[發(fā)明專利]一種高性能鋼管混凝土隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法

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• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN116291548A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭小紅;晁峰;高文元;劉星;張佳;王滕;郭建濤;劉醫(yī)碩;李晶閣;劉超;王晉;張宇奇;王鴻儒;饒邦政
• 申請（專利權(quán)）人: 中建工程產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司;中國建筑土木建設(shè)有限公司
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/18;E21D11/22;E21D11/10;E21D21/00
• 代理公司: 北京艾緯鉑知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 16101
• 代理人: 梁倩

本發(fā)明公開了一種高性能鋼管混凝土隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法，該高性能鋼管混凝土隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括：環(huán)形的鋼拱架和若干錨定組件；所述鋼拱架為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)灌注有混凝土；所述鋼拱架通過若干錨定組件固定在軟巖隧洞壁；所述鋼拱架包括若干鋼管和可壓縮連接節(jié)點；若干鋼管通過可壓縮連接節(jié)點順序連接組成環(huán)形結(jié)構(gòu)；所述可壓縮連接節(jié)點的長度可調(diào)，進(jìn)而實現(xiàn)位于可壓縮連接節(jié)點兩端的兩個鋼管之間的距離可調(diào)。本發(fā)明適用于軟巖大變形地質(zhì)條件的隧道臨時支護(hù)，具備剛度大、易加工、相對輕量、不易失穩(wěn)，整體變形協(xié)調(diào)能力強等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道及地下工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能鋼管混凝土隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)

軟巖按照時間和空間尺度有兩種表述。第一種表述是指構(gòu)成巖質(zhì)地下環(huán)境的低強度巖石，其具有可塑性、膨脹性、崩解性、流變性、受到擾動影響大等特性。第二種表述是指在工程力學(xué)作用下具有顯著變形特征的工程巖體，其一般是在遭受斷層、破碎帶、節(jié)理、裂隙、高應(yīng)力、風(fēng)化作用、地下水等的影響下形成。軟巖由于其自身的強度低、變形大和演化過程趨于劣化的地質(zhì)特性，決定了其在隧道施工中可能面臨的大變形、巖爆、突水突泥、坍塌等災(zāi)害的發(fā)生，是隧道界所面臨的工程難題。

就2010年之前的軟巖隧道事故統(tǒng)計可知，軟弱圍巖隧道施工事故主要分為三類：①洞口塌方，占事故總量的20％；②掌子面變形塌方，占事故總量的33％；③掌子面后塌方，占事故總量的47％。由此可知，隧道開挖后的支護(hù)是軟巖隧道施工中的需要控制的關(guān)鍵位置。

軟弱隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)包含超前支護(hù)、初期支護(hù)和二次支護(hù)。超前支護(hù)又稱為輔助工法，其主要目的是為了控制隧道掌子面以及前方超前變形，保證掌子面的穩(wěn)定、隧道和周圍環(huán)境的安全。初期支護(hù)負(fù)責(zé)軟巖隧道洞身的及時支撐，原則上需要承擔(dān)所軟弱圍巖壓力，一般常由錨桿、噴射混凝土、鋼拱架和鋼筋網(wǎng)組成。二次襯砌一般在初期支護(hù)變形穩(wěn)定后進(jìn)行注模施作，一般作為隧道的安全儲備。從中可知，隧道施工過程中的期支護(hù)不僅僅只是施工過程中承擔(dān)軟巖變異和壓力的臨時支撐結(jié)構(gòu)，而是作為永久結(jié)構(gòu)的一部分，是隧道施工安全和質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

初期支護(hù)中的鋼拱架是隧道即時支護(hù)的核心，軟巖在開挖之后的自穩(wěn)定時間很短，噴射混凝土和錨桿遠(yuǎn)不能提供初期的支護(hù)抗力，為了保護(hù)圍巖的變形和隧道內(nèi)的安全，因此需要采用具有較大支護(hù)剛度的鋼拱架。鋼拱架需要具備以下功能：①強度大、剛度高和便于安裝；②與混凝土的裹挾度好，能夠協(xié)調(diào)變形作為噴射砼的環(huán)形構(gòu)造鋼筋，相互補強；③與隧道設(shè)計斷面接觸耦合良好，保證斷面形狀。然而。現(xiàn)階段應(yīng)用于軟巖大變形隧道中的鋼拱架存在以下缺點：①自重大、加工和安裝不變；②與混凝土的結(jié)合不好，噴射混凝土由于鋼拱架的遮擋不能充填其與圍巖之間的空隙；③工字鋼在應(yīng)對高地應(yīng)力條件容易失穩(wěn)導(dǎo)致支護(hù)失效；④鋼拱架的整體剛度過大，圍巖發(fā)揮自持作用受限，不符合新奧法的支護(hù)理念。

綜上所述，現(xiàn)如今鋼架在應(yīng)對軟巖隧道施工支護(hù)并不是理想的結(jié)構(gòu)形式。此時，需要設(shè)計研發(fā)一種全新的支護(hù)結(jié)體系。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高性能鋼管混凝土隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法，適用于軟巖大變形地質(zhì)條件的隧道臨時支護(hù)，具備剛度大、易加工、相對輕量、不易失穩(wěn)，整體變形協(xié)調(diào)能力強等優(yōu)勢。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種高性能鋼管混凝土隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括：環(huán)形的鋼拱架和若干錨定組件；

所述鋼拱架為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)灌注有混凝土；所述鋼拱架通過若干錨定組件固定在軟巖隧洞壁；

所述鋼拱架包括若干鋼管和可壓縮連接節(jié)點；若干鋼管通過可壓縮連接節(jié)點順序連接組成環(huán)形結(jié)構(gòu)；所述可壓縮連接節(jié)點的長度可調(diào)，進(jìn)而實現(xiàn)位于可壓縮連接節(jié)點兩端的兩個鋼管之間的距離可調(diào)。

進(jìn)一步的，所述可壓縮連接節(jié)點包括兩個接頭端板M、彈簧、預(yù)應(yīng)力螺栓端頭、鎖緊螺母及橡膠套；