[实用新型]一种季节冻土极软弱隧道受温多层锚固自平衡支护体系

说明书

本实用新型公开了一种季节冻土极软弱隧道受温多层锚固自平衡支护体系，主要涉及隧道支护体系技术领域。包括建立于隧道内壁的平衡框架，所述平衡框架包括内层框架、中层框架和外层框架，所述内层框架和外层框架之间设有间隙，所述中层框架上固定有多个扭矩自平衡弹簧架，所述平衡框架的两帮和拱顶均安设防护锚杆，所述防护锚杆贯穿平衡框架且锚杆的外露端设有拱形托盘和受温金属质连铸结晶器，所述平衡框架的拱顶设置注浆锚杆和锚索。本实用新型的有益效果在于：它克服了现有寒区季节性冻土隧道在受温、受力耦合作用下支护技术的不足，解决了力温耦合作用下极软弱围岩隧道的安全隐患。

技术领域

本实用新型涉及隧道支护体系技术领域，具体是一种季节冻土极软弱隧道受温多层锚固自平衡支护体系。

背景技术

目前，我国有一半以上的面积属于寒区，主要分布在西部和东北地区，近年来国家级大型基础建设，如南水北调西线工程、青藏铁路、西气东输、西部油气田的开采和输油管道的铺设等都将迎来建设的高峰期，相应的交通网也从东部向西部和北部扩展，建设隧道是优化线路，缩短里程的必要选择。但目前国内外很多寒区隧道都发生了严重的冻害问题，例如日本29％的铁路隧道、34.4％的公路隧道、国内东北和西北地区超过33座隧道、青藏铁路80％的路段均存在不同程度的冻害情况。可见如果不考虑冻害的作用，隧道将会产生严重的损害，威胁行车安全，给国家造成巨大的经济损失。

基于上述寒区隧道冻害问题的高发，以及继续修建寒区铁路的建设需求，使对寒区工程的研究成为行业重点。这类隧道容易出现衬砌冻胀开裂、酥碎、剥落、挂冰、道床冒水、积水及结冰等一系列病害，特别是冬季受低温影响，围岩冻胀变形失稳情况严重。

为解决冻害问题，结合国内隧道工程受温和受力支护问题的现状，目前主要形成以“联合支护理论”和“松动圈理论”为代表的多个隧道支护学派，为隧道(巷道)支护理论的研究做出了重要贡献。但是，上述理论所基于的地质条件以及环境条件的设定较为单一化，不但没有考虑到温度变化的影响，而且也没有将实际建设中，隧道所处工程地质条件的复杂性和对象的多样性考虑在内，使目前较多隧道设计只能停留在经验的工程类比基础上，无法形成统一的理论和支护体系，难以指导实际的工程建设。尤其是对于季节性冻土和极软弱围岩隧道的特殊底层，支护难度非常大，且随着隧道断面尺寸的增加，拱顶永久支护前不稳定且易塌落，支护效果大打折扣。上述问题的存在严重制约着季节冻土区隧道工程的建设。亟需建立能够切实可行的指导性体系的研发。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种季节冻土极软弱隧道受温多层锚固自平衡支护体系，它克服了现有寒区季节性冻土隧道在受温、受力耦合作用下支护技术的不足，使支护体系能够提高对抗季节性降温的环境变化以及极软弱围岩地质条件的能力，实现极软弱围岩隧道在降温后对隧道冻胀和受压支护的自平衡，解决了力温耦合作用下极软弱围岩隧道的安全隐患。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

包括建立于隧道内壁的平衡框架，所述平衡框架包括内层框架、中层框架和外层框架，相邻的所述内层框架、中层框架和外层框架之间均设有间隙，所述中层框架上设有多个扭矩自平衡弹簧架，所述扭矩自平衡弹簧架预设回弹力势能的连接在内层框架和外层框架上，所述平衡框架的两帮和拱顶均安设防护锚杆，所述防护锚杆固定在中层框架上，且锚杆的外露端固定有拱形的托盘和受温金属质连铸结晶器，所述托盘和受温金属质连铸结晶器设置于外层框架和隧道内壁之间，所述平衡框架的拱顶设置注浆锚杆和锚索。

所述内层框架、中层框架、和外层框架均由建立在隧道内表面的柔性网和钢筋梯托梁构成，所述外层框架为非连续框架。

所述扭矩自平衡弹簧架包括球形架和弹簧，所述球形架为中空的球形壳体结构，所述弹簧为三根且呈切向固定在球形架上，任意所述弹簧预拉受力方向的夹角为60度，所述球形架固定连接于中层框架上，所述弹簧远离球形壳体的一端在预设回弹力势能的状态下固定在内层框架或外层框架上。

自平衡支护体系施工步骤包括：