【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道工程建筑辅助设备，具体涉及一种隧道初期支护结构分级让压装置及施工方法。
技术介绍
1、随着我国交通运输行业的不断发展，复杂地质环境下山区交通路线工程方案首选隧道工程。隧道施工过程中，由于开挖卸荷破坏了原有地层的平衡条件，围岩发生持续的应力调整与变形。当变形持续增加、围压压力始终大于支护结构抗力时，隧道将发生大变形灾害。工程界也一直将其视为重点和难点。隧道掘进过程中，受到高地应力、围岩性质软弱和岩土体流变的影响，隧道支护结构往往在浇筑后一段时间内受力不断增加，直至出现钢拱架屈服、混凝土开裂、隧道侵限等灾害，严重影响了工程进度与施工人员的生命安全。因此，如何在初期支护施作后一段时间内持续调节高地应力大变形隧道的支护结构内力和围岩应力分布就显得至关重要。
2、目前国内针对高地应力大变形隧道采用让压支护的设计理念持肯定的态度。然而，传统的分级让压支护有一些问题亟待解决。申请号为202122529858.5的中国专利“大变形隧道渐进式多级让压支护装置”，以及申请为201811151328.8的中国专利“基于恒阻滑动孔剪损的多级让压可缩式钢架及连接方法”，均提出来多级式让压装置来解决隧道的变形问题。但是上述多级式让压装置实际应用中由于让压装置结构复杂、针对性过强，导致地质条件更换后适应性不强，不利于实际推广；此外让压结构应用中还会发生拱架扭曲变形、初期支护失稳等问题。亟需一种结构简单、适用范围广和节点强度高的多级式让压装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种隧道初期支护结构的分级让压装置，包括外部伸缩件、内部伸缩件和分级让压件；
4、所述内部伸缩件包括工字钢和分别焊接在工字钢横截面两端的内部连接板和承压板；所述的外部伸缩件包括矩形套筒和焊接在矩形套筒一端的外部连接板，所述的矩形套筒可移动地套接在工字钢的外部，且内部连接板和外部连接板位于分级让压装置的两端；
5、所述分级让压件包括不少于一组的一级中空导管和不少于一组的二级中空导管，每组一级中空导管或二级中空导管均包括对称焊接在矩形套筒内侧的两只中空导管，每组中空导管内固定有一根钢绞线；一级中空导管的钢绞线的悬空段紧贴承压板的表面设置，二级中空导管的钢绞线悬空段与承压板的表面之间保持1-5cm的间距。
6、上述隧道初期支护结构分级让压装置中，所述的承压板和工字钢的腰板之间焊接有若干加强肋。
7、上述隧道初期支护结构分级让压装置中，每组中空导管之间的钢绞线通过端部锚固装置施加有1mpa的预应力。
8、上述隧道初期支护结构分级让压装置中，所述工字钢的翼板和矩形套筒之间预留1～3mm空隙。
9、上述隧道初期支护结构分级让压装置中，所述的钢绞线通过端部锚固装置固定在中空导管的一端。
10、上述隧道初期支护结构分级让压装置中，外部连接板和内部连接板分别焊接在钢拱架让压承载的位置处。
11、上述隧道初期支护结构分级让压装置中，所述一级中空导管长度为15cm，二级中空导管长度为18cm，矩形套筒净深为20cm；一级中空导管、二级中空导管的锚固端与矩形套筒开口端平齐。
12、上述隧道初期支护结构分级让压装置中，所述钢绞线型号为三股镀锌钢绞线，直径为6.5mm、8.6mm、10.8mm或12.9mm。
13、上述隧道初期支护结构分级让压装置中，内部伸缩件中的工字钢型号与初期支护钢拱架型号相同。
14、一种隧道初期支护结构载荷分级让压的方法，包括如下步骤：
15、【1】根据隧道钢拱架的尺寸和隧道变形收敛量确定外部伸缩件和内部伸缩件的尺寸，将分级让压装置的外部连接板焊接在承压载荷的一榀钢拱架上，内部连接板焊接在对应承压载荷的另一榀钢拱架单元上；
16、【2】隧道开挖，完成钢拱架拼装后，在分级让压装置外部设置封板，在封板外表面喷上喷射混凝土；
17、【3】正常开挖后续岩土体，分级让压装置受力变形：
18、一级中空导管中的钢绞线与承压板相互挤压，开始一级让压，使得初期支护所承受压力逐渐释放；
19、随着变形的逐渐增大，二级中空导管中的钢绞线与承压板也相互挤压，开始二级让压，初期支护所承受的压力经过两级变形得到充分释放，使得围岩变形逐渐稳定；
20、【4】待分级让压装置的让压达到预设的变形量时，在封板上再补喷混凝土。
21、对比现有技术，本专利技术具有如下的有益效果：
22、一、本专利技术基于让压结构装置的变形性能和力学性能，使得隧道钢拱架整体具有较好的变形能力、分级让压能力和不低于钢拱架的抗弯、抗剪和抗扭能力，并且具有较好的实用性和可操作性，能够较为简便的安装，并且能够提高隧道结构在高地应力作用下的变形能力，能够有效的释放围岩的压力，防止初期支护结构过早发生破坏，能够减少高地应力大变形隧道的支护成本并保障施工人员的生命安全。
23、二、本专利技术通过在一级中空导管与二级中空导管中内穿钢绞线，当可变形分级让压装置受到外部压力时，内部伸缩件通过拉伸钢绞线，将钢绞线拉力转化为对内部伸缩件的压力，当压缩变形较小时，一级中空导管中的钢绞线首先发挥作用，当变形持续增长时，二级中空导管中的钢绞线开始发挥作用，采用分级让压的结构分级渐进式促进围岩的变形收敛，使得围岩压力得到充分释放直至变形逐渐稳定。
