[發(fā)明專利]用于TBM施工軟巖大變形隧洞的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112832812A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 池建軍;隋世軍;楊凡;孫強;張嘉琦;姚燁;閆玉亮;張立洪;王漢明;孫毅
• 申請（專利權(quán)）人: 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司
• 主分類號: E21D11/04
• 分類號: E21D11/04;E21D11/08;E21D11/10
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

本發(fā)明公開了一種用于TBM施工軟巖大變形隧洞的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)，復(fù)合支護結(jié)構(gòu)由內(nèi)層的預(yù)制混凝土管片襯砌層、中間的柔性泡沫板層以及外層的豆礫石塑性砂漿結(jié)石層組成，柔性泡沫板層粘貼于預(yù)制混凝土管片襯砌層上，豆礫石塑性砂漿結(jié)石層為通過預(yù)制混凝土管片上的預(yù)留孔向預(yù)制混凝土管片襯砌層及柔性泡沫板層外側(cè)吹填豆礫石和灌注塑性水泥砂漿形成的結(jié)構(gòu)層。解決了TBM施工軟巖大變形隧洞因較大形變壓力需要大幅增加管片厚度、強度和配筋量的問題，同時解決了預(yù)制混凝土管片襯砌承受不均勻圍巖形變壓力帶來的管片局部應(yīng)力集中開裂以及發(fā)生錯臺的問題，改善了預(yù)制混凝土管片襯砌結(jié)構(gòu)整體受力條件，提高了襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和洞室的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種隧洞的支護結(jié)構(gòu)，尤其是一種用于TBM(巖石掘進機)施工軟巖大變形隧洞的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

軟巖大變形問題是隧洞支護設(shè)計的難點問題，尤其是TBM(巖石掘進機)施工的軟巖大變形隧洞，圍巖大變形帶來的形變壓力往往較大，直接影響隧洞管片支護結(jié)構(gòu)強度和配筋量，加大工程投資；同時不均勻的形變壓力還會導(dǎo)致隧洞管片結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂和形成錯臺，進而影響洞室安全。為抵抗軟巖大變形帶來的圍巖形變壓力，確保洞室穩(wěn)定，通常采取的措施是增加管片厚度和強度，提高管片配筋量，特殊情況下采取在管片內(nèi)側(cè)增加環(huán)向和橫向鋼支撐的措施，但這些措施均存在一定的缺點：

①增加管片厚度和強度、提高管片配筋量可提高支護結(jié)構(gòu)抗力，相應(yīng)地也直接增加工程投資；另外剛性管片對于不均勻形變壓力適應(yīng)性較差，可能存在局部受力較小部位的支護結(jié)構(gòu)浪費以及局部應(yīng)力集中部位的破壞現(xiàn)象。

②在管片內(nèi)側(cè)增加環(huán)向和橫向鋼支撐對提高支護抗力，保持洞室穩(wěn)定有較為明顯的作用，但會侵占洞內(nèi)空間，對施工造成干擾，同時影響永久運行期工程的規(guī)模和效益的發(fā)揮。

因此，亟需一種兼顧經(jīng)濟性、適應(yīng)性和可靠性的支護結(jié)構(gòu)來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種經(jīng)濟可靠的適用于TBM施工軟巖大變形隧洞的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)。

為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于TBM施工軟巖大變形隧洞的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)，復(fù)合支護結(jié)構(gòu)由內(nèi)層的預(yù)制混凝土管片襯砌層、中間的柔性泡沫板層以及外層的豆礫石塑性砂漿結(jié)石層組成，柔性泡沫板層粘貼于預(yù)制混凝土管片襯砌層上，豆礫石塑性砂漿結(jié)石層為通過預(yù)制混凝土管片上的預(yù)留孔向預(yù)制混凝土管片襯砌層及柔性泡沫板層外側(cè)吹填豆礫石和灌注塑性水泥砂漿形成的結(jié)構(gòu)層。

所述預(yù)制混凝土管片襯砌層是通過洞外運入的預(yù)制混凝土管片在洞內(nèi)拼裝而成，預(yù)制混凝土管片的外側(cè)粘貼柔性泡沫板。

所述柔性泡沫板為聚乙烯板、聚氨酯板或泡沫鋁板，厚度為3～10cm，密度70～500kg/m³，彈性模量100～1000MPa，抗壓強度0.5～5MPa，可壓縮率30％～70％。

所述豆礫石塑性砂漿結(jié)石層變形模量200～1000MPa，抗壓強度1～5MPa，極限應(yīng)變3％～15％。

本發(fā)明的有益效果：解決了TBM施工軟巖大變形隧洞因較大形變壓力需要大幅增加管片厚度、強度和配筋量的問題，同時解決了預(yù)制混凝土管片襯砌承受不均勻圍巖形變壓力帶來的管片局部應(yīng)力集中開裂以及發(fā)生錯臺的問題，改善了預(yù)制混凝土管片襯砌結(jié)構(gòu)整體受力條件，提高了襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和洞室的安全性。本發(fā)明具有制備簡單，施工快速簡便，適應(yīng)性強的特性；同時本發(fā)明巧妙利用了柔性泡沫板和塑性砂漿結(jié)石具有一定的抗壓強度和良好的變形性能的特性，可有效減少圍巖形變壓力，改善預(yù)制混凝土管片襯砌上的應(yīng)力集中，充分發(fā)揮環(huán)形管片襯砌抵抗均勻外壓能力強的特性，經(jīng)濟性好，適應(yīng)性和可靠性強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于TBM施工軟巖大變形隧洞的復(fù)合支護結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2是本發(fā)明中外側(cè)粘貼柔性泡沫板的預(yù)制混凝土管片的立體圖。

具體實施方式