CN215718788U - 一种大变形隧洞的支护结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种大变形隧洞的支护结构，包括初喷钢纤维混凝土、复喷钢纤维混凝土、预应力锚杆、大变形预应力锚索和可缩性拱架；所述初喷钢纤维混凝土形成在洞室开挖断面上，所述复喷钢纤维混凝土形成在初喷钢纤维混凝土的内侧且表面间隔布置预应力锚杆，所述预应力锚杆从初喷钢纤维混凝土穿出至围岩内，所述大变形预应力锚索的一端布置在复喷钢纤维混凝土内，另一端从初喷钢纤维混凝土穿出至围岩内；所述复喷钢纤维混凝土沿着大变形隧洞的圆周方向布置多个预留空腔，所述预留空腔将复喷钢纤维混凝土间隔成多段。本实用新型利用深部锚固的大变形预应力锚索对支护圈施加强大的主动支护力，控制围岩整体变形量，实现支护安全和变形控制。
Description
技术领域
本实用新型属于隧洞施工工程技术领域，尤其是涉及大变形隧洞的支护结构，适用于高地应力、大变形隧洞初期及永久支护。
背景技术
随着我国广大地域各项基础设施的建设力度不断加大，近年来穿越高地应力区、工程地质环境恶劣的深埋长大隧洞工程不断涌现，复杂地质条件下开挖的高陡边坡和岩基工程也层出不穷，诱发的高边坡失稳、高地应力条件下的隧洞大变形及岩爆问题日益突显，如锦屏二级电站地下厂房、兰新铁路线上的乌鞘岭隧道、四川省境内318线上的鹧鸪山隧道等。地下硐室建设过程中大变形灾害问题凸显，严重危及了地下硐室施工及运营安全。调研目前国内外典型大变形隧洞工程，大变形隧洞中的支护参数远超过规范规定的建议值，“强支硬顶”已成为现今其处置措施的主要技术手段，但是最终并未达到理想的处理效果，支护结构失稳、衬砌开裂破损等问题依然突出。
合理的支护手段应该是既能满足及时强支护以控制围岩的塑性区范围，又具备一定的大变形能力以释放围岩应力，保证支护结构安全。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种大变形隧洞的支护结构。
为此，本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
一种大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述大变形隧洞的支护结构包括初喷钢纤维混凝土、复喷钢纤维混凝土、预应力锚杆、大变形预应力锚索和可缩性拱架；所述初喷钢纤维混凝土形成在洞室开挖断面上，所述复喷钢纤维混凝土形成在初喷钢纤维混凝土的内侧且表面间隔布置预应力锚杆，所述预应力锚杆从初喷钢纤维混凝土穿出至围岩内，所述大变形预应力锚索的一端布置在复喷钢纤维混凝土内，另一端从初喷钢纤维混凝土穿出至围岩内；
所述复喷钢纤维混凝土沿着大变形隧洞的圆周方向布置多个预留空腔，所述预留空腔将复喷钢纤维混凝土间隔成多段。
在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本实用新型的优选技术方案：所述初喷钢纤维混凝土的厚度不小于10cm。
作为本实用新型的优选技术方案：所述复喷钢纤维混凝土的厚度不小于20cm。
作为本实用新型的优选技术方案：所述预留空腔内设有泡沫块和/或木块。
作为本实用新型的优选技术方案：所述可缩性拱架包括多段弧形钢拱架和布置在弧形钢拱架之间并连接弧形钢拱架的接头，所述接头具有多个卡缆，所述弧形钢拱架可在卡缆内滑动。
作为本实用新型的优选技术方案：所述接头设置在复喷钢纤维混凝土的预留空腔内。
作为本实用新型的优选技术方案：所述预应力锚杆采用涨壳式机械锚固型或者树脂卷锚固型或者快硬水泥卷锚固型低预应力锚杆。
作为本实用新型的优选技术方案：所述预应力锚杆的锚固间距为锚杆长度的1/3～1/2，排距为4～6m。
作为本实用新型的优选技术方案：所述大变形预应力锚索采用恒阻滑移大变形能力的让压锚索，每个断面4～6根，排距为4～6m。
作为本实用新型的优选技术方案：所述可缩性拱架采用高强型钢。
本实用新型提供一种大变形隧洞的支护结构，利用高强型钢形成的拱架、分层喷射的高强、速凝、快硬型钢纤维混凝土以及密集的短预应力锚杆，在开挖面形成初期分部、快速对围岩进行支护，逐步提高围岩松动圈的抗力，并与围岩共同形成封闭的支护圈；通过在复喷钢纤维混凝土内预留空腔，使复喷钢纤维混凝土形成一条薄弱线，与可缩性拱架共同形成具有大变形功能的支护结构；当应力达到设定值时通过复喷钢纤维混凝土薄弱线压缩变形甚至局部破坏，以及可缩性拱架内弧形钢拱架在接头内滑动，释放围岩变形和支护结构应力，保护支护结构不会应力强度超标而整体破坏和失效。同时可以通过薄弱线的宽度和接头的设计滑动量将变形和支护结构应力限制在合理的范围之内。复喷钢纤维混凝土薄弱线的设置相比贯通设置的预留变形槽，可以在一定程度上保持喷混凝土的整体性，提高喷混凝土的支护效果；复喷钢纤维混凝土预留空腔的部位位于可缩性拱架的接头及其前后一定范围内，使复喷钢纤维混凝土压缩变形区和可缩性拱架滑移变形区位于同一部位，保证在滑动变形的过程中，复喷钢纤维混凝土和可缩性拱架最大程度保持为一个整体结构；接头处于敞开状态，可以减少该部位喷混凝土对结构滑动效果的影响，提高可缩性拱架变形的可靠性和稳定性，同时在滑动过程中可以通过肉眼观察滑动状态，提高岩体变形过程中的施工安全预警可靠性；利用深部锚固的大变形预应力锚索对支护圈施加强大的主动支护力，控制围岩整体变形量，实现支护安全和变形控制的最终目标。
附图说明
图1为本实用新型所提供的大变形隧洞的支护结构的纵断面图。
图2为锚杆支护的侧视图。
图3为锚索支护的侧视图。
图4为可缩性拱架的构造图。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述。
