[發明專利]一種多級吸能式隧道支護結構及其施工方法

在審

• 申請號: 202111640277.7
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114320414A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 胡忠經;王雨佳;楊碩;王存;馮圓成;何鑫;馬一鳴;劉相錦;趙陽
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21D21/00
• 分類號: E21D21/00;E21D20/02;E21D11/15;E21D11/14;E21D11/10;E21D11/18
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 方琦

本發明公開了一種多級吸能式隧道支護結構及其施工方法，包括有讓壓錨桿、玄武巖纖維格柵、吸能式泡沫?纖維噴射混凝土層和多級吸能式鋼架，所述的多級吸能式鋼架包括有吸能式鋼拱架外環、多級吸能環和吸能式鋼拱架內環，所述多級吸能環安裝在吸能式鋼拱架外環與吸能式鋼拱架內環之間，所述的吸能式泡沫?纖維噴射混凝土層位于玄武巖纖維格柵和吸能式鋼拱架外環之間，所述的讓壓錨桿的一個端部與玄武巖纖維格柵固定連接。本發明通過讓壓錨桿、玄武巖纖維格柵、吸能式泡沫?纖維噴射混凝土層、多級吸能式鋼架等吸能、消能結構，實現多級吸能、控制圍巖變形，對于高地應力隧道、巷道支護領域具有重要的現實意義和推廣價值。

技術領域

本發明涉及隧道、巷道支護技術領域，尤其涉及一種多級吸能式隧道支護結構及其施工方法。

背景技術

隨著我國交通行業的發展，深埋隧道的建設數量越來越多。深埋隧道面臨的最大問題是高地應力問題，隧道開挖后，地應力重分部，地應力作用下巖體向臨空面發展，根據圍巖強度等級不同呈現不同程度的大變形、巖爆等災害，危急施工人員生命安全。同時，高地應力隧道變形周期長，施工期甚至運營期會導致支護結構、主題結構變形過大，嚴重情況下，影響隧道正常運營。但是，圍巖有一定自穩能力，充分發揮圍巖自穩能力，有助于降低支護成本，提升工程建設的經濟效益。

考慮到高地應力圍巖應力釋放機制及大變形機理的復雜性，為實現多級有序釋放圍巖壓力，控制圍巖變形，研發一種多級吸能式隧道支護結構及其施工方法。

發明內容

本發明目的是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種多級吸能式隧道支護結構及其施工方法，本發明通過讓壓錨桿、玄武巖纖維格柵、吸能式泡沫-纖維噴射混凝土層、多級吸能式鋼架等吸能、消能結構，實現多級吸能、控制圍巖變形，對于高地應力隧道、巷道支護領域具有重要的現實意義和推廣價值。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種多級吸能式隧道支護結構，包括有讓壓錨桿、玄武巖纖維格柵、吸能式泡沫-纖維噴射混凝土層和多級吸能式鋼架，所述的多級吸能式鋼架包括有吸能式鋼拱架外環、多級吸能環和吸能式鋼拱架內環，所述多級吸能環安裝在吸能式鋼拱架外環與吸能式鋼拱架內環之間，所述的吸能式泡沫-纖維噴射混凝土層位于玄武巖纖維格柵和吸能式鋼拱架外環之間，所述的讓壓錨桿的一個端部與玄武巖纖維格柵固定連接。

所述的多級吸能環是通過三層半圓形高強鋼材制成的，多級吸能環分別與吸能式鋼拱架內環和吸能式鋼拱架外環焊接連接。

所述的玄武巖纖維格柵的網格尺寸為15×25mm。

所述的吸能式泡沫-纖維噴射混凝土層采用的纖維為3~5mm短切玄武巖纖維，吸能式泡沫-纖維噴射混凝土層的厚度為30~45mm。

所述的多級吸能式鋼架的拼接方式采用雙側吸能式鋼拱架拼接鋼板加連接螺栓的形式連接，每側4顆連接螺栓。

所述的讓壓錨桿包括讓壓錨桿螺栓、讓壓錨桿托盤、讓壓錨桿吸能彈簧、讓壓錨桿擋板和讓壓錨桿桿體，讓壓錨桿托盤、讓壓錨桿擋板在中心開孔后套至讓壓錨桿桿體，讓壓錨桿吸能彈簧套于讓壓錨桿托盤、讓壓錨桿擋板中間，讓壓錨桿螺栓與讓壓錨桿桿體通過螺紋連接，讓壓錨桿與所述的玄武巖纖維格柵采用咬合方式連接，通過讓壓錨桿吸能彈簧與玄武巖纖維格柵的變形吸收圍巖變性能且有足夠剛度限制圍巖變形。

所述的讓壓錨桿吸能彈簧采用高強鋼材制成的，所述讓壓錨桿桿體采用中空式注漿桿體。

所述的多級吸能式鋼架沿隧道方向間距1.0~1.5m布置。

一種多級吸能式隧道支護結構的施工方法，具體包括如下步驟：

步驟一：根據地質勘查資料、圍巖揭露情況確定隧道支護結構參數和設計參數；

步驟二：開展支護結構設計，包含讓壓錨桿角度、長度、注漿參數、間距、多級吸能式鋼架分塊數量、間距、玄武巖纖維格柵的網格尺寸、吸能式泡沫-纖維噴射混凝土層的配合比、厚度及纖維摻量；