[實用新型]一種層狀軟巖隧道非對稱支護結構

有效

• 申請號: 201921812920.8
• 申請日: 2019-10-27
• 公開（公告）號: CN211342952U
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 何川;牟力;楊文波;張文居;賴孝輝;鄭斌;陳子全
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;四川藏區高速公路有限責任公司
• 主分類號: E21D11/18
• 分類號: E21D11/18;E21D11/15;E21D20/02;E21D11/10
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• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種層狀軟巖隧道非對稱支護結構，包括垂直于層狀軟巖層理面方向管棚支護、非垂直于層狀軟巖層理面方向管棚支護、鋼拱架、垂直于層狀軟巖層理面方向砂漿錨桿、非垂直于層狀軟巖層理面方向砂漿錨桿、壓力型錨索、上臺階鎖腳錨桿、下臺階鎖腳錨桿、仰拱初期支護、初期噴砼、二次襯砌。本實用新型采用非對稱支護結構，針對層理面傾角不同的層狀軟巖地層，在垂直于層理面更容易發生擠壓破壞的方向對支護結構進行加強，可以有效改善隧道支護結構的受力狀態，施工方法依舊基于傳統的上下臺階預留核心土法，無附加工作量，在滿足隧道支護要求的同時最大化節省了時間和經濟成本。

技術領域

本實用新型涉及地下工程技術領域，特別是一種層狀軟巖隧道非對稱支護結構。

背景技術

在我國西部的藏區地帶，廣泛分布有千枚巖、板巖、頁巖、砂巖為主的軟弱圍巖地層，這些地層具有顯著的沉積特性，呈現出各向異性的力學特性，其中以碳質千枚巖最為顯著。隧道穿越層狀軟巖地層時，圍巖變形特性與支護結構的力學性能具有顯著的非對稱特性。并且如果隧道軸線方向與主應力場不是垂直或平行關系時，初始地應力場在隧道結構周邊產生的剪切應力會加劇這種非對稱變形特性，對支護結構的安全性能產生影響。由于軟弱圍巖強度較低、自承能力較差，隧道支護結構將承擔較大的荷載，隧道可能發生擠壓性破壞。其變形特性和破壞模式與層理面的角度密切相關。對于水平層狀圍巖隧道，支護結構的破壞主要集中在拱頂與拱底，容易發生坍塌與底鼓災害；對于斜傾層狀圍巖隧道，則具有明顯的非對稱變形機理，沿層理面法線方向的圍巖發生向內側臨空面的彎折內鼓變形，隧道支護結構的左側拱肩與右側拱腳位置容易出現非對稱開裂災害；對于陡傾層狀圍巖隧道，圍巖的變形則集中在左右兩側邊墻位置，應力集中更容易導致混凝土開裂與剝落災害的發生。很多工程實踐表明，層狀軟巖對圍巖變形和支護結構力學行為的影響主要體現在層理角度和層理厚度上。因此，對于穿越層狀軟巖地層的隧道，采用合理的支護方式和施工方法，對于隧道結構的安全保障有著重要意義。

在層狀軟巖的支護技術方面，眾多國內外學者進行了大量的研究。張俊儒、仇文革通過現場監測、模型試驗及理論分析，研究了傾斜層狀泥巖中隧道的支護措施，結果表明，在隧道拱腰加密安設垂直于巖層面的長錨管，可以有效轉移偏壓荷載，充分利用圍巖的自承載能力。夏彬偉通過物理模型實驗對毛洞、常規錨桿和加長錨桿模型的圍巖應力分布進行了研究，并對不同長度錨桿加固下層狀圍巖的力學效應進行了分析，結果表明經錨桿加固的圍巖形成“壓應力場”，有效改善了圍巖內部受力狀態。孫曉明、張國鋒等針對深部傾斜巖層巷道圍巖在開挖支護后表現出的非對稱變形破壞現象，對其變形破壞機制及耦合控制對策進行了數值模擬與工程應用研究。提出了非對稱耦合控制對策，利用錨索、底角錨桿等對產生差異性變形破壞的關鍵部位進行加強支護，從而達到控制巷道非對稱變形目的。盡管如此，現今我國大部分穿越層狀軟巖的隧道中，所采取的支護技術仍有不足：

1.目前的襯砌支護參數大多仍按照統一設計，在層狀軟巖地層，襯砌結構會承受非對稱荷載，在垂直于層理面的方向襯砌結構會承擔更大的圍巖荷載，該部位的支護結構更容易發生破壞；

2.目前國內外隧道支護結構設計的方法仍以工程類比經驗設計法為主，但是從安全性和經濟性的角度來看，這種設計的方法并不合理；

3.在層狀軟巖地層中，圍巖易發生較大的變形，而現今支護體系對于這一問題仍舊選擇以支護結構硬抗為主，一味增大支護參數，極大的增加了施工的成本。

發明內容

本實用新型的目的是要解決現有技術中存在的不足，提供一種施工簡單高效、經濟合理、能夠應對隧道在層狀地層中受到非對稱荷載問題的安全有效的層狀軟巖隧道非對稱支護結構。

為達到上述目的，本實用新型是按照以下技術方案實施的：