[發明專利]一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構及其使用方法

在審

• 申請號: 202110265350.0
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112901231A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 鄒文浩;馬偉斌;張金龍;付兵先;郭小雄;劉喆;李堯;馬超鋒;安哲立;趙鵬;徐湉源;杜曉燕;王志偉;牛亞彬;柴金飛;許學良;程愛君;趙洪勇
• 申請（專利權）人: 中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所;中國鐵道科學研究院集團有限公司
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00;E21D11/10;E21D20/00;E21D20/02
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 吳慧

1.一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，所述隧道包括隧道輔助洞室(1)和隧道正洞(2)，其特征在于：所述隧道輔助洞室(1)的支護結構為噴錨式支護結構，隧道正洞(2)的支護結構包括噴錨式支護結構和鋼筋混凝土支護結構(8)，所述噴錨式支護結構包括混凝土支護結構(3)和錨桿(4)，混凝土支護結構(3)沿隧道軸向分布，錨桿(4)的一端連接在隧道圍巖中，錨桿(4)的另一端連接在混凝土支護結構(3)中。

2.如權利要求1所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，其特征在于：所述隧道支護結構還包括超前支護結構(10)，超前支護結構(10)為超前錨桿或超前支護結構(10)為超前小導管或超前支護結構(10)為超前鋼管棚，超前錨桿的一端插接在掌子面前方的地層中，超前錨桿的另一端連接在掌子面上；

3.如權利要求2所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，其特征在于：所述超前小導管和超前管棚以一定外插角等間距分布在隧道掌子面外輪廓，超前小導管和超前管棚的一端插接在掌子面前方的隧道圍巖中，超前小導管和超前管棚的另一端通過鋼拱架連接在混凝土支護結構(3)中。

4.如權利要求2或3所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，其特征在于：所述錨桿(4)包括機械式預應力錨桿、化學式預應力錨桿和自進式錨桿，機械式預應力錨桿適用于一般地質區段和巖爆區段，化學式預應力錨桿適用于一般地質區段和高地應力軟巖區段，自進式錨桿適用于巖體破碎、成孔性差的區段。

5.如權利要求4所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，其特征在于：所述機械式預應力錨桿包括漲殼式錨固頭(51)、桿體Ⅰ(52)和墊板Ⅰ(53)，桿體Ⅰ(52)的一端與漲殼式錨固頭(51)連接，桿體Ⅰ(52)的另一端與墊板Ⅰ(53)連接，漲殼式錨固頭(51)連接在隧道圍巖中，墊板Ⅰ(53)連接在混凝土支護結構(3)中。

6.如權利要求4所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，其特征在于：所述化學式預應力錨桿包錨固端(61)、桿體Ⅱ(62)和墊板Ⅱ(64)，錨固端(61)與桿體Ⅱ(62)連接，墊板Ⅱ(64)連接在桿體Ⅱ(62)的另一端，錨固端(61)連接在隧道圍巖中，墊板Ⅱ(64)連接在混凝土支護結構(3)中，桿體Ⅱ(62)通過將錨固端(61)中的樹脂或水泥卷捅破漿液流出粘接在隧道圍巖中。

7.如權利要求5所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，其特征在于：所述漲殼式錨固頭(51)包括沖轉型漲殼式錨固頭，沖轉型漲殼式錨固頭包括漲殼內楔Ⅰ(511)和漲殼夾片Ⅰ(512)，漲殼內楔Ⅰ(511)的一端連接在桿體Ⅰ(52)上，漲殼夾片Ⅰ(512)連接在漲殼內楔Ⅰ(511)的另一端。

8.如權利要求5所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，其特征在于：所述漲殼式錨固頭(51)還包括推拉型漲殼錨固頭，所述推拉型漲殼錨固頭包括漲殼內楔Ⅲ(517)、漲殼夾片Ⅲ(518)和U型卡(519)，漲殼內楔Ⅲ(517)的一端連接在桿體Ⅰ(52)上，漲殼夾片Ⅲ(518)連接在漲殼內楔Ⅲ(517)的另一端，U型卡(519)卡接在漲殼夾片Ⅲ(518)的另一端的端部。

9.如權利要求4所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，其特征在于：所述自進式錨桿包括鉆頭(91)、桿體Ⅲ(92)和墊板Ⅲ(93)，桿體Ⅲ(92)的一端與鉆頭(91)連接，桿體Ⅲ(92)的另一端與墊板Ⅲ(93)連接，鉆頭(91)連接在隧道圍巖中，墊板Ⅲ(93)連接在混凝土支護結構(3)中。

10.一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構的使用方法，其特征在于：基于權利要求1至9任意一項所述的一種基于圍巖變形主動控制的隧道支護結構，所述使用方法包括：

a.在隧道輔助洞設置噴錨式支護結構，噴錨式支護結構包括混凝土支護結構和錨桿，錨桿一端與混凝土支護結構連接，錨桿另一端伸入到圍巖中，混凝土支護結構為噴射纖維混凝土；對于有防水要求的區段，在混凝土支護結構中設置防水涂層；

b.錨桿包括桿體和錨固頭或錨固端，桿體上涂覆有用于防腐的防護層；對于一般地質區段，桿體為精軋螺紋鋼筋或低合金高強結構鋼管；對于巖爆區段，桿體為精軋螺紋鋼筋、低合金高強結構鋼管或合金鋼鋼管；對于高地應力軟巖區段，桿體為精軋螺紋鋼筋、低合金高強結構鋼管或高強預應力鋼絲束；

c.對于一般地質區段和高地應力軟巖區段，錨固端為快凝早強的樹脂類藥卷錨固劑或者早強型水泥基藥卷錨固劑；對于巖爆區段，錨固頭為漲殼式錨固頭，漲殼式錨固頭可分為推拉型和沖轉型兩類；對于巖體破碎、成孔性差的區段，錨固頭為鉆頭；

d.在隧道輔助洞室洞掌子面前方采取超前支護結構，超前支護結構為超前錨桿或超前小導管或超前鋼管棚，超前錨桿的一端插接在掌子面前方的地層中，超前錨桿的另一端連接在掌子面上；超前小導管和超前管棚以一定外插角等間距分布在隧道掌子面外輪廓，超前小導管和超前管棚的一端插接在掌子面前方的隧道圍巖中，超前小導管和超前管棚的另一端通過鋼拱架連接在混凝土支護結構(3)中；

e.對于隧道正洞，在噴錨式支護結構的基礎上，在所述混凝土支護結構外側覆蓋有鋼筋混凝土支護結構，鋼筋混凝土支護結構由鋼筋和模筑混凝土組成，鋼筋外表面涂覆納米滲鋅層，納米滲鋅層的厚度為20-120μm；所述模筑混凝土為免振搗混凝土。