岩、衬砌承载极限，经常发生初砌开裂、围岩变形侵入隧道净空，严重者甚至产生塌方等重大工程灾害，对软岩隧道设计和施工提出了重大挑战。如南昆线家竹箐隧道、乌鞘岭隧道和甘肃木寨岭隧道等，以及正在规划建设中的川藏铁路，在设计和施工中均遇到了很大困难。软岩大变形隧道的传统支护理论为及早强支护，及早强支护理论有两层含义：一是隧道开挖后及早施作支护结构；二是加大支护结构刚度，如采用加厚的喷射混凝土、间距更密的高强度钢拱架及较厚的二次衬砌等。这种支护措施虽在一定程度上抑制了围岩变形，控制了松动圈范围，预防了隧道坍塌，但当围岩性质较差时，在双层衬砌结构施工结束之后，围岩随着隧道开挖过程中应力的逐步释放，岩体的持续流变以及遇水后表现出的膨胀等特征，由此而诱发过大的围岩压力，最终造成支护结构处于极高的受力状态，进而导致内、外层衬砌发生收敛变形，甚至发生开裂，严重降低隧道的耐久性及防水性等，影响隧道的正常使用。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构，用于及时控制软岩大变形隧道围岩变形，实现对软岩大变形隧道的自适应支护，该自适应复合衬砌结构由由外向内依次设置的早强初期支护结构层和二次衬砌层构成，所述的早强初期支护结构层由一体喷射成型的外层和内层构成，在外层和内层之间设有让压自适应子结构。所述的外层沿隧道轴线延伸方向交替设置且相互平行的多条长恒阻大变形锚杆带和短恒阻大变形锚杆带，并且每条长恒阻大变形锚杆带和短恒阻大变形锚杆带在隧道底面的投影线分别与隧道轴线垂直。每条长恒阻大变形锚杆带内等间距的分布设置有多个长恒阻大变形锚杆，每条短恒阻大变形锚杆带内等间距的分布设置有多个短恒阻大变形锚杆，并且每3-5个短恒阻大变形锚杆通过W型钢带串联固定。所述的让压自适应子结构包括泡沫混凝土预制件以及多榀沿隧道轴线方向等距且相互平行设置的钢拱架，每榀钢拱架由多段工字钢以及多个连接相邻两段工字钢的滑移节点构成，并且，所述的泡沫混凝土预制件设置在内层内且位置与每榀钢拱架的滑移节点所在外置相对应，每个泡沫混凝土预制件设置方向与隧道轴线平行。所述的滑移节点为一由槽钢和钢板通过施加预紧力的高强螺栓紧固形成工字型内腔的套筒结构，相邻两段工字钢的端部分别插入滑移节点中，并且能够在工字型内腔中滑动调节间距。所述的长恒阻大变形锚杆与短恒阻大变形锚杆结构相同，均有由锚固端、杆体、恒阻套筒、恒阻体和锁具构成，其锚固端进行预应力张拉锚固在隧道周围岩体内，自由端锚固在早强初期支护结构层的外层中，并且通过钢筋网焊接。所述的二次衬砌层外表面与早强初期支护结构层的内层之间还设有多个沿周向等距布置的PVC管，每个PVC管的布置方向与隧道轴线平行。所述的二次衬砌层采用强度等级为C30或以上钢筋混凝土喷射成型，其外表面设有防水板和无纺布。所述的早强初期支护结构层的外层和内层均采用强度等级为C25的混凝土喷射成型，其水泥采用425#普通硅酸盐水泥，内掺防水剂早强剂。该自适应复合衬砌结构的设置方式为：1)对岩体进行开挖；2)在开挖好的围岩内侧初喷5～8cm的C25早强混凝土，形成早强初期支护结构层的外层；3)在初喷后外层的凌空面上每隔一定距离打入恒阻大变形锚杆，并对恒阻大变形锚杆的锚固端进行预应力张拉锚固，张拉预应力依据地应力和初始围岩应力确定，之后铺设钢筋网；4)在外层内侧每隔一定间距布置一榀钢拱架，每榀钢拱架通过滑移节点连接多条工字钢形成，并且使工字钢翼缘与隧道表面平行；5)相邻两榀钢拱架的滑移节点之间安装泡沫混凝土预制件，安装完成后喷射30cm厚的C25早强混凝土形成早强初期支护结构层的内层，泡沫混凝土预制件内表面与内层的内表面平齐；6)若围岩变形不稳定，则沿隧道轴线布置PVC管作为让压自适应层，若围岩变形已控制好，则可不安装PVC管，作留空处理，PVC管的布置密度根据围岩的稳定程度作加密或减少；7)铺设防水板及无纺布，安装完成后施作30～50cm厚C30钢筋混凝土作为二次衬砌层。与现有技术相比，本技术具有以下优点：一、早期支护强度高：本技术所涉及的适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构在开挖完成后，通过对恒阻大变形锚杆施加预应力，开挖面围岩的应力状态由受拉变为三向受压，恢复至开挖前的应力状态，进而实现早期强支护，同时起到加固围岩的作用。