24、三、本专利技术拼接方式较为简单，实际使用时仅须将外部伸缩件对应的钢拱架与内部伸缩件对应的钢拱架相互插合即可，省去了大量的安装时间，便于隧道内的快速安装支护，减少隧道开挖后围岩的暴露时间，尽早对围岩形成支护力。
25、四、本专利技术通过设置承压板、加强肋和工字钢焊接牢固，能够减小应力集中效应，防止内部伸缩件端部受到较大压力时发生的局部屈服破坏。通过设置内部伸缩件中的工字钢型号与初期支护钢拱架型号相同，从而使得让压接头处的抗弯、抗剪和抗扭承载力分别为内部伸缩件中的工字钢与外部伸缩件中的矩形套筒之和，故能够确保可变形分级让压装置的抗弯、抗剪和抗扭能力不低于初期支护钢拱架的抗弯、抗剪和抗扭能力，防止发生结构局部破坏，并且实际实用过程中当初期支护钢拱架变更时不需要重复进行力学性能验算。
26、五、本专利技术通过钢绞线型号为1×3(三股)镀锌钢绞线，直径可以选择6.5mm、8.6mm、10.8mm和12.9mm，能够确保在不同的围岩压力条件下，钢绞线可以提供不同的支护抗力，满足了不同场合的需求。
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1.一种隧道初期支护结构的分级让压装置，其特征在于：包括外部伸缩件(11)、内部伸缩件(12)和分级让压件(13)；
2.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：所述的承压板(1231)和工字钢(121)的腰板之间焊接有若干加强肋(1232)。
3.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：每组中空导管之间的钢绞线(134)通过端部锚固装置(133)施加有1MPa的预应力。
4.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：所述工字钢(121)的翼板和矩形套筒(111)之间预留1～3mm空隙。
5.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：所述的钢绞线(134)通过端部锚固装置(133)固定在中空导管的一端。
6.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：外部连接板(112)和内部连接板(122)分别焊接在钢拱架让压承载的位置处。
7.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特
8.根据权利要求7所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：所述钢绞线型号为三股镀锌钢绞线，直径为6.5mm、8.6mm、10.8mm或12.9mm。
9.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：内部伸缩件中的工字钢型号与初期支护钢拱架型号相同。
10.利用权利要求1至9任意之一所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置进行载荷分级让压的方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种隧道初期支护结构的分级让压装置，其特征在于：包括外部伸缩件(11)、内部伸缩件(12)和分级让压件(13)；
2.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：所述的承压板(1231)和工字钢(121)的腰板之间焊接有若干加强肋(1232)。
3.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：每组中空导管之间的钢绞线(134)通过端部锚固装置(133)施加有1mpa的预应力。
4.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：所述工字钢(121)的翼板和矩形套筒(111)之间预留1～3mm空隙。
5.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让压装置，其特征在于：所述的钢绞线(134)通过端部锚固装置(133)固定在中空导管的一端。
6.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护结构分级让...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘国鹏，杨坚，黄亚斌，黄永生，张留，李东记，苏晨，李聪，刘继超，王振乾，刘林绮，田星，王卓文，
申请(专利权)人：中铁十五局集团第四工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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