软岩隧道TBM支护系统和支护方法技术方案

本发明专利技术属于衬砌隧道技术领域，具体涉及一种软岩隧道TBM支护系统和支护方法。管片中部设有通孔，通孔中均设有NPR锚固件，其对围岩进行锚固约束，形成强大的NPR锚固件和管片组合为核心的临时支护系统。支护方法为：在掌子面掘进时，需要预留一定的变形空间，用于围岩的变形能的释放；掌子面开挖完成后，NPR锚固件需及时对围岩进行高预紧力支护，对围岩进行高应力补偿，促使围岩重新恢复原始应力状态，达到控制围岩稳定的目的。施工工序为；第一步：掌子面掘进后在隧道壁面铺设钢筋网；第二步：在钢筋网上将管片拼装成环形管道；第三步：在管片的通孔中安装NPR锚固件；第四步，待围岩稳定后拆除管片，进行二次衬砌的施做。

【技术实现步骤摘要】
软岩隧道TBM支护系统和支护方法
本专利技术属于衬砌隧道
，具体涉及软岩隧道TBM支护系统和软岩隧道TBM支护方法。
技术介绍
软岩隧道TBM（TunnelBoringMachine）施工过程中，面临着围岩大变形甚至塌方的危险，所以一般采用封闭的TBM施工方案，即隧道掌子面推进后，后方及时施工支护结构，从而更大程度上保证施工人员及设备的安全。由于地质条件以及初次支护技术难以控制围岩变形等因素限制，TBM经常出现卡机等现象，使软岩隧道TBM施工技术面临巨大困难，成为软岩隧道TBM施工的技术瓶颈。软岩隧道围岩大变形控制过程中，高应力补偿是解决该问题的关键。应力补偿是指，围岩开挖完成后，通过支护结构及时对围岩形成反向约束力的支护系统。传统支护结构由于支护材料本身强度低、抗变形能力差等因素，无法与围岩实现结构、刚度以及强度上的耦合。在支护结构的整个变形过程，吸收围岩变形能极为有限，最终因支护结构失效导致围岩失稳破坏，使软岩隧道TBM系统出现卡机等故障，而无法正常工作。因此，需要提供一种软岩隧道TBM支护系统和软岩隧道TBM支护方法，以解决上述所出现的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，以解决或缓解现有技术中软岩隧道TBM支护系统的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供一种软岩隧道TBM支护系统，包括：锚网，所述锚网铺设在隧道壁面，用于防止碎石散落；管片，所述管片拼接形成环形管道，所述锚网设置在所述环形管道与隧道壁面之间，所述管片中部设有通孔；NPR锚固件，所述通孔中均设有所述NPR锚固件，所述NPR锚固件的一端锚固在隧道围岩上，另一端伸出通孔。进一步的，所述NPR锚固件为NPR锚索。进一步的，所述NPR锚固件为NPR锚杆。进一步的，一部分所述NPR锚固件为NPR锚杆，另一部分为NPR锚索。进一步的，所述NPR锚杆由NPR冷轧钢材在锻造过程中加入NPR微小单元，形成弥散颗粒，进行加工制作而成。进一步的，所述管片为钢管片，所述钢管片为NPR钢管片，所述NPR钢管片由NPR冷轧钢材在锻造过程中加入NPR微小单元，形成弥散颗粒，进行加工制作而成。进一步的，所述锚网为钢筋网，由微观NPR钢绞线编织而成，所述微观NPR钢绞线由NPR冷轧带肋钢筋在锻造过程中加入NPR微小单元，形成弥散颗粒，进行加工制作而成。进一步的，所述微观NPR钢绞线编织方式为方形编织。本专利技术还提供一种软岩隧道TBM支护方法，包括第一步，掌子面掘进后在隧道壁面铺设钢筋网；第二步，在钢筋网上将管片拼装成环形管道；第三步，在管片的通孔中安装NPR锚固件；第四步，待围岩稳定后拆除管片，进行二次衬砌的施做。进一步的，所述第三步，位于环形管道下部的管片，通孔中安装NPR锚固件品类中的NPR锚杆。有益效果：1）在掌子面后边，先铺设钢筋网以保证围岩的完整性。并快速形成管片和NPR锚固件为核心的初次支护系统。围岩发生大变形释放围岩变形能的同时，NPR锚杆和/或NPR锚索发生结构大变形，提供一定的围岩变形空间，但是依然维持高恒阻力，这个过程将吸收大量的围岩变形能。本专利技术涉及的NPR锚杆和NPR锚索与传统锚杆/索相比，充分发挥NPR锚杆和NPR锚索的超常力学性能，以群锚的方式耦合加固节理化围岩，能够适应围岩的大变形，且不发生破断，当围岩变形压力作用在NPR锚杆/索时，其能够实现恒定阻力的滑移，从而保证了支护系统的稳定性，同时保障了对围岩的高应力补偿，能够均匀释放围岩的变形能，从而达到控制围岩变形量的目的。2）钢筋网和NPR锚固件形成由点到面的支护机构体系，从而实现对围岩的耦合支护。本专利技术中由钢绞线编织而成的钢筋网，在承受较大变形和压力时不容易出现破口，抗冲击和吸能性能也较好。3）NPR锚杆和NPR锚索共同形成的支护空间，结合短锚杆的组合拱理论以及长锚索的悬吊理论，同时能够保证管片对围岩的约束力，从而形成NPR锚杆和NPR锚索共同组成的应力补偿系统，以达到在掌子面后边尽早形成高预应力支护结构的目的，围岩变形的控制更好。4）NPR钢管片与传统混凝土管片相比，其属于柔性支护结构的范畴，也具备释放变形能的能力，帮助释放围岩变形能，减少管片的破坏。5）钢筋网采用方形编织，能够更好的避免钢筋网的钢筋与NPR锚固件产生干涉。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为本专利技术实施例中的软岩隧道TBM支护系统的结构示意图；图2为图2沿A-A处的剖视图；图3为本专利技术实施例中的软岩隧道TBM支护系统的使用状态示意图；图4为图1中NPR锚杆与NPR钢管片的配合示意图；图5为图1中NPR锚杆的结构示意图；图6为图1中NPR锚索的结构示意图。图中：1、TBM刀盘；2、TBM刀具；3、NPR钢管片；4、NPR锚杆；5、托盘；6、螺母；7、恒阻器；8、NPR锚索；9、钢筋网；10、围岩。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术，需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本专利技术的软岩隧道TBM支护系统的具体实施例，如图1、图2和图3所示，软岩隧道TBM支护系统包括锚网、管片、NPR（NegativePoisson'sRatio负泊松比）锚固件。锚网为钢筋网9，钢筋网9铺设在隧道壁面，能够防止碎石散落，对于碎散的小岩块，利用柔性的钢筋网9对其进行辅助支护。钢筋网9由微观NPR钢绞线编织而成，微观NPR钢绞线由NPR冷轧带肋钢筋在锻造过程中加入NPR微小单元，形成弥散颗粒，进行加工制作而成；NPR微小单元具体为，首先通过球差电镜明暗场确定的二相2-5纳米的颗粒与基体共格，进一步通过纳米电子衍射确定第二相纳米颗粒具有FCC（FaceCenterCubic/Face-CenteredCubic）面心立方结构，晶体常数0.82纳米。通过添加剂及冶炼工艺设计，使夹杂物的纳米细粒化，纳米颗粒从而和基体实现共格，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.软岩隧道TBM支护系统，其特征在于，包括：/n锚网，所述锚网铺设在隧道壁面，用于防止碎石散落；/n管片，所述管片拼接形成环形管道，所述锚网设置在所述环形管道与隧道壁面之间，所述管片中部设有通孔；/nNPR锚固件，所述通孔中均设有所述NPR锚固件具有一定的负泊松比效应，所述NPR锚固件的一端锚固在隧道围岩上，另一端伸出通孔。/n

