一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系及其施工方法，该体系包括主动支护层、让压变形层和主承载层；主动支护层通过挂网并喷射混凝土形成，挂网通过锚索与锚杆固定在隧道的内壁上；让压变形层由填充材料以及高强度的弹簧组成；主承载层由纵横向强度和刚度均较高的材料制成波纹板。本发明专利技术通过设置高强度、高刚度的波纹板代替传统钢拱架结构，克服现有支护结构强度和刚度不足的缺点；其次，整体结构式让压变形层，避免了围岩变形导致的应力局部集中问题，实现主动支护与被动支护相结合，有效发挥锚杆的作用；让压变形层内的高强弹簧不仅可以提供支撑弹力，还可以提供较大的变形量，减少围岩损伤圈的范围。减少围岩损伤圈的范围。减少围岩损伤圈的范围。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系及其施工方法


[0001]本专利技术涉及隧道支护结构设计及施工领域，尤其涉及一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系及其施工方法。

技术介绍

[0002]高地应力大变形问题一直困扰着我国隧道建设者，由于大变形灾害所造成的施工进度滞后、施工困难、后期运营维护成本高等大量问题一直未得到有效的解决。
[0003]传统的隧道变形控制采用的是“先让后抗、以抗为主、抗让结合”的措施，通过提升支护材料的强度和刚度、增加支护层厚、设置局部让压接头、限阻器等实现支护结构韧性与强度的共同保证，但是由于当前的让压是局部让压，应力集中普遍发生，结构失稳的可能性反而在增加，同时使用的钢拱架及喷射混凝土材料，其强度极限在隧道大变形压力下存在显著不足。因此，如何提高支护结构整体的强度和韧性是应对隧道大变形的关键。

