[发明专利]一种适用于地下隧洞的高强约束混凝土支护体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于地下隧洞的高强约束混凝土支护体系。

背景技术

随着隧道建设规模和速度的迅猛发展，对交通运输不断提出更新、更高的要求，极大地促进了交通基础设施建设规模的逐步扩大和高速公路建设的迅猛发展，公路隧道的建设无论在数量上还是在规模上均有一个较大的提高。可以预见未来几十年内，一大批具有“大断面、大埋深、高应力、长洞线、软弱破碎”等鲜明特点的隧道即将在复杂地质条件下修建，大跨度隧道软弱破碎围岩下的安全及稳定问题愈发突出，超大断面隧道软弱围岩破坏控制机理及支护对策亟待进行深入研究。

软弱破碎围岩的大变形控制是目前软岩隧道工程面临的一大技术难题。隧道穿越软弱破碎围岩时，开挖扰动必然会引起较大的围岩变形，如果支护承载力不足，围岩变形可能超过其容许范围，严重时引起掌子面失稳、隧道塌方，造成重大经济损失。在大断面、破碎围岩隧道支护中，传统的工字钢拱架、格栅钢架支护方式，无法对围岩进行有效控制，造成支护成本过高、围岩失稳风险增大、施工和运行安全系数过低等问题。

目前急需一种能够对大断面、破碎围岩进行有效控制的新型高强支护体系。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种适用于地下隧洞的高强约束混凝土支护体系，本发明具有钢材的高强和延性以及混凝土耐压和造价低廉的优点，可以满足我们控制隧道围岩变形的要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于地下隧洞的高强约束混凝土支护体系，包括多榀约束混凝土拱架，所述约束混凝土拱架支撑隧道围岩，沿隧道依次排布，相邻的约束混凝土拱架之间通过纵向连接机构连接，形成支撑体系；所述支撑体系在围岩侧和隧道侧布设有若干层钢筋网，在支撑体系与钢筋网上喷射有混凝土喷层。

进一步的，所述约束混凝土拱架为钢管内充填核心混凝土结构的拱形支架，根据隧道的侧压力系数的不同，约束混凝土拱架的截面形状不同。

优选的，截面包括方形和圆形，方形截面惯性矩较大，抗弯性能好；圆形截面钢管对核心混凝土约束效果较好，轴压性能较好，一般来说，圆钢约束混凝土适用于侧压力系数在0.8-1.2之间的圆形截面隧道以及侧压力系数在1-1.5之间的三心圆截面隧道，其余条件下可选用方钢约束混凝土。

进一步的，所述约束混凝土拱架由多节钢管拼接组成，钢管之间通过节点连接，所述节点为法兰连接方式，每节钢管间通过焊接的法兰盘并利用螺栓进行连接，在法兰盘和钢管连接处四周焊接多块加劲肋，对节点连接薄弱处进行加强。

进一步的，所述约束混凝土拱架由多节钢管拼接组成，钢管之间通过节点连接，所述节点为连接件，所述连接件包括两个环形钢元件，所述环形钢元件通过铰链连接，两节钢管折叠时铰链闭合，利用卡簧进行位置固定。

进一步的，所述约束混凝土拱架拱腿处设置伸缩结构，可有效减小地面超挖，方便整榀拱架安装时，拱腿可到达指定位置。

进一步的，所述约束混凝土拱架的钢管内部填充有核心混凝土。核心混凝土分为普通混凝土和钢纤维混凝土，具体选择根据现场具体情况确定，混凝土强度等级为C20-C70之间，同时添加一定比例泵送剂和早强剂，约束混凝土拱架易于灌注、强度提高迅速，并可根据现场围岩条件来调整凝结时间，让轴压强度达到最终强度的80％以上。

进一步的，所述约束混凝土拱架在灌浆口处设有补强结构，灌浆口补强结构包括侧弯钢板补强、开口钢板补强和/或周边钢板补强。钢板厚度与拱架钢管壁厚比值为0.5-4，钢板长度为灌注口直径的1.2-3倍。通过补强降低应力集中程度，提高极限承载力。

进一步的，所述约束混凝土拱架上设置有肋板，肋板焊设在拱架内外两侧，肋板长度超出拱架宽度10mm-200mm，肋板高度高于拱架平面5mm-100mm肋板间距在500mm-30000mm之间。肋板能够增加拱架与混凝土喷层接触面积，提高拱架与喷层的相互作用力，增加拱架和混凝土的粘结性和整体性。

进一步的，所述纵向连接机构，为纵向连接筋，焊接在两榀约束混凝土拱架之间，且在不同的约束混凝土拱架靠围岩侧和靠隧道侧交替焊接，可以在围岩侧和隧道侧均焊接纵向连接筋。

优选的，所述纵向连接机构为纵向连接杆，连接钢筋的一端配有螺纹，在约束混凝土拱架安装前与约束混凝土拱架上接口连接，连接钢筋另一端有突起，在约束混凝土拱架拼装时插入到前一榀已经拼装的约束混凝土拱架对应位置的接口，倒楔形卡环自动固定，连接两榀约束混凝土拱架。