一种极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构制造技术

本发明专利技术涉及软岩隧道支护技术领域，公开了一种极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构，包括有用于为极高地应力软岩隧道提供第一层柔性支护的挂网喷砼层、可伸长式恒阻锚杆、可缩动钢拱架和二次喷砼层以及用于为所述极高地应力软岩隧道提供第二层刚性支护的刚性钢拱架和三次喷砼层，其中，所述可伸长式恒阻锚杆有若干个并分别位于所述极高地应力软岩隧道的断面内的最大主应力方位和易变形方位，所述可缩动钢拱架的可缩动接口有若干个并分别设置在所述最大主应力方位的垂直侧和所述易变形方位，如此可实现高效地适应并抵抗极高地应力的目的，防止被轻易破坏，进而确保能够解决极高地应力软岩隧道非对称大变形的防控问题。的防控问题。的防控问题。

【技术实现步骤摘要】
一种极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构


[0001]本专利技术属于软岩隧道支护
，具体地涉及一种极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构。

技术介绍

[0002]各个经济体之间的互联互通也需要交通基础设施建设做重要支撑，近几年掀起的“地铁和高铁热”正方兴未艾，这都给隧道及地下工程领域带来了新的发展机遇。同时随着铁路隧道正逐渐向长大、深埋和跨江越洋方向发展，使得地质条件多变、高地应力和软弱围岩等因素对隧道及地下工程的影响越来越显著，进而越易引起大变形、岩爆、失稳和突涌水(泥)等事故，这给人员和设备安全带来了极大危害，因此高地应力软岩隧道的变形控制问题受到了工程建设者的极大关注，并提供了不少用于解决高地应力软岩隧道变形防控问题的初期支护方案。
[0003]但是针对极高地应力(即按《工程岩体分级标准》GB50218
‑
94:当R
c
/σ
max
＜4时称为极高地应力，而当4≤R
c
/σ
max
≤7时称为高地应力，其中，R
c
表示岩石单轴饱和抗压强度，σ
max
表示垂直洞轴线方向的最大初始地应力)软岩隧道的非对称大变形防控问题，若直接应用现有的初期支护方案会存在如下几个方面的问题：
[0004](1)可伸长式恒阻锚杆的合理布置问题，即在现有支护技术中，有些技术不设置锚杆，只采用钢拱架进行支护，这是不可取的；而有些技术是全断面都采用普通锚杆进行支护，存在刚度不够，容易被破坏的情况；还有些技术是全断面采用可伸长式恒阻锚杆进行支护，导致在施工成本过高的同时，由于在某些变形较小的方位采用了可伸长式恒阻锚杆，会反而降低支护刚度；
[0005](2)单层刚性钢拱架在极高地应力区存在易被破坏的问题，即在极高地应力区，单层钢拱架的支护刚度不够，容易被破坏；
[0006](3)单层可缩动钢拱架在极高地应力区可能存在缩动完成之后刚度不够的问题，即在单层可缩动钢拱架缩动完成之后，如果围岩应力持续增大，此时焊接完成后的可缩动钢拱架承担的角色为刚性钢拱架，会面临单层刚性钢拱架所遭遇的刚度不够问题；
[0007](4)双层刚性钢拱架存在难以抵抗极高地应力和材料利用率不高的问题，即在现有双层刚性钢拱架支护技术中，拱架采用“以刚克刚”的支护手段，并用全断面大刚度来对抗大围压，但全断面加强不符合非对称大变形隧道的支护设计思路，同时由于是采用以刚克刚的支护手段，将难以抵抗极高地应力，应该转而采用先柔后刚的支护设计思路；
[0008](5)现有基于一层可缩动钢拱架和一层刚性钢拱架的双层支护方案，由于未考虑锚杆支护，以及钢拱架的可缩动接口未针对非对称大变形情况进行适应性布置，会导致存在结构设计太过粗略的问题。

