[发明专利]一种适用于隧道快速修复及大变形隧道的柔性支护系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及隧道支护系统，特别涉及一种适用于既有隧道支护结构快速修复及大变形隧道初期支护的新型柔性支护系统。

背景技术

隧道的开挖将引起围岩应力重分布和围岩变形，隧道支护后，围岩应力发生二次重分布，支护结构将承受一定的围岩压力，并与围岩一起发生位移。支护结构承受的围岩压力及位移不仅与地层条件有关，也有支护结构的性能有关。在活性断层、膨胀性和挤压性地层以及高地应力软岩地区，由于岩层地质条件差，围岩自稳能力弱，隧道开挖后，围岩将发生较大的变形，工程经验表明采用常规刚性支护往往不能有效控制隧道周边位移，由于刚性支护无法发挥支护整体刚度，从而导致局部钢架的屈曲和破坏。

目前常用于既有隧道支护结构修复的措施有喷射混凝土、刚性钢架支护、模筑衬砌及锚杆支护。上述既有措施存在以下问题：采用喷射混凝土修复，一段时间后容易出现混凝土剥落，影响隧道的通行安全；喷射混凝土、模筑衬砌以及锚杆的施工过程繁琐，施工时间长，效果有限且成本较高，同时对隧道运营的影响也较大；刚性钢架虽然具有拼装速度快，宜于安全的特点，但是钢架自身抗变形能力较弱，较大外部荷载下钢材本身易发生屈服，且由于隧道结构面的不平整，钢架在工厂预制时无法保证与围岩面或既有结构面密贴，从而无法整体受力，往往由于接触不均匀，作用于钢架的集中荷载，使钢架结构局部产生屈曲，进而整体结构丧失承载力，故其对持续变形既有隧道结构的支护能力有限。因此，如何利用钢架快速安装优势的同时，使其具备承受较大变形的能力，同时保证结构在承载荷载期间整体刚度不变，是解决持续既有隧道结构快速修复问题的关键问题。

同样，在活性断层、膨胀性和挤压性地层以及高地应力软岩地区，隧道开挖后围岩将向洞内净空发生持续的大变形。为了控制围岩发生过大变形，目前施工中常采取喷射混凝土、超长锚杆、钢拱架、超前支护(超前锚杆、超前小导管及超前管棚)、注浆加固等支护措施综合治理。注浆与超前支护的作用在于改善围岩力学性能，增强围岩的自稳能力；喷射混凝土、超长锚杆作为柔性支护，可以一定程度地限制围岩向洞内变形侵入，而钢拱架作为刚性支护，可提供刚性支撑和主动支护力，进一步限制围岩变形。以上措施在一些工程中的应用取得了较好的效果。然而，在大变形现象非常严重的地段，钢拱架在较大围岩形变压力下发生屈服，承载力大幅度下降，此时钢拱架无法提供刚性支撑以控制围岩的变形。因此，如何使钢架在较大围岩荷载下具备一定的变形能力以释放部分荷载，同时保证钢架的整体刚度，确保不会发生钢架局部屈曲失稳，是围岩大变形控制措施的关键因素。

发明专利内容

本发明专利所要解决的技术问题是提供一种适用于隧道快速修复及大变形隧道的柔性支护系统，以在保持支护系统整体刚度的同时，使之具备抵抗较大变形的能力，且具有安装快速、安全、承载力高及可变形范围大的特点。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种适用于隧道快速修复及大变形隧道的柔性支护系统，其特征是它包括：钢架，架设于喷射混凝土层或者衬砌结构之外，横截面呈U型，其开口端朝向喷射混凝土层或者衬砌结构表面；灌浆织物软管，设置于钢架开口端与喷射混凝土层或者衬砌结构之间，其内灌注浆料使灌浆织物软管密实填充喷射混凝土层或者衬砌结构与钢架之间的空隙；钢筋网，挂设于喷射混凝土层或者衬砌结构表面外。

本发明的有益效果是，该支护系统不仅能提供快速的刚性支撑和主动支护力，而且当支护结构承受的荷载较大时，调节钢架与拱部钢架及拱墙钢架在连接位置发生相对滑动，从而可以通过预设计的变形释放部分应力，同时避免了钢材本身屈服而导致支护系统承载力大幅度下降；灌浆织物软管使钢架与衬砌之间接触密实以便于荷载的迅速转移，并使钢架受力更加均匀以避免局部应力过大而屈曲，同时防止U型钢架沿隧道纵向发生滑移；支护系统主要由预制钢构件组装而成，具有安装快速、安全、承载力高及可变形范围大等特点。

附图说明

本说明书包括如下六幅附图：

图1是本发明一种适用于隧道快速修复及大变形隧道的柔性支护系统的断面图，适用于既有隧道修复；

图2是本发明一种适用于隧道快速修复及大变形隧道的柔性支护系统的局部剖视图；

图3是本发明一种适用于隧道快速修复及大变形隧道的柔性支护系统中钢架构成方式示意图，适用于既有隧道修复；

图4是本发明一种适用于隧道快速修复及大变形隧道的柔性支护系统中调节钢架节段的安装方式示意图；