二、能够自适应围岩的变形：本技术所涉及的适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构通过中间层PVC管的布置，滑移节点和泡沫混凝土预制件安装，实现了多级自适应结构的匹配性，配合大变形锚杆/索，能够吸收一部分围岩变形，有效控制内层衬砌的收敛变形，避免内层衬砌因围岩变形较大而发生开裂。三、安全冗余度高：本技术所涉及的适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构通过对恒阻大变形锚杆施加预应力，具有较高的早期支护力；同时中间层的让压自适应结构又提供了一部分卸载冗余，使其具有较高的安全冗余度。四、适用性广：本技术所涉及的适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构可以根据不同工程的需求，调整预应力的大小、锚杆/索的布置以及PVC管的安放位置以及数量，使结构体系达到最有效的支护状态，设计灵活多变，适用性广。附图说明图1为本技术的结构示意图，其中，图(1a)为结构主剖视图，图(1b)为图(1a)的A部的局部放大图。图2为本技术的结构展开图。图3为恒阻大变形锚杆的结构示意图，其中，图(3a)为短恒阻大变形锚杆的结构示意图，图(3b)为长恒阻大变形锚杆的结构示意图。图4为钢拱架的结构示意图，其中，图(4a)为滑移节点的安装位置示意图，图(4b)为滑移节点的结构示意图。图5为自适应让压变形示意图，其中，图(5a)为自适应让压变形结构示意图，图(5b)为图(5a)中a-a的截面剖视图，图(5c)为图(5a)中b-b的截面剖视图。图中标记说明：1、早强初期支护结构层，2、让压自适应子结构，3、二次衬砌层，11、外层，12、内层，111、长恒阻大变形锚杆，112、短恒阻大变形锚杆，21、钢拱架，22、滑移节点，23、泡沫混凝土预制件，24、PVC管。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构，用于及时控制软岩大变形隧道围岩变形，实现对软岩大变形隧道的自适应支护，其特征在于，该自适应复合衬砌结构由由外向内依次设置的早强初期支护结构层(1)和二次衬砌层(3)构成，所述的早强初期支护结构层(1)由一体喷射成型的外层(11)和内层(12)构成，在外层(11)和内层(12)之间设有让压自适应子结构(2)。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构，用于及时控制软岩大变形隧道围岩变形，实现对软岩大变形隧道的自适应支护，其特征在于，该自适应复合衬砌结构由由外向内依次设置的早强初期支护结构层(1)和二次衬砌层(3)构成，所述的早强初期支护结构层(1)由一体喷射成型的外层(11)和内层(12)构成，在外层(11)和内层(12)之间设有让压自适应子结构(2)。


2.根据权利要求1所述的一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构，其特征在于，所述的外层沿隧道轴线延伸方向交替设置且相互平行的多条长恒阻大变形锚杆带和短恒阻大变形锚杆带，并且每条长恒阻大变形锚杆带和短恒阻大变形锚杆带在隧道底面的投影线分别与隧道轴线垂直。


3.根据权利要求2所述的一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构，其特征在于，每条长恒阻大变形锚杆带内等间距的分布设置有多个长恒阻大变形锚杆(111)，每条短恒阻大变形锚杆带内等间距的分布设置有多个短恒阻大变形锚杆(112)，并且每3-5个短恒阻大变形锚杆(112)通过W型钢带串联固定。


4.根据权利要求1所述的一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构，其特征在于，所述的让压自适应子结构(2)包括泡沫混凝土预制件(23)以及多榀沿隧道轴线方向等距且相互平行设置的钢拱架(21)，每榀钢拱架(21)由多段工字钢以及多个连接相邻两段工字钢的滑移节点(22)构成，并且，所述的泡沫混凝土预制件(23)设置在内层(12)内且位置与每榀钢拱架(21)的滑移节点(22)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔亚飞，王博，肖颖鸣，赵天驰，丁文其，何满潮，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海;31