[发明专利]适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构及其施工方法

权利要求书

1.适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，其特征在于：包括超前支护，隧道钢拱架和锚喷网联合支护；所述的超前支护包括有多个垂直打设于掌子面上的掌子面纤维锚杆、多节超前小导管支护和注浆加固区域，掌子面纤维锚杆和超前小导管均打设于掌子面后待开挖隧道围岩区域，且多个掌子面纤维锚杆完全覆盖掌子面，每节超前小导管支护由多根超前小导管组成且沿隧道开挖方向的搭接长度不小于1m或1/4L_导管，所述的L_导管为导管长度，每节超前小导管支护即多根超前小导管打设于隧道掌子面拱部上120°范围内，所述的注浆加固区域为对掌子面纤维锚杆和超前小导管设置区域的掌子面围岩进行注浆形成的区域，将注浆浆液注入围岩中，依靠注浆压力使浆液向围岩的裂隙扩散形成注浆加固区域；所述的相邻掌子面纤维锚杆之间的间距为200mm，掌子面纤维锚杆打设长度为L，H为掌子面开挖高度，为计算摩擦角，为围岩摩擦角，c为围岩内聚力，p为隧道开挖出围岩竖向应力，所述的相邻超前小导管之间的环向间距为200mm，外插角度即超前小导管与水平面的角度大于0°且小于所述的隧道钢拱架靠近围岩的翼缘板其上端面上均加焊弧形钢垫板，所述的弧形钢垫板与翼缘板的弯曲弧度一致且紧贴加焊于对应翼缘板的上端面上，所述的弧形钢垫板的宽度大于翼缘板宽度。

2.根据权利要求1所述的适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，其特征在于：所述的掌子面纤维锚杆选用直径为22mm的超长纤维锚杆。

3.根据权利要求1所述的适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，其特征在于：所述的超前小导管为φ42mm热轧无缝钢管，长度为L_导管，其中，k为经验系数，根据碎屑片岩地层施工经验，k取值范围为2.0-3.0。

4.根据权利要求1所述的适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，其特征在于：所述的弧形钢垫板的宽度为钢拱架翼缘板宽度的2-4倍。

5.根据权利要求1所述的适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，其特征在于：所述的弧形钢垫板超出翼缘板宽度的部分上开设有穿孔，所述的多个超前小导管的端部穿入弧形钢垫板的穿孔内且焊接在弧形钢垫板上。

6.根据权利要求1所述的适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，其特征在于：所述的锚喷网联合支护包括有系统锚杆、喷射混凝土层和金属网，所述的钢拱架、金属网均设置于喷射混凝土层中，所述的系统锚杆采用中空注浆锚杆，相邻系统锚杆之间的间距为1-1.2m，系统锚杆采用梅花形布置，系统锚杆实际打设长度为L_锚杆，L_锚杆＝(1.5-2)l_锚杆，l_锚杆为理论计算锚杆长度，r₀为隧道开挖半径，为围岩摩擦角，p为围岩压力。

7.根据权利要求6所述的适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，其特征在于：所述的喷射混凝土层为C25喷射混凝土层，喷射混凝土层的厚度为27cm。

8.根据权利要求6所述的适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构，其特征在于：所述的金属网的钢筋其直径为6-12mm，钢筋之间的间距为200-400mm。

9.根据权利要求1所述的适用于碎屑片岩地层深埋隧道组合支护结构的施工方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

(1)、首先对掌子面后待开挖隧道围岩区域打设掌子面纤维锚杆，以超过掌子面极限破坏范围，掌子面纤维锚杆垂直打设于掌子面上且在掌子面上为梅花形布置结构，保证前方围岩的稳定性，然后在隧道拱部上120°范围内打设一节超前小导管支护；

(2)、每根超前小导管的端部穿入弧形钢垫板的穿孔内且焊接在弧形钢垫板上，使得围岩、超前小导管和已开挖隧道的钢拱架形成一个整体，协同受力；

(3)、掌子面纤维锚杆及超前小导管打设过程中同时对掌子面围岩进行注浆加固，注浆压力不小于1MPa，通过钻孔，将注浆浆液注入围岩中，依靠注浆压力使浆液向围岩的裂隙扩散，使围岩形成一个加固带，从而提高围岩的整体性；

(4)、隧道开挖的同时施做钢拱架，钢拱架为工字钢焊接形成，在工字钢上部的翼缘板其上端面上加焊弧形钢垫板，能更好的保护和稳固围岩，保证施工安全；

(5)、装配锚喷网联合支护，锚喷网联合支护的金属网和喷射混凝土层能有效控制锚喷网联合支护的系统锚杆间的石块掉落。