[实用新型]用于大变形地层的隧道支护结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道支护结构，尤其是一种用于大变形地层的隧道支护结构。

背景技术

隧道是一种修建在地下的工程结构物，被广泛地应用于交通、矿山、水利及国防等领域。目前的隧道，通常采用新奥法施工，支护结构为复合式衬砌结构，沿隧道环向包括拱顶、仰拱及两侧边墙，沿隧道径向包括外侧的初期支护、内侧的二次衬砌以及位于初期支护和二次衬砌之间的防水层。

新奥法施工的核心为充分发挥围岩的自承能力。进一步的讲，要求P_支=P_地-P_放-P_自，其中，P_支为支护结构的支护力；P_地为地层使围岩向临空面位移的合力，包括重力、水作用力、膨胀力、构造应力、工程偏力；P_放为以变形的形式转化的工程力，也即塑性能以变形的方式释放；P_自为围岩的自承力，由围岩本身强度分担。施工时，在洞室开挖后及时施作初期支护，初期支护本身具有一定的柔性和变形特性，因而能在开挖后及时有效地控制和调整围岩应力的重分布，最大限度的保护岩体结构和力学特性，使得围岩与初期支护在共同变形的过程中取得自身稳定，充分利用围岩的自承能力；复合式衬砌结构的二次衬砌采用钢筋混凝土结构，承受后期围岩压力，要使P_支最小，则应使P_放、P_自同时达到最大。过早施作二次衬砌，围岩的自承能力并未达到最佳状态，进而使得二次衬砌承受更大的围岩压力；拖后施作二次衬砌，则会影响初期支护的稳定性，因此，复合式衬砌结构的二次衬砌通常要求在初期支护稳定后及时施作；但在实际施工过程中，可能遇到各种地质灾害，使得实际的施工条件更为复杂。

隧道工程围岩的变形破坏主要有岩爆、坍塌和大变形。其中隧道围岩大变形，由于围岩的变形量值特别大，洞壁位移后往往侵入模注混凝土衬砌净空，使施工处理十分困难，因此在各类地质灾害中，是一类容易造成施工困难、毁坏施工设备、延误工期、增加工程成本的地质灾害。国内外学者，针对隧道围岩大变形进行了不少的探索工作，但由于研究者们仅从各自的角度开展隧道围岩大变形问题的研究，其研究成果有一定的局限性，因此，目前还没有就围岩大变形形成一致的和明确的定义。但根据隧道围岩大变形的破坏形式，可以将其理解为：在隧道工程中，由软弱岩体构成的围岩，在高地应力、地下水或自身膨胀性能的作用下，其自承能力丧失或部分丧失，产生具有累进性和明显时间效应的塑性变形且变形得不到有效约束的现象。

针对围岩大变形的施工，目前的基本方针是管超前、严注浆、短进尺、强支护、紧封闭、勤量测。但大变形地段的围岩，初期来压快，变形量大，不加控制会发生坍塌，而刚性支护不能适应大变形，将很快被压坏。具体的讲，支护体刚度大于围压刚度，围岩膨胀性能量不能转化为变形能释放，而施加在支护体，形成过载破坏；支护体刚度小于围岩刚度，围岩产生的过量变形得不到限制，将其承担的荷载传递到支护体，形成过载破坏；围岩的变形并非均匀的变形，非均匀的荷载作用在等强的支护体上，形成局部过载破坏，导致支护体失稳。

针对上述问题，目前提出了一种解决思路，其是在二次衬砌和初期支护之间填充一层高分子弹性材料，为围岩一个变形释放空间，并通过U型钢架及二次衬砌使得该变形释放空间是一个可控的变形释放空间，如专利号为200910062525.7、发明名称为高地应力软岩卸压施工方法的发明专利。上述专利，其具体的施工步骤是：A、锚喷支护施工，锚喷支护施工必须紧跟掌子面，清除危岩；B、泡沫板挂设，进行聚苯乙烯泡沫板挂设施工；C、仰拱开挖及U型钢架设，衬砌成环，对钢架间隙进行喷射混凝土复喷；D、仰拱回填，U型钢架设完成后，进行仰拱回填施工，对混凝土进行养护；E、防水隔离层施工，在隧道收敛速率趋于稳定后，进行防水隔离层施工：F、二次衬砌施工，在防水隔离层施工完成后，进行二次衬砌施工；G，预应力锚索施工，通过现场放样，确定锚索孔位以及钻孔方向，对孔位位置进行清理。但上述专利的实际使用效果欠佳，具体如下所述：

首先，在其步骤B和C的实施过程中，围岩及初期支护均在持续的变形，当变形较大且变形释放空间较小时，可能侵入U型钢架的安装空间，进而限制U型钢架的安装；当变形较大且变形释放空间也较大时，初期支护可能已经产生破坏。