[发明专利]用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构

说明书

技术领域

本发明属于隧道交通工程技术领域，具体涉及一种用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构。

背景技术

我国有大量铁路隧道建设项目，其中大变形围岩条件下隧道的设计与施工问题困扰着广大隧道建设者，这些隧道通常表现为围岩变形量大，容易发生坍塌等安全事故；变更设计多，投资难以控制；施工进度缓慢，严重制约工程的工期等。

选择正确的支护理念，充分利用围岩自身强度，可以达到安全、经济的支护效果。隧道支护方法大体可分为刚性支护、柔性支护、刚柔结合支护等。对于大变形围岩条件下的隧道支护，一味地追求加强刚度是难以奏效的，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护。对大变形围岩条件下隧道支护宜采用刚柔结合，前期放，释放围岩压力，以减轻支护结构上的荷载；后期抗，在围岩产生一定变形后，以大刚度的支护结构抵抗围岩的压力，确保隧道安全，并满足净空要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，避免由于隧道变形量大导致初期支护（钢拱架）变形、错台、扭曲，以至于发生坍塌事故等，提高隧道建设过程中的安全性。

本发明所采用的技术方案为：

用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，包括隧道开挖轮廓线内的钢拱架，其特征在于：

钢拱架的节段之间设置有受压阻尼器；

隧道围岩内环周设置有多个受拉锚杆，受拉锚杆端部通过受拉阻尼器固定于钢拱架的翼缘。

受压阻尼器两端端部通过垫板和螺栓与相邻钢拱架节段相固定。

受拉锚杆端部通过垫板和螺栓与受拉阻尼器一端相固定，受拉阻尼器另一端通过垫板和螺栓与钢拱架翼缘相固定。

本发明具有以下优点：

一、初期支护完成后的初期，通过锚杆和受拉阻尼器对钢拱架的约束，使其在大变形条件下对围岩变形达到边扛边放的效果。

二、围岩变形的发展过程中，通过受压阻尼器使钢拱架能协调变形，确保钢拱架自身不产生变形、错台、扭曲等，初期支护主体结构不破坏，避免对初期支护的拆换。

三、围岩变形达到设计值时，受拉阻尼器和受压阻尼器将对钢拱架提供约束，提高钢拱架的整体刚度和初期支护的整体稳定性，确保隧道安全,并满足净空要求。

附图说明

图1为初期支护的断面图。

图2为图1中的A部初始状态大样图。

图3为图1中的A部稳定状态大样图。

图4为图1中的B部初始状态大样图。

图5为图1中的B部稳定状态大样图。

图中，1-隧道开挖轮廓线，2-钢拱架初始状态中心线，3-钢拱架稳定状态中心线，4-隧道中心线，5-受拉锚杆，6-受压阻尼器，7-受拉阻尼器，8-二次衬砌钢筋混凝土，9-钢拱架，10-螺栓，11-垫板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的一种用于大变形围岩条件下隧道的消能支护结构，包括隧道开挖轮廓线内的钢拱架9，钢拱架9内侧铺涂二次衬砌钢筋混凝土8。钢拱架9的节段之间设置有受压阻尼器6。隧道围岩内环周设置有多个受拉锚杆5，受拉锚杆5端部通过受拉阻尼器7固定于钢拱架9的翼缘。各部件的数量由隧道开挖面积、开挖方式和受力情况综合确定，钢拱架9的长度由开挖线确定。

受压阻尼器6两端端部通过垫板11和螺栓10与相邻钢拱架9节段相固定，确保受压阻尼器6与钢拱架9共同受力。受拉锚杆5端部通过垫板11和螺栓10与受拉阻尼器7一端相固定，受拉阻尼器7另一端通过垫板11和螺栓10与钢拱架9翼缘相固定，确保受拉锚杆5、受拉阻尼器7和钢拱架9共同受力。

施工过程如下：

在隧道开挖轮廓线1内侧施工受拉锚杆5，长度3-10m，自由端深入隧道变形的塑性区，端头与受拉阻尼器7通过垫板11和螺栓10连接，受拉阻尼器7的初始长度为L1。

受拉锚杆5和受拉阻尼器7施工完成后，沿钢拱架初始状态中心线2施工钢拱架，受拉阻尼器7另一端与钢拱架9翼缘通过垫板11和螺栓10连接，分段的钢拱架9之间通过垫板11和螺栓10用受压阻尼器6连接，受压阻尼器6的初始长度为Y1。

在围岩压力的作用下，受拉阻尼器7初始长度为L1，逐渐被拉长，受压阻尼器6初始长度为Y1，逐渐被压短，一方面对围岩提供抗力，进一步发挥受拉锚杆5的锚固作用，另一方面保证钢拱架9的协调性和完整性前提下，使钢拱架9向隧道内侧收缩，以进一步释放围岩压力。