一种大变形隧道支护构件及支护施工方法技术

本发明专利技术关于一种大变形隧道支护构件及支护施工方法，该支护构件包括若干个钢架结构，钢架结构沿自身长度方向弯曲设置，钢架结构包括若干个腔体，每个腔体沿钢架结构长度方向贯穿设置，沿隧道长度方向并列至少两个腔体，沿隧道断面轮廓依次布置钢架结构，钢架结构贴合隧道洞壁的一侧为外壁板，外壁板相对的另一侧为内壁板，内壁板的两端分别设有第一通孔，外壁板上设有第二通孔，每个腔体连通一个第一通孔和一个第二通孔，相邻两个钢架结构通过接头焊接连接，腔体中灌注混凝土。本发明专利技术具有强大的抗扭曲能力和较高的截面稳定性，支护与围岩能够密贴，增强了隧道围岩—支护体系的整体性，有利于充分发挥支护结构的支撑作用，进一步调动围岩共同承载。步调动围岩共同承载。步调动围岩共同承载。

【技术实现步骤摘要】
一种大变形隧道支护构件及支护施工方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工
，特别是一种大变形隧道支护构件及支护施工方法。

技术介绍

[0002]隧道施工实践表明发生大变形表现断面缩小、拱脚下沉、拱顶上抬、拱腰裂开、基地鼓起等基本共同特征，隧道大变形是相对于常规变形而言，当围岩变形量超过正常规定(20cm)的1.5倍以上(即≥30cm)时，可将围岩变形视为大变形。
[0003]对于高地应力环境下的软岩隧道，遏制隧道大变形的发生是隧道施工的首要任务。隧道支护是隧道工程重要的承载结构，在遏制隧道变形中发挥着重要作用。
[0004]钻爆法隧道通常采用复合式衬砌，包括初期支护和二次衬砌，其中初期支护维持施工期隧道稳定和控制隧道变形量，承受施工期间全部荷载。
[0005]隧道初期支护通常采用初喷混凝土+锚杆+格栅拱架/工字钢拱架+复喷混凝土等支护方式。
[0006]但是，隧道发生大变形时常常发生钢架和工字钢结构扭曲的现象，导致支护进一步破坏、失效，常发展为隧道轮廓侵入建筑限界，甚至隧道坍塌，现场通常陷入增设临时套拱、增强系统锚杆、对围岩注浆加固，拆除侵限段钢架，重新施作加强型支护体系等措施的反复整治中，不仅安全风险高，而且还会导致增加投资、延误工期。
[0007]为避免上述情况的发生，隧道初期支护构件需要具有较大扭曲刚度和稳定性，一般采用宽翼缘的工字钢或多构件组合钢架来提高其支护能力，但这将带来一些问题：一是宽翼缘的工字钢的支护强度仍然难以控制隧道大变形，从而发生破坏；二是采用宽翼缘的工字钢和多构件组合钢架，复喷混凝土时难以充填翼缘板与初喷混凝土之间、多构件之间及多构件与初喷混凝土之间的间隙，从而削弱衬砌整体性，不利于隧道变形控制；三是采用多构件组合钢架工序复杂，工序占用时间增加，不利于隧道变形、工期及成本控制。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种大变形隧道支护构件及支护施工方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种大变形隧道支护构件，包括若干个钢架结构，所述钢架结构沿自身长度方向弯曲设置，所述钢架结构包括若干个腔体，每个所述腔体沿所述钢架结构长度方向贯穿设置，沿隧道长度方向并列至少两个所述腔体，沿隧道断面轮廓依次布置所述钢架结构，所述钢架结构贴合隧道洞壁的一侧为外壁板，所述外壁板相对的另一侧为内壁板，所述内壁板的两端分别设有第一通孔，所述外壁板上设有第二通孔，每个所述腔体连通一个所述第一通孔和一个所述第二通孔，相邻两个所述钢架结构通过接头焊接连接，所述腔体中灌注混凝土。
[0011]采用本专利技术所述的一种大变形隧道支护构件，通过将钢架结构弯曲设置，以更好密贴隧道洞壁曲面，通过将钢架结构制造为多腔体的型材结构，具有多个封闭截面，为支护结构提供强大的抗扭曲能力和较高的截面稳定性，提高隧道支护的安全性，通过设置连通腔体的第一通孔和第二通孔，第一通孔灌注混凝土填充腔体，进一步提高支护结构的扭转、弯曲刚度和结构稳定性，混凝土经第二通孔流出填充钢架结构与隧道初喷混凝土层的间隙，使得支护与围岩密贴，增强了隧道围岩一支护体系的整体性，有利于充分发挥支护结构的支撑作用，从而进一步调动围岩共同承载。
[0012]作为本专利技术优选地技术方案，所述第二通孔位于所述外壁板的中部。
[0013]作为本专利技术优选地技术方案，所述接头插入所述钢架结构内部，通过所述第一通孔焊接连接所述钢架结构的内部和所述接头。
[0014]作为本专利技术优选地技术方案，所述内壁板两侧连接有翼缘板，所述翼缘板超出所述钢架结构外侧的腹板。
[0015]作为本专利技术进一步优选地技术方案，所述外壁板两侧连接有翼缘板，所述翼缘板超出所述钢架结构外侧的腹板。
[0016]作为本专利技术进一步优选地技术方案，所述钢架结构包括两个所述腔体，所述钢架结构呈Ⅲ型。
[0017]作为本专利技术进一步优选地技术方案，通过三个相同曲率的工字钢并列焊接形成所述钢架结构。