如图所示，一种大变形隧洞的支护结构，由初喷钢纤维混凝土1、可缩性拱架6、复喷钢纤维混凝土2、预应力锚杆3、大变形预应力锚索5组成。利用喷钢纤维混凝土、钢拱架、锚杆(索)形成强-强支护，同时利用拱架的可缩性、钢钎维混凝土和预应力锚索的大变形能力，在支护结构受力达到设定值时通过变形缓解应力增长，达到释放围岩应力，保障支护体结构安全。
初喷钢纤维混凝土1在洞室开挖断面形成后及时施做，厚度不小于10cm，喷射范围包括洞顶、两侧边墙及底板。初喷钢纤维混凝1土采用高强、速凝、快硬型混凝土。
可缩性拱架6由多段弧形钢拱架601经接头相连形成。钢拱架采用高强型钢，在相同支护强度的条件下，可以适当增加拱架的间距，加快拱架施工的效率。接头具有若干卡缆602，钢拱架之间通过卡缆602产生一定的摩阻力以实现受力到预设值后产生滑移。
复喷钢纤维混凝土2在可缩性拱架6的接头及其前后一定范围内预留空腔4，从而在接头所在的部位形成一条薄弱线。复喷大变形钢纤维混凝土2的厚度一般不小于20cm，能完整覆盖钢拱架6，且留有适当的保护厚度。复喷钢纤维混凝土2采用高强、速凝、快硬型混凝土。
预应力锚杆3采用涨壳式机械锚固、树脂卷锚固型、快硬水泥卷锚固型等低预应力锚杆，锚固间距取锚杆长度的1/3～1/2，排拒4～6m，且取以拱架排拒为模数，布置在拱架6设置部位。
大变形预应力锚索5采用具有恒阻滑移大变形能力的让压锚索，每个断面4～6根，排拒4～6m，且取以拱架6排拒为模数，布置在两榀拱架之间。可根据围岩应力和变形程度适当降低相应等级或者取消大变形预应力锚索5。
具体地，上述大变形隧洞的支护结构由如下方式实现：
(1)、钻爆法完成隧洞开挖(一个爆破循环)；
(2)、初喷钢纤维混凝土1，厚度不小于10cm；
(3)、架立钢拱架6，在预留喷混凝土空腔部位4放置泡沫块、木块等占位材料；
(4)、复喷钢纤维混凝土2，厚度不小于20cm；
(5)、在复喷钢纤维混凝土2表面按照设计间排距钻孔，安装预应力锚杆3，施加预应力；
(6)、重复上述步骤，至大变形预应力锚索5加固部位，钻孔，安装大变形预应力锚索5，施加预应力。
上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，仅为本实用新型的优选实施例，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述大变形隧洞的支护结构包括初喷钢纤维混凝土、复喷钢纤维混凝土、预应力锚杆、大变形预应力锚索和可缩性拱架；所述初喷钢纤维混凝土形成在洞室开挖断面上，所述复喷钢纤维混凝土形成在初喷钢纤维混凝土的内侧且表面间隔布置预应力锚杆，所述预应力锚杆从初喷钢纤维混凝土穿出至围岩内，所述大变形预应力锚索的一端布置在复喷钢纤维混凝土内，另一端从初喷钢纤维混凝土穿出至围岩内；
所述复喷钢纤维混凝土沿着大变形隧洞的圆周方向布置多个预留空腔，所述预留空腔将复喷钢纤维混凝土间隔成多段。
2.根据权利要求1所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述初喷钢纤维混凝土的厚度不小于10cm。
3.根据权利要求1所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述复喷钢纤维混凝土的厚度不小于20cm。
4.根据权利要求1所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述预留空腔内设有泡沫块和/或木块。
5.根据权利要求1所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述可缩性拱架包括多段弧形钢拱架和布置在弧形钢拱架之间并连接弧形钢拱架的接头，所述接头具有多个卡缆，所述弧形钢拱架可在卡缆内滑动。
6.根据权利要求5所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述接头设置在复喷钢纤维混凝土的预留空腔内。
7.根据权利要求1所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述预应力锚杆采用涨壳式机械锚固型或者树脂卷锚固型或者快硬水泥卷锚固型低预应力锚杆。
8.根据权利要求1或7所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述预应力锚杆的锚固间距为锚杆长度的1/3～1/2，排距为4～6m。
9.根据权利要求1所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述大变形预应力锚索采用恒阻滑移大变形能力的让压锚索，每个断面4～6根，排距为4～6m。
10.根据权利要求1所述的大变形隧洞的支护结构，其特征在于：所述可缩性拱架采用高强型钢。
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|---|---|---|---|---|
| CN116205139A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-06-02 | 西南交通大学 | 基于围岩和支护结构力学特性的支护选型方法及系统 |
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- 2021-06-28 CN CN202121441231.8U patent/CN215718788U/zh active Active
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| CN116205139B (zh) * | 2023-02-17 | 2023-08-18 | 西南交通大学 | 基于围岩和支护结构力学特性的支护选型方法及系统 |
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