[发明专利]复合衬砌结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合衬砌结构。

背景技术

复合衬砌结构是隧道中常用的一种结构。复合衬砌结构对隧道围岩起支撑的作用，其构架与隧道形状相同。在隧道施工的过程中，复合衬砌结构支撑开挖后的隧道围岩。随着大规模高速交通隧道和大型水利水电工程的建设，岩土与地下工程日益向深部发展，伴随的地质力学环境愈来愈复杂。我国中、西部地质构造发育的复杂山岭地区的特长交通隧道项目，埋深多在300～1000m。这种深度，在面临高地应力及复杂地质构造带等地层条件下，初期支护极易在围岩挤压作用下产生大变形，二次衬砌的长期稳定性也难以保证。

目前，科研人员在乌鞘岭铁路（公路）隧道、兰渝铁路隧道、十天高速公路隧道等众多软岩大变形隧道建设过程中，对超前大钻孔或导洞应力释放、早高强喷射混凝土支护、多层柔性支护体系的强度及刚度、施工工艺等方面进行了大量的探索和实践。但，仍无法有效避免软岩挤压大变形导致的初期支护变形侵限、挤压破坏引起的耗工费时、具有安全风险的支护拆换和断面扩挖作业等问题。这些问题既大幅增加了工程投资，又减缓了施工进度。而且在长期运营过程中，在不断增长的挤压形变压力作用下，二次衬砌始终处于较高的工作应力状态，使得二次衬砌的长期稳定性及耐久性不断劣化，直接影响其服役性能和使用寿命。因此，挤压大变形地层条件下合理衬砌支护结构的研究具有重要的工程实用价值，关系到能否正确合理地进行地下工程的支护设计及安全性评价。

发明内容

因此，有必要提供一种复合衬砌结构，该复合衬砌结构能适应挤压大变形，有效改善地下工程支护体系施工过程中的挤压大变形受力状态及提高长期运营过程中不断增长的挤压形变压力作用下二次衬砌的稳定性。

一种复合衬砌结构，其包括一初期支护、一缓冲层及一二次衬砌，所述初期支护、缓冲层及二次衬砌一次层叠设置构成一拱形结构，缓冲层设置于二次衬砌与初期支护之间；所述初期支护包括一外层初期支护及一内层初期支护层叠设置，外层初期支护设置于内层初期支护的外围，紧贴围岩面设置；所述内层初期支护包括多个型钢拱架及喷射混凝土层，多个型钢拱架嵌在喷射混凝土层中，其中，每个型钢拱架由多节型钢和至少一个形变部组成，形变部连接相邻的两节型钢，所述内层初期支护进一步包括多个高压缩混凝土预制块嵌在喷射混凝土层中，多个形变部与多个高压缩混凝土预制块单元在拱形结构的长度方向上交替设置构成一形变单元。

相较于现有技术，本发明所提供的复合衬砌结构，外层初期支护仰拱不封闭，有较大的变形释放空间；内层初期支护设置于隧道内后，在围岩挤压形变压力作用下，高压缩混凝土预制块、多个形变部受内、外层初期支护中的喷射混凝土层及型钢拱架传递的挤压形变压力，由于高压缩混凝土预制块可适应较大的压缩变形，其破坏形式为延性破坏，形变部适应较大的压缩变形，其破坏形式为弹塑性破坏，从而在变形可控的前提下通过有效释放挤压大变形而释放围岩压力，避免现有复合式衬砌支护中挤压大变形导致的初期支护变形侵限、挤压破坏引起的支护拆换和断面扩挖作业等问题；设置于二次衬砌与初期支护之间的缓冲层，可通过压缩变形释放围岩压力，改善现有支护条件下挤压地层中二次衬砌较高的工作应力状态，有效提高地下工程中二次衬砌结构的长期稳定性及耐久性。

附图说明

图1为本发明第一实施例所提供的复合衬砌结构的横截面示意图。

图2为本发明第一实施例提供的包括一形变单元的内层初期支护的平面示意图。

图3为沿图2中III-III线的剖面示意图。

图4为沿图2中IV-IV线的剖面示意图。

图5为本发明第一实施例中的复合衬砌结构中的高压混凝土单元的受力示意图。

图6为本发明第一实施例提供的复合衬砌结构在施工过程中的横向剖面示意图。

图7为本发明第一实施例提供的复合衬砌结构在施工过程中纵向剖面示意图。

图8为本发明第二实施例提供的包括形变单元的内层初期支护的平面示意图。

图9为沿图8中IX-IX线的剖面示意图。

图10为沿图8中X-X线的剖面示意图。

图11为沿图8中XI-XI线的剖面示意图。

主要元件符号说明