[發(fā)明專利]復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410235221.7
• 申請(qǐng)日: 2014-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN104047610B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王永剛;徐文杰;唐學(xué)軍;余小龍;龐小沖;朱小明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司;清華大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D11/00
• 分類號(hào): E21D11/00;E21D11/10
• 代理公司: 深圳市鼎言知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44311
• 代理人: 哈達(dá)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)是隧道中常用的一種結(jié)構(gòu)。復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)對(duì)隧道圍巖起支撐的作用，其構(gòu)架與隧道形狀相同。在隧道施工的過程中，復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)支撐開挖后的隧道圍巖。隨著大規(guī)模高速交通隧道和大型水利水電工程的建設(shè)，巖土與地下工程日益向深部發(fā)展，伴隨的地質(zhì)力學(xué)環(huán)境愈來愈復(fù)雜。我國(guó)中、西部地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的復(fù)雜山嶺地區(qū)的特長(zhǎng)交通隧道項(xiàng)目，埋深多在300～1000m。這種深度，在面臨高地應(yīng)力及復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶等地層條件下，初期支護(hù)極易在圍巖擠壓作用下產(chǎn)生大變形，二次襯砌的長(zhǎng)期穩(wěn)定性也難以保證。

目前，科研人員在烏鞘嶺鐵路（公路）隧道、蘭渝鐵路隧道、十天高速公路隧道等眾多軟巖大變形隧道建設(shè)過程中，對(duì)超前大鉆孔或?qū)Ф磻?yīng)力釋放、早高強(qiáng)噴射混凝土支護(hù)、多層柔性支護(hù)體系的強(qiáng)度及剛度、施工工藝等方面進(jìn)行了大量的探索和實(shí)踐。但，仍無法有效避免軟巖擠壓大變形導(dǎo)致的初期支護(hù)變形侵限、擠壓破壞引起的耗工費(fèi)時(shí)、具有安全風(fēng)險(xiǎn)的支護(hù)拆換和斷面擴(kuò)挖作業(yè)等問題。這些問題既大幅增加了工程投資，又減緩了施工進(jìn)度。而且在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中，在不斷增長(zhǎng)的擠壓形變壓力作用下，二次襯砌始終處于較高的工作應(yīng)力狀態(tài)，使得二次襯砌的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及耐久性不斷劣化，直接影響其服役性能和使用壽命。因此，擠壓大變形地層條件下合理襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究具有重要的工程實(shí)用價(jià)值，關(guān)系到能否正確合理地進(jìn)行地下工程的支護(hù)設(shè)計(jì)及安全性評(píng)價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容

因此，有必要提供一種復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，該復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)能適應(yīng)擠壓大變形，有效改善地下工程支護(hù)體系施工過程中的擠壓大變形受力狀態(tài)及提高長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中不斷增長(zhǎng)的擠壓形變壓力作用下二次襯砌的穩(wěn)定性。

一種復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，其包括一初期支護(hù)、一緩沖層及一二次襯砌，所述初期支護(hù)、緩沖層及二次襯砌一次層疊設(shè)置構(gòu)成一拱形結(jié)構(gòu)，緩沖層設(shè)置于二次襯砌與初期支護(hù)之間；所述初期支護(hù)包括一外層初期支護(hù)及一內(nèi)層初期支護(hù)層疊設(shè)置，外層初期支護(hù)設(shè)置于內(nèi)層初期支護(hù)的外圍，緊貼圍巖面設(shè)置；所述內(nèi)層初期支護(hù)包括多個(gè)型鋼拱架及噴射混凝土層，多個(gè)型鋼拱架嵌在噴射混凝土層中，其中，每個(gè)型鋼拱架由多節(jié)型鋼和至少一個(gè)形變部組成，形變部連接相鄰的兩節(jié)型鋼，所述內(nèi)層初期支護(hù)進(jìn)一步包括多個(gè)高壓縮混凝土預(yù)制塊嵌在噴射混凝土層中，多個(gè)形變部與多個(gè)高壓縮混凝土預(yù)制塊單元在拱形結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度方向上交替設(shè)置構(gòu)成一形變單元。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提供的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，外層初期支護(hù)仰拱不封閉，有較大的變形釋放空間；內(nèi)層初期支護(hù)設(shè)置于隧道內(nèi)后，在圍巖擠壓形變壓力作用下，高壓縮混凝土預(yù)制塊、多個(gè)形變部受內(nèi)、外層初期支護(hù)中的噴射混凝土層及型鋼拱架傳遞的擠壓形變壓力，由于高壓縮混凝土預(yù)制塊可適應(yīng)較大的壓縮變形，其破壞形式為延性破壞，形變部適應(yīng)較大的壓縮變形，其破壞形式為彈塑性破壞，從而在變形可控的前提下通過有效釋放擠壓大變形而釋放圍巖壓力，避免現(xiàn)有復(fù)合式襯砌支護(hù)中擠壓大變形導(dǎo)致的初期支護(hù)變形侵限、擠壓破壞引起的支護(hù)拆換和斷面擴(kuò)挖作業(yè)等問題；設(shè)置于二次襯砌與初期支護(hù)之間的緩沖層，可通過壓縮變形釋放圍巖壓力，改善現(xiàn)有支護(hù)條件下擠壓地層中二次襯砌較高的工作應(yīng)力狀態(tài)，有效提高地下工程中二次襯砌結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及耐久性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的包括一形變單元的內(nèi)層初期支護(hù)的平面示意圖。

圖3為沿圖2中III-III線的剖面示意圖。

圖4為沿圖2中IV-IV線的剖面示意圖。

圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例中的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)中的高壓混凝土單元的受力示意圖。

圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)在施工過程中的橫向剖面示意圖。

圖7為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)在施工過程中縱向剖面示意圖。

圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的包括形變單元的內(nèi)層初期支護(hù)的平面示意圖。

圖9為沿圖8中IX-IX線的剖面示意圖。

圖10為沿圖8中X-X線的剖面示意圖。

圖11為沿圖8中XI-XI線的剖面示意圖。

主要元件符號(hào)說明