技术实现思路

[0009]为了解决现有初期支护方案不能适用于防控极高地应力软岩隧道非对称大变形
的问题，本专利技术目的在于提供一种极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构。
[0010]本专利技术提供了一种极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构，包括有用于为极高地应力软岩隧道提供第一层柔性支护的挂网喷砼层、可伸长式恒阻锚杆、可缩动钢拱架和二次喷砼层以及用于为所述极高地应力软岩隧道提供第二层刚性支护的刚性钢拱架和三次喷砼层；
[0011]所述挂网喷砼层附着在所述极高地应力软岩隧道的内壁上且设置有第一混凝土变形缝；
[0012]所述可伸长式恒阻锚杆嵌设在所述极高地应力软岩隧道的围岩中，所述可伸长式恒阻锚杆有若干个并分别位于所述极高地应力软岩隧道的断面内的最大主应力方位和易变形方位，其中，所述最大主应力方位和所述易变形方位预先通过对所述极高地应力软岩隧道进行非对称大变形判识而得；
[0013]所述可缩动钢拱架采用工字钢截面可缩动钢拱架来支撑所述挂网喷砼层，其中，所述工字钢截面可缩动钢拱架的可缩动接口有若干个并分别设置在所述最大主应力方位的垂直侧和所述易变形方位；
[0014]所述二次喷砼层附着在所述可缩动钢拱架上且设置有第二混凝土变形缝；
[0015]所述刚性钢拱架采用工字钢截面钢拱架来支撑所述二次喷砼层；
[0016]所述三次喷砼层附着在所述刚性钢拱架上且无需设置混凝土变形缝。
[0017]基于上述
技术实现思路
，提供了一种适用于防控极高地应力软岩隧道非对称大变形的先柔后刚型初期支护方案，即包括有用于为极高地应力软岩隧道提供第一层柔性支护的挂网喷砼层、可伸长式恒阻锚杆、可缩动钢拱架和二次喷砼层以及用于为所述极高地应力软岩隧道提供第二层刚性支护的刚性钢拱架和三次喷砼层，其中，所述可伸长式恒阻锚杆有若干个并分别位于所述极高地应力软岩隧道的断面内的最大主应力方位和易变形方位，所述可缩动钢拱架的可缩动接口有若干个并分别设置在所述最大主应力方位的垂直侧和所述易变形方位，如此既可在具有足够安全储备的情况下，最大程度地减少因全断面设置可伸长式恒阻锚杆所带来的成本，以及解决全断面设置刚性锚杆所带来的结构承载力不足问题，还可以提升可缩动接口的支护效用，实现高效地适应并抵抗极高地应力的目的，防止被轻易破坏，进而确保能够解决极高地应力软岩隧道非对称大变形的防控问题。
[0018]在一个可能的设计中，所述最大主应力方位预先通过对所述极高地应力软岩隧道进行非对称大变形判识而得，包括：
[0019]对所述极高地应力软岩隧道进行地质调查及地应力测试，得到地应力及各种角度测量结果，其中，所述地应力及各种角度测量结果包含有岩层倾向、岩层倾角、最大主应力与岩层面的夹角、隧道轴线与岩层面的夹角和最大主应力与隧道轴线的夹角；
[0020]根据所述地应力及各种角度测量结果，确定得到所述极高地应力软岩隧道的断面内的最大主应力方位。
[0021]在一个可能的设计中，所述易变形方位预先通过对所述极高地应力软岩隧道进行非对称大变形判识而得，包括：
[0022]对所述极高地应力软岩隧道进行地质调查及地应力测试，得到地应力及各种角度测量结果，其中，所述地应力及各种角度测量结果包含有岩层倾向、岩层倾角、最大主应力与岩层面的夹角、隧道轴线与岩层面的夹角和最大主应力与隧道轴线的夹角；
[0023]根据所述地应力及各种角度测量结果，通过大变形非对称分析标注得到所述极高地应力软岩隧道的断面内的易变形方位。
[0024]在一个可能的设计中，预先对所述极高地应力软岩隧道进行非对称大变形判识，还包括：
[0025]对所述极高地应力软岩隧道进行地质调查，得到围岩特征描述内容、最大水平主应力的大小和围岩抗压强度；
[0026]根据所述围岩特征描述内容、最大水平主应力的大小和围岩抗压强度，按照如下方式得到所述极高地应力软岩隧道的大变形等级：
