[发明专利]用于控制隧道围岩变形破坏的防护结构及支护体系及方法

说明书

本发明公开了用于控制隧道围岩变形破坏的防护结构及支护体系及方法，防护结构包括间隔设定距离设置的两个压板，两个压板之间固定有缓冲减震装置，缓冲减震装置与两个压板固定为一体结构，该结构设于两段隧道围岩支护体系之间且两个压板分别与一段隧道围岩支护体系连接，本发明通过上层刚性的压板、中层柔性的气囊和弹簧、下层刚性的压板的设置，实现刚柔结合的支护体系，满足了在松散土质、上软下硬、富水软弱和胀缩性土质等软弱破碎地质条件下隧道建设的安全需要；支护体系不仅可以减少隧道掌子面上覆的土压力、减小拱顶和地表沉降以及提高围岩自稳能力，降低了施工成本和难度，且施工工艺简单易于施工人员操作，提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及用于控制隧道围岩变形破坏的防护结构及支护体系及方法。

背景技术

在松散土质、上软下硬、富水软弱和胀缩性土质等软弱破碎地质条件下修建隧道工程，如果不能有效地控制隧道围岩初期的变形和稳定性，将对隧道工程建设及其周边环境造成极其不利影响，严重者导致隧道围岩失稳破坏，危及工作者自身安全与建设的有序进行。松散土质、上软下硬、富水软弱和胀缩性土质等软弱破碎地质地区隧道围岩具有变形量大、变形速度快、变形规律无常，受周围自然环境和人为环境因素影响较大等特点，隧道工程中已有的隧道初期支护结构，即通过常规注浆或增加临时钢支撑等结构控制围岩变形，对于特殊复杂地质地区的围岩变形规律的适用性有待改善，一方面，这些方法只能起到临时作用，对于控制围岩变形的能力较小，有时不得不采用回填、大管棚+地表注浆相结合的方式改善围岩自稳能力重新开挖，这就大大增加了建设成本与建设风险；另一方面，开挖初期，隧道围岩会有一个自稳变形的过程，单纯的通过常规支护阻挡围岩变形，会造成初支结构受力过大，不利于施工安全，也增加了初支结构预算。常规支护结构无法满足控制该复杂地区的隧道围岩变形稳定，例如大拱脚结构虽然可以减少隧道掌子面上覆的土压力、减小拱顶和地表沉降以及提高围岩自稳能力，但是大拱脚结构无法满足随着围岩变形而自由改变，从而造成隧道支护结构的不均匀沉降变形；注浆加固虽然可以实现隧道支护结构的可变形性，但是其加固范围相对较小、而且作用时间较短、提高隧道围岩自稳能力有限、控制地表沉降的效果一般，不能有效形成加固范围，从而可靠性降低；而且注浆加固所使用的浆液是否与该地区的岩土介质产生物理或化学变化也是考虑因素之一。

综上所述，为控制隧道围岩自身变形破坏及其对既有构筑物和周边环境的扰动，保障隧道建设自身安全与建设区域自然环境，提升常规隧道初期支护结构的能力，需要研发适用于松散土质、上软下硬、富水软弱和胀缩性土质等软弱破碎地质条件下控制隧道围岩变形破坏且可适度伸缩变形的新型支护结构是非常有必要，具有重要的理论意义和实际应用价值。

中国专利201010563717.9公开了一种隧道软弱围岩支护方法及支护结构。通过施力装置对初支钢架施加背离围岩的预应力并同时对围岩施加背离初支钢架的预应力。该方法可以使围岩能够及时提供主动支护，一定程度上减少围岩应力的释放。但预应力的施加限制了隧道开挖初期围岩的自稳变形，不能充分利用围岩的自承能力，增加了初支体系的受力，不利于运营期结构安全。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了用于控制隧道围岩变形破坏的防护结构及支护体系及施工方法，该支护体系能够有效地控制松散土质、上软下硬、富水软弱和胀缩性土质等软弱破碎地质条件下隧道围岩变形，提高隧道支护结构自身稳定性，节省支护结构投入成本，保证隧道施工人员安全和隧道建设的有序进行。

具体技术方案如下：

用于控制隧道围岩变形破坏的防护结构，包括间隔设定距离设置的两个压板，两个压板之间固定有缓冲减震装置，缓冲减震装置与两个压板固定为一体结构，该结构设于两段隧道围岩支护体系之间且两个压板分别与一段隧道围岩支护体系连接；两个压板均为钢板，通过缓冲减震装置支撑上部压板的上下滑动，当隧道围岩变形较大时，压缩气囊以减缓支护结构的变形，以此控制围岩稳定性。