技术实现思路

[0004]鉴于上述，本专利技术提供了一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系及其施工方法。
[0005]一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系，由隧道的外层至内层依次包括主动支护层、让压变形层和主承载层；
[0006]主动支护层包括挂网，挂网通过锚索与锚杆固定在隧道的内壁上，并对挂网喷射混凝土形成主动支护层；
[0007]让压变形层由具有高压缩性的填充材料以及高强度的弹簧组成；
[0008]主承载层由纵横向强度和刚度均较高的材料制成波纹板；
[0009]主动支护层与主承载层通过弹性连接组件连接形成整体。
[0010]在以上技术方案的基础上，作为优选的，弹性连接组件包括隔层垫板、圆管、高强弹簧以及波纹垫板，隔层垫板设置主动支护层与让压变形层的交接面；圆管的一端与隔层垫板相接，另一端与波纹垫板相接，波纹垫板位于主承载层与让压变形层相接的一侧；高强弹簧设置在圆管内并可沿圆管的轴向伸缩。
[0011]在以上技术方案的基础上，作为优选的，高强弹簧的长度不超过让压变形层的厚度。
[0012]在以上技术方案的基础上，作为优选的，主动支护层上设置有约束杆，用于增强主动支护层的支护强度。
[0013]在以上技术方案的基础上，作为优选的，主承载层上预留有填充材料注入口和围岩变形监测口。
[0014]在以上技术方案的基础上，作为优选的，位于主承载层一侧的锚索通过锚索接头锁定，锚杆通过锚杆接头锁定；锚索接头或锚杆接头与主承载层之间设有连接垫板与锁紧垫板。
[0015]在以上技术方案的基础上，作为优选的，波纹板为钢波纹板或玄武岩纤维波纹板，其厚度与波形可根据实际调整。
[0016]在以上技术方案的基础上，作为优选的，填充材料为具有变形量大、防水耐久性好且有一定强度的改性聚氨酯硬泡填充料。
[0017]一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系的施工方法，采用上述的体系，包括以下步骤：
[0018]步骤一：根据开挖隧道的断面形状设计波纹板的跨度、波形、板厚、环向及纵向宽度，并设计锚索与锚杆的长度和布置形式；
[0019]步骤二：在开挖的隧道壁面上挂设钢筋网并喷射混凝土，快速封闭围岩，形成主动支护层；
[0020]步骤三：将弹性连接组件预先设置在预定的锚索孔或锚杆孔位置；
[0021]步骤四：将波纹板进行现场拼接，拼接成形后，开始在波纹板的保护下进行加强支撑作业和锚索与锚杆的打设；
[0022]步骤五：安装完锚索与锚杆后，通过锚索接头、锚杆接头或锁紧件进行锁定；
[0023]步骤六：通过预留的填充材料注入口进行填充材料的注入，注入方式由低到高；
[0024]步骤七：在波纹板上布设位移监测点，同时也在预留的围岩变形监测口中埋设测点，围岩变形监测口通过锚杆钻机施工；
[0025]步骤八：重复步骤一至步骤七，直至完成所有开挖隧道的支护。
[0026]其中，在上述步骤七施工完成后需要持续观测波纹板变形及围岩变形情况，当围岩变形超过预警值时，加强观测，当波纹板变形超过预警值时，需要快速补强主承载层的强度。
[0027]本专利技术具有以下有益效果：
[0028](1)本专利技术通过设置高强度、高刚度的波纹板代替传统钢拱架结构，克服现有支护结构强度和刚度不足的缺点；而且，波纹板可以通过在工厂预加工制成，其质量具有保障。
[0029](2)本专利技术设置整体结构的让压变形层，避免了围岩变形导致的应力局部集中问题，实现主动支护与被动支护相结合，有效发挥锚杆的作用。
[0030](3)本专利技术的让压变形层内以及连接主承载层与主动支护层的弹性连接组件中均设置了高强弹簧，高强弹簧不仅可以提供支撑弹力，还可以提供较大的变形量，减少围岩损伤圈的范围。
附图说明
[0031]图1为本专利技术控制体系的整体示意图；
[0032]图2为本专利技术中弹性连接组件的结构示意图；
[0033]图3为本专利技术控制体系的变形控制机理图。
[0034]图中：1
‑
主动支护层；2
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主承载层；3
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让压变形层；4
‑
锚索；5
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锚杆；6
‑
锚索接头；7
‑
锚杆接头；8
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约束杆；9
‑
隔层垫板；10
‑
圆管；11
‑
弹性连接组件；12
‑
高强弹簧；13
‑
连接垫板；14
‑
锁紧垫板；15
‑
锁紧件；16
‑
波纹垫板。
具体实施方式
[0035]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0036]参考图1与图2，本专利技术提供了一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系，该体系由隧道的外层至内层依次包括主动支护层1、让压变形层3和主承载层2；
[0037]主动支护层1为围岩提供主动支护，当隧道开挖后迅速在岩壁上挂设钢筋网，并通过锚索4与锚杆5固定在隧道的内壁上，对挂网喷射混凝土形成主动支护层1，避免围岩的进一步风化。
[0038]隧道的最内侧为主承载层2，起到主要支撑作用；让压变形层3设置在主承载层2与主动支护层1之间，起到缓冲变形的作用。
[0039]主动支护层1与主承载层2通过弹性连接组件11连接形成整体，锚索4与锚杆5通过弹性连接组件11将主动支护层1上的荷载传递至主承载层2。
[0040]主承载层2主要由纵横向强度和刚度均很高的高强材料制成波纹板，波纹板可以在工厂预制，在现场使用时可以快速拼装。
[0041]波纹板可以为钢波纹板或玄武岩纤维波纹板，波纹板也可由U形拼装高强钢板、插板、矩形钢板及其他闭口钢板拼装而成代替，即满足实际需要的高强度和高刚度支撑结构均可。
[0042]波纹板的厚度与波形均可根据实际调整，其整体的强度和刚度也会发生变化。亦可在波纹板的波谷处增加约束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系，其特征在于，由隧道的外层至内层依次包括主动支护层(1)、让压变形层(3)和主承载层(2)；所述主动支护层(1)包括挂网，所述挂网通过锚索(4)与锚杆(5)固定在隧道的内壁上，并对挂网喷射混凝土形成所述主动支护层(1)；所述让压变形层(3)由具有高压缩性的填充材料以及高强度的弹簧组成；所述主承载层(2)由纵横向强度和刚度均较高的材料制成波纹板；所述主动支护层(1)与所述主承载层(2)通过弹性连接组件(11)连接形成整体。2.根据权利要求1所述的一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系，其特征在于：所述弹性连接组件(11)包括隔层垫板(9)、圆管(10)、高强弹簧(12)以及波纹垫板(16)，所述隔层垫板(9)设置主动支护层(1)与让压变形层(3)的交接面；所述圆管(10)的一端与隔层垫板(9)相接，另一端与波纹垫板(16)相接，所述波纹垫板(16)位于所述主承载层(2)与让压变形层(3)相接的一侧；所述高强弹簧(12)设置在所述圆管(10)内并可沿圆管(10)的轴向伸缩。3.根据权利要求2所述的一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系，其特征在于：所述高强弹簧(12)的长度不超过所述让压变形层(3)的厚度。4.根据权利要求1所述的一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系，其特征在于：所述主动支护层(1)上设置有约束杆(8)，用于增强主动支护层(1)的支护强度。5.根据权利要求1所述的一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系，其特征在于：所述主承载层(2)上预留有填充材料注入口和围岩变形监测口。6.根据权利要求5所述的一种具有高强超韧性的隧道变形控制体系，其特征在于：位于所述主承载层(2)一侧的锚索(4)通过锚索接头(6)锁定，锚杆(5)通...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯冀蒙，谭玉梅，姚仕钰，宋佳黛，张俊儒，孔超，卢峰，蒋辉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：