[0027]当所述围岩特征描述内容包含有锤击声不清脆、无回弹、轻易击碎和浸水后指甲可刻出印痕的信息、所述最大水平主应力的大小位于区间(10MPa，20MPa]且所述围岩抗压强度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构，其特征在于，包括有用于为极高地应力软岩隧道提供第一层柔性支护的挂网喷砼层(21)、可伸长式恒阻锚杆(31)、可缩动钢拱架(4)和二次喷砼层(22)以及用于为所述极高地应力软岩隧道提供第二层刚性支护的刚性钢拱架(5)和三次喷砼层(23)；所述挂网喷砼层(21)附着在所述极高地应力软岩隧道的内壁上且设置有第一混凝土变形缝；所述可伸长式恒阻锚杆(31)嵌设在所述极高地应力软岩隧道的围岩中，所述可伸长式恒阻锚杆(31)有若干个并分别位于所述极高地应力软岩隧道的断面内的最大主应力方位和易变形方位(103)，其中，所述最大主应力方位和所述易变形方位(103)预先通过对所述极高地应力软岩隧道进行非对称大变形判识而得；所述可缩动钢拱架(4)采用工字钢截面可缩动钢拱架来支撑所述挂网喷砼层(21)，其中，所述工字钢截面可缩动钢拱架的可缩动接口(41)有若干个并分别设置在所述最大主应力方位的垂直侧和所述易变形方位(103)；所述二次喷砼层(22)附着在所述可缩动钢拱架(4)上且设置有第二混凝土变形缝；所述刚性钢拱架(5)采用工字钢截面钢拱架来支撑所述二次喷砼层(22)；所述三次喷砼层(23)附着在所述刚性钢拱架(5)上且无需设置混凝土变形缝。2.如权利要求1所述的极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构，其特征在于，所述最大主应力方位预先通过对所述极高地应力软岩隧道进行非对称大变形判识而得，包括：对所述极高地应力软岩隧道进行地质调查及地应力测试，得到地应力及各种角度测量结果，其中，所述地应力及各种角度测量结果包含有岩层倾向、岩层倾角、最大主应力与岩层面的夹角、隧道轴线与岩层面的夹角和最大主应力与隧道轴线的夹角；根据所述地应力及各种角度测量结果，确定得到所述极高地应力软岩隧道的断面内的最大主应力方位。3.如权利要求1所述的极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构，其特征在于，所述易变形方位(103)预先通过对所述极高地应力软岩隧道进行非对称大变形判识而得，包括：对所述极高地应力软岩隧道进行地质调查及地应力测试，得到地应力及各种角度测量结果，其中，所述地应力及各种角度测量结果包含有岩层倾向、岩层倾角、最大主应力与岩层面的夹角、隧道轴线与岩层面的夹角和最大主应力与隧道轴线的夹角；根据所述地应力及各种角度测量结果，通过大变形非对称分析标注得到所述极高地应力软岩隧道的断面内的易变形方位。4.如权利要求1所述的极高地应力软岩隧道非对称大变形双层初期支护结构，其特征在于，预先对所述极高地应力软岩隧道进行非对称大变形判识，还包括：对所述极高地应力软岩隧道进行地质调查，得到围岩特征描述内容、最大水平主应力的大小和围岩抗压强度；根据所述围岩特征描述内容、最大水平主应力的大小和围岩抗压强度，按照如下方式得到所述极高地应力软岩隧道的大变形等级：当所述围岩特征描述内容包含有锤击声不清脆、无回弹、轻易击碎和浸水后指甲可刻
出印痕的信息、所述最大水平主应力的大小位于区间(10MPa，20MPa]且所述围岩抗压强度位于区间[6MPa，10MPa]时，确定所述极高地应力软岩隧道的大变形等级为轻微大变形等级；当所述围岩特征描述内容包含有锤击声哑、无回弹、有凹痕、易击碎和浸水后手可掰开的信息、所述最大水平主应力的大小位于区间(20MPa，40MPa]且所述围岩抗压强度位于区间[3MPa，8MPa]时，确定所述极高地应力软岩隧道的大变形等级为中等大变形等级；当所述围岩特征描述内容包含有锤击声哑、无回弹、有较深凹痕、手可捏碎和浸水后可捏成粉末的信息、所述最大水平主应力的大小高于40MPa且所述围岩抗压强度位于区...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟陆波，张煜，李天斌，江勇顺，宋涛，李攀，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：