[0018]作为本专利技术进一步优选地技术方案，通过三个相同曲率的腹板分别焊接所述内壁板、所述外壁板和所述翼缘板形成所述钢架结构，所述内壁板与其两侧的所述翼缘板为一体成型，所述外壁板与其两侧的所述翼缘板为一体成型。
[0019]第二方面，本专利技术还提供了一种大变形隧道支护施工方法，利用如以上任一项所述的大变形隧道支护构件，该施工方法包括以下步骤：
[0020]S1、在隧道初期支护位置沿隧道断面轮廓依次拼装所述钢架结构，相邻两个所述钢架结构之间设置所述接头，在初期支护位置形成所述钢架结构环，沿隧道纵向并列设置若干个所述钢架结构环；
[0021]S2、所述接头插入所述钢架结构内部，通过所述第一通孔焊接连接所述接头和腹板；
[0022]S3、通过所述第一通孔向所述腔体中灌注所述混凝土，振捣所述混凝土，所述混凝土经所述第二通孔流出填充所述外壁板与隧道初喷混凝土层的间隙；
[0023]S4、在隧道表面和所述钢架结构复喷混凝土以形成初期支护结构。
[0024]采用本专利技术所述的一种大变形隧道支护施工方法，通过将钢架结构弯曲设置，以更好密贴隧道洞壁曲面，通过将钢架结构制造为多腔体的型材结构，具有多个封闭截面，为支护结构提供强大的抗扭曲能力和较高的截面稳定性，提高隧道支护的安全性，通过设置连通腔体的第一通孔和第二通孔，第一通孔灌注混凝土填充腔体，进一步提高支护结构的扭转、弯曲刚度和结构稳定性，第一通孔同时作为钢架结构内部和接头焊接通道，使相邻钢架结构的腹板连接形成整体，混凝土经第二通孔流出填充钢架结构与隧道初喷混凝土层的间隙，使得支护与围岩密贴，增强了隧道围岩—支护体系的整体性，有利于充分发挥支护结构的支撑作用，从而进一步调动围岩共同承载。
[0025]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术所述的一种大变形隧道支护构件，通过将钢架结构弯曲设置，以更好密贴隧道洞壁曲面，通过将钢架结构制造为多腔体的型材结构，具有多个封闭截面，为支护结构提供强大的抗扭曲能力和较高的截面稳定性，提高隧道支护的安全性，通过设置连通腔体的第一通孔和第二通孔，第一通孔灌注混凝土填充腔体，进一步提高支护结构的扭转、弯曲刚度和结构稳定性，混凝土经第二通孔流出填充钢架结构与隧道初喷混凝土层的间隙，使得支护与围岩密贴，增强了隧道围岩—支护体系的整体性，有利于充分发挥支护结构的支撑作用，从而进一步调动围岩共同承载；
[0027]2、本专利技术所述的一种大变形隧道支护施工方法，通过将钢架结构弯曲设置，以更好密贴隧道洞壁曲面，通过将钢架结构制造为多腔体的型材结构，具有多个封闭截面，为支护结构提供强大的抗扭曲能力和较高的截面稳定性，提高隧道支护的安全性，通过设置连通腔体的第一通孔和第二通孔，第一通孔灌注混凝土填充腔体，进一步提高支护结构的扭转、弯曲刚度和结构稳定性，第一通孔同时作为钢架结构内部和接头焊接通道，使相邻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大变形隧道支护构件，包括若干个钢架结构(1)，其特征在于，所述钢架结构(1)沿自身长度方向弯曲设置，所述钢架结构(1)包括若干个腔体(4)，每个所述腔体(4)沿所述钢架结构(1)长度方向贯穿设置，沿隧道长度方向并列至少两个所述腔体(4)，沿隧道断面轮廓依次布置所述钢架结构(1)，所述钢架结构(1)贴合隧道洞壁的一侧为外壁板(6)，所述外壁板(6)相对的另一侧为内壁板(5)，所述内壁板(5)的两端分别设有第一通孔(9)，所述外壁板(6)上设有第二通孔(10)，每个所述腔体(4)连通一个所述第一通孔(9)和一个所述第二通孔(10)，相邻两个所述钢架结构(1)通过接头(8)焊接连接，所述腔体(4)中灌注混凝土(2)。2.根据权利要求1所述的大变形隧道支护构件，其特征在于，所述第二通孔(10)位于所述外壁板(6)的中部。3.根据权利要求1所述的大变形隧道支护构件，其特征在于，所述接头(8)插入所述钢架结构(1)内部，通过所述第一通孔(9)焊接连接所述钢架结构(1)的内部和所述接头(8)。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的大变形隧道支护构件，其特征在于，所述内壁板(5)两侧连接有翼缘板(7)，所述翼缘板(7)超出所述钢架结构(1)外侧的腹板(3)。5.根据权利要求4所述的大变形隧道支护构件，其特征在于，所述外壁板(6)两侧连接有翼缘板(7)，所述翼缘板(7)超出所述钢架结构(1)外侧的腹板...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶伟明，张雪才，谭信荣，胡炜，王健宏，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：