【技术特征摘要】
1.软岩隧道TBM支护系统，其特征在于，包括：
锚网，所述锚网铺设在隧道壁面，用于防止碎石散落；
管片，所述管片拼接形成环形管道，所述锚网设置在所述环形管道与隧道壁面之间，所述管片中部设有通孔；
NPR锚固件，所述通孔中均设有所述NPR锚固件具有一定的负泊松比效应，所述NPR锚固件的一端锚固在隧道围岩上，另一端伸出通孔。


2.根据权利要求1所述的软岩隧道TBM支护系统，其特征在于，所述NPR锚固件为NPR锚索。


3.根据权利要求1所述的软岩隧道TBM支护系统，其特征在于，所述NPR锚固件为NPR锚杆。


4.根据权利要求1所述的软岩隧道TBM支护系统，其特征在于，一部分所述NPR锚固件为NPR锚杆，另一部分为NPR锚索。


5.根据权利要求3或4所述的软岩隧道TBM支护系统，其特征在于，所述NPR锚杆由NPR冷轧钢材在锻造过程中加入NPR微小单元，形成弥散颗粒，进行加工制作而成。


6.根据权利要求1所述的软岩隧道TBM支护...

【专利技术属性】
技术研发人员：何满潮，郭志飚，
申请(专利权)人：北京中矿创新联盟能源环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11