[發明專利]一種剛柔耦合的隧道監測支護綜合體系與方法

有效

• 申請號: 201710538561.0
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107218061B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 石少帥;胡杰;劉洪亮;李術才;侯福金;周宗青;趙然;陳旭光
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東高速濟萊城際公路有限公司
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10;E21D11/18;E21D20/00;E21D11/00;G01B11/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種剛柔耦合的隧道監測支護綜合體系與方法，體系包括若干并行的支護拱架，支護拱架包括多個依次連接的剛性支護單元，所述剛性支護單元外側設置有柔性合成材料墊層，柔性合成材料墊層外側設置有初次混凝土支護層，剛性支護單元內側設置有二次混凝土噴射層，包括剛性支護單元、柔性合成材料墊層和初次混凝土支護層，形成整體支護體系；柔性合成材料墊層內埋設有分布式光纖和測量裝置，實現隧道整個斷面圍巖變形的實時監測。本發明解決了現有隧道支護體系無法有效、合理、經濟控制圍巖變形以及斷面圍巖無法簡便、精確、實時監測的問題。

技術領域

本發明涉及一種剛柔耦合的隧道監測支護綜合體系與方法。

背景技術

隨著國家“一帶一路”戰略實施，大量基礎交通設施的修建迫在眉睫，地下工程是其中重要的組成部分。隧道等地下洞室的開挖往往面臨圍巖變形、破壞、失穩等一系列問題，傳統的隧道圍巖變形控制方法往往采用初噴混凝土加鋼拱架支護的方式，這種方法可以一定程度上控制圍巖的變形，但是傳統混凝土回彈率較高，粘結力差，往往造成初噴混凝土層有較多空洞，無法有效使初噴混凝土與塑性區圍巖形成整體承載。

傳統隧道用工字鋼與圍巖貼合不緊密，且無法實現與圍巖協調變形，浪費了圍巖本身的自穩能力，造成支護成本增加。針對隧道圍巖變形的監測，傳統工藝采用在拱架環向布設土壓力盒的方法，需要預先制作支撐架，一端將土壓力盒頂在圍巖表面，一端與鋼拱架進行焊接，并將壓力盒連線綁扎在拱架上最終引到拱腳處進行測量。由于隧道斷面一般較大，完成上述工作需要利用到施工臺車、電焊工以及較多技術人員參與，且耽誤隧道施工工序，缺乏經濟性和方便性。

除此之外，傳統的圍巖變形監測屬于定點監測范疇，無法實現隧道斷面全面監測，且監測元件多為裸露狀態，易受施工影響發生破壞，無法實現精準有效監測。

因此需要設計一種新型的隧道監測—支護綜合體系解決上述問題，實現圍巖與初期支護協調變形，并兼顧圍巖變形多斷面實時同步監測，作為“智慧隧道”理念的重要一環。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種剛柔耦合的隧道監測支護綜合體系與方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種剛柔耦合的隧道監測支護綜合體系，包括若干并行的支護拱架，所述支護拱架包括多個依次連接的剛性支護單元，所述剛性支護單元外側設置有柔性合成材料墊層，所述柔性合成材料墊層外側設置有初次混凝土支護層，所述剛性支護單元內側設置有二次混凝土噴射層，包括剛性支護單元、柔性合成材料墊層和初次混凝土支護層，形成整體支護體系；

所述柔性合成材料墊層內埋設有分布式光纖和測量裝置，實現隧道整個斷面圍巖變形的實時監測。

進一步的，所述初次混凝土支護層采用噴射混凝土，為整個體系的最外層，直接與圍巖接觸，固定有錨桿或/和錨索結構。

當然，本領域技術人員在本發明的工作原理的基礎上，將噴射混凝土進行改性，添加其他物質，以提高其回彈力等等，屬于常規改進，理應屬于本發明的保護范圍。

進一步的，所述剛性支護單元為工字鋼。

所述工字鋼上下兩個翼板尺寸與柔性合成材料墊層的寬度相適配。

進一步的，所述柔性合成材料墊層與剛性支護單元的翼板相連接，且其兩端采用螺栓與剛性支護單元兩端預留螺栓孔栓接預緊。

進一步的，所述分布式光纖安裝在柔性合成材料墊層底部，當進行工字鋼單元栓接拼裝時，不同工字鋼單元上部粘接的墊層互相靠近，安裝在柔性合成材料墊層內部的光纖通過接口連接實現分布式光纖的整體構成。