[發明專利]一種適用于軟弱破碎圍巖的吸能讓壓隧道支護系統及方法

有效

• 申請號: 201410356142.1
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104153792A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李術才;徐飛;張乾青;李利平;張騫;王慶瀚;劉洪亮;王健華
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭華清

技術領域

本發明涉及一種吸能讓壓新型隧道支護結構及其實施方法，尤其涉及一種適用于長期承受列車動載、地震荷載及斷層活動荷載作用下的軟弱破碎圍巖的隧道支護結構體系及其實施方法。

背景技術

為保持我國經濟的飛速健康發展，順利實現經濟結構體系的轉化，打通連接各地區的經濟命脈的血管——高速公路、鐵路、地鐵，已迫在眉睫。要致富先修路，國家加大了對各地區交通道路的建設。近年來無論是為加大對西部開發的力度，還是緩解城市交通壓力而正如火如荼修建的城市地鐵，如多地下交通工程都要面對隧道開挖后對圍巖的支護問題；尤其是我國西部地區為多山嶺地帶，經常需要開挖超長的易發突水突泥的巖溶隧道，該類隧道圍巖軟弱破碎，地質條件極差，在長期動荷載作用下圍巖易發生具有明顯流變性質的大變形，怎樣對該類隧道在長期列車動壓或地震荷載作用下實施有效的圍巖支護，還面臨許多新的挑戰。目前對于自身穩定性極差的隧道，其支護結構較常見為工字鋼拱架、格柵鋼架、可縮U型支架等配合錨網噴技術進行聯合支護。

現在的經濟形勢和隧道發展趨勢要求支護既要保證隧道安全又要做到經濟合理，單純噴射混凝土支護可以緩解或者避免圍巖應力集中現象，但是不能有效阻止隧道變形；雖然型鋼拱架具有良好的支護剛度抑制隧道圍巖的變形，但是由于其膨脹系數與混凝土不同，易產生環向的裂縫，且很難對支架背后混凝土充填密實，嚴重影響支護效果。

發明內容

為了解決該類隧道圍巖在長期受列車動載、地震荷載及斷層活動荷載作用下圍巖大變形導致支護體系失穩破壞的問題，本發明提出了一種適用于長期受列車動載、地震荷載及斷層活動荷載作用下的軟弱破碎圍巖隧道的，具有吸能讓壓特征的由核心筒和鋼格柵組成支護結構；同時具體介紹了該種結構的實施方法，

為實現上述目的，本發明采用技術方案如下：

一種適用于軟弱破碎圍巖的吸能讓壓隧道支護系統，包括若干與隧道斷面形狀一致、結構為封閉式結構的格柵鋼架，在所述的隔柵鋼架內安設有鋼管，所述的鋼管與隔柵鋼架之間通過一種密封的讓壓吸能裝置相連，所述的格柵鋼架、鋼管和讓壓吸能裝置組成的組合支架，其在隧道中等距離的間隔設置，相鄰的組合支架之間通過縱向梁連接；在縱向梁上每隔一段間距對稱的設有預留孔，施加預應力的錨桿或錨索及托梁通過預留孔錨入到巖層中，對圍巖形成立體式的整體支護。

錨桿(索)通過縱向梁與約束砼拱架共同作用，形成一個立體支護體系其具有與圍巖接觸面積大，粘結效果好，能夠共同變形共同受力，不會出現收縮裂縫，由于其拱架間隙大其后不易出現空洞現象的優點；在極差圍巖條件下，考慮格柵鋼架支護剛度不足的缺點，在其內部安設鋼管，通過預留孔向鋼管里邊灌注混凝土，提高其整體抗壓和抗彎能力。

所述的讓壓吸能裝置由高強度鋼片彈簧構成的吸能環，具有讓壓吸能的特性。

所述的高強度鋼片是屈服強度大于1000Mpa的硅錳彈簧鋼片。

所述的鋼管上設有預留孔，通過預留孔向鋼管里邊灌注混凝土，提高其整體抗壓和抗彎能力。

每段所述的隔柵鋼架之間通過隔柵連接板和螺栓連接，且相連的隔柵連接板之間設有不同厚度及強度的橡膠墊。

每段所述的鋼管之間通過配有不同厚度及強度的橡膠墊的鋼套管連接。

每段所述的鋼管上兩端設有一個排氣口，下端設有灌漿孔，且所述的排氣口和灌漿孔均配有與各自配合的密封蓋。

每一榀組合支架由工字鋼或者U型槽鋼、格柵鋼架形成的縱向梁連接；所述的工字鋼或者U型槽鋼與格柵鋼架之間采用外搭接形式，通過U型卡子或者焊接在一起。

一種適用于軟弱破碎圍巖的吸能讓壓隧道支護系統的實施方法，包括以下步驟：

1)結合隧道開挖順序，首先沿開挖面局部安裝已經組裝好的鋼格柵+混凝土鋼管的組合支架，由配有托梁的預應力錨桿(索)固定于圍巖；

2)然后緊接新開挖部分，通過套管和高強度螺栓鏈接其余部分組合支架，并安裝預應力錨桿(索)及托梁固定于圍巖，同時保證每段組合支架在同一斷面環線上；

3)待一榀支架安裝完畢后，分段對鋼管灌注混凝土，灌漿孔在下部，排氣口在上部，本段灌注結束后由密封蓋對灌漿孔和排氣口密封，直至全部鋼管灌漿完畢；

4)通過連梁將每榀組合支架連接，同時在連梁預留洞施打預應力錨桿(索)及托梁，形成立體的高強度支護體系。

本發明與目前常用隧道支護支架及其方法相比具有以下優點：

1)通過組合格柵鋼架與核心混凝土鋼管，克服了單純利用格柵鋼架進行支護，支護剛度較低，在長期大變形不利圍巖穩定和變形控制的缺點；