用於大變形圍巖條件下隧道的消能支護結構的製作方法

2023-10-30 15:32:32

本發明屬於隧道交通工程技術領域，具體涉及一種用於大變形圍巖條件下隧道的消能支護結構。

背景技術：

我國有大量鐵路隧道建設項目，其中大變形圍巖條件下隧道的設計與施工問題困擾著廣大隧道建設者，這些隧道通常表現為圍巖變形量大，容易發生坍塌等安全事故；變更設計多，投資難以控制；施工進度緩慢，嚴重製約工程的工期等。

選擇正確的支護理念，充分利用圍巖自身強度，可以達到安全、經濟的支護效果。隧道支護方法大體可分為剛性支護、柔性支護、剛柔結合支護等。對於大變形圍巖條件下的隧道支護，一味地追求加強剛度是難以奏效的，要先柔後剛，先讓後抗，柔讓適度，穩定支護。對大變形圍巖條件下隧道支護宜採用剛柔結合，前期放，釋放圍巖壓力，以減輕支護結構上的荷載；後期抗，在圍巖產生一定變形後，以大剛度的支護結構抵抗圍巖的壓力，確保隧道安全，並滿足淨空要求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種用於大變形圍巖條件下隧道的消能支護結構，避免由於隧道變形量大導致初期支護（鋼拱架）變形、錯臺、扭曲，以至於發生坍塌事故等，提高隧道建設過程中的安全性。

本發明所採用的技術方案為：

用於大變形圍巖條件下隧道的消能支護結構，包括隧道開挖輪廓線內的鋼拱架，其特徵在於：

鋼拱架的節段之間設置有受壓阻尼器；

隧道圍巖內環周設置有多個受拉錨杆，受拉錨杆端部通過受拉阻尼器固定於鋼拱架的翼緣。

受壓阻尼器兩端端部通過墊板和螺栓與相鄰鋼拱架節段相固定。

受拉錨杆端部通過墊板和螺栓與受拉阻尼器一端相固定，受拉阻尼器另一端通過墊板和螺栓與鋼拱架翼緣相固定。

本發明具有以下優點：

一、初期支護完成後的初期，通過錨杆和受拉阻尼器對鋼拱架的約束，使其在大變形條件下對圍巖變形達到邊扛邊放的效果。

二、圍巖變形的發展過程中，通過受壓阻尼器使鋼拱架能協調變形，確保鋼拱架自身不產生變形、錯臺、扭曲等，初期支護主體結構不破壞，避免對初期支護的拆換。

三、圍巖變形達到設計值時，受拉阻尼器和受壓阻尼器將對鋼拱架提供約束，提高鋼拱架的整體剛度和初期支護的整體穩定性，確保隧道安全,並滿足淨空要求。

附圖說明

圖1為初期支護的斷面圖。

圖2為圖1中的A部初始狀態大樣圖。

圖3為圖1中的A部穩定狀態大樣圖。

圖4為圖1中的B部初始狀態大樣圖。

圖5為圖1中的B部穩定狀態大樣圖。

圖中，1-隧道開挖輪廓線，2-鋼拱架初始狀態中心線，3-鋼拱架穩定狀態中心線，4-隧道中心線，5-受拉錨杆，6-受壓阻尼器，7-受拉阻尼器，8-二次襯砌鋼筋混凝土，9-鋼拱架，10-螺栓，11-墊板。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明進行詳細的說明。

本發明涉及的一種用於大變形圍巖條件下隧道的消能支護結構，包括隧道開挖輪廓線內的鋼拱架9，鋼拱架9內側鋪塗二次襯砌鋼筋混凝土8。鋼拱架9的節段之間設置有受壓阻尼器6。隧道圍巖內環周設置有多個受拉錨杆5，受拉錨杆5端部通過受拉阻尼器7固定於鋼拱架9的翼緣。各部件的數量由隧道開挖面積、開挖方式和受力情況綜合確定，鋼拱架9的長度由開挖線確定。

受壓阻尼器6兩端端部通過墊板11和螺栓10與相鄰鋼拱架9節段相固定，確保受壓阻尼器6與鋼拱架9共同受力。受拉錨杆5端部通過墊板11和螺栓10與受拉阻尼器7一端相固定，受拉阻尼器7另一端通過墊板11和螺栓10與鋼拱架9翼緣相固定，確保受拉錨杆5、受拉阻尼器7和鋼拱架9共同受力。

施工過程如下：

在隧道開挖輪廓線1內側施工受拉錨杆5，長度3-10m，自由端深入隧道變形的塑性區，端頭與受拉阻尼器7通過墊板11和螺栓10連接，受拉阻尼器7的初始長度為L1。

受拉錨杆5和受拉阻尼器7施工完成後，沿鋼拱架初始狀態中心線2施工鋼拱架，受拉阻尼器7另一端與鋼拱架9翼緣通過墊板11和螺栓10連接，分段的鋼拱架9之間通過墊板11和螺栓10用受壓阻尼器6連接，受壓阻尼器6的初始長度為Y1。

在圍巖壓力的作用下，受拉阻尼器7初始長度為L1，逐漸被拉長，受壓阻尼器6初始長度為Y1，逐漸被壓短，一方面對圍巖提供抗力，進一步發揮受拉錨杆5的錨固作用，另一方面保證鋼拱架9的協調性和完整性前提下，使鋼拱架9向隧道內側收縮，以進一步釋放圍巖壓力。

隨著圍巖壓力的逐漸釋放，受拉阻尼器7逐漸被拉長，與此同時，受壓阻尼器6逐漸被壓短。由於受拉阻尼器7逐漸拉長，進一步發揮了受拉錨杆5的錨固力，達到了對圍巖壓力邊扛邊放的效果；受壓阻尼器6逐漸被壓短，確保了鋼拱架在圍巖壓力逐漸釋放的條件下，整體的剛度、協調性以及完整性，避免鋼拱架出現變形、錯臺、扭曲等，也達到了對圍巖壓力邊扛邊放的效果。

圍巖壓力繼續釋放，受拉阻尼器7繼續被拉長，由初始長度L1變為L2，受壓阻尼器6繼續被壓短，由初始長度Y1變為Y2，此時，鋼拱架9的中心線由鋼拱架初始狀態中心線2變為鋼拱架9穩定狀態中心線3，受拉阻尼器7不能再被拉長，受壓阻尼器6不能再被壓短，兩者均變為剛性連接，與受拉錨杆5和鋼拱架9一起共同抵抗圍巖壓力。在防排水措施施工完成後，最後施工二次襯砌鋼筋混凝土確保隧道安全,並滿足淨空要求。

本發明的內容不限於實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本發明說明書而對本發明技術方案採取的任何等效的變換，均為本發明的權利要求所涵蓋。