[发明专利]隧道让压支护装置

说明书

本发明提供了一种隧道让压支护装置，属于隧道工程技术领域，该装置连接于环形钢架接头处，与钢架及喷射混凝土共同组成隧道支护结构，包括上套管、下套管、承载力调节机构和多级让压可缩结构，通过设置相互滑动插接的上套管和下套管，围岩荷载作用于上套管上，通过承载力调节机构对多级让压可缩结构的挤压，调节承载力调节机构的承载力范围，使多级让压可缩结构受载后产生多级缩进并实现多级让压和多级恒阻。本发明提供的隧道让压支护装置，适用于大变形隧道，解决钢架因承受荷载过大发生破坏，从而降低支护承载能力的技术问题，实现让压可缩支护的同时，具有支护阻力可调节、多级让压和多级恒阻的功能，有效控制让压时机和让压量的技术效果。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，更具体地说，是适用于大变形隧道，且与支护钢架环形连接使用的一种隧道让压支护装置。

背景技术

随着我国铁路及公路建设的持续快速发展，挤压性围岩大变形隧道工程不断涌现。挤压性围岩是隧道工程建设中的一种典型不良地质，是指在高地应力条件下，隧道周边一定范围内易产生显著塑性变形或流变的岩体，具有高地应力、低强度、强流变的显著特征。挤压性围岩隧道施工中，极易产生大变形现象，具有变形量大、变形速率高、持续时间长的显著变形特征，如施工控制不良，极易出现变形侵限、塌方，甚至二次衬砌破坏失稳现象，使施工变形控制十分困难，施工风险极高。同时由于挤压性围岩的显著流变特性，也为后期运营带来巨大安全隐患。

为解决隧道围岩大变形问题，当前常用的方法是采用刚性支护，即一味的增加喷射混凝土厚度、增大钢拱架和锚杆的刚度，虽然抑制了围岩的变形，但是承载力变大，应力集中显著，围岩内部能量无法释放，也不够经济有效，所以这种方法未能有效解决大变形控制问题。为应对挤压大变形问题，支护方式也从“强支硬抗”的刚性支护向分层支护转变，即分两层或者多层喷射混凝土，根据围岩变形情况分期施工，从而达到柔性支护的目的。采用分层支护时，通过柔性支护协调变形，释放围岩应力，减小支护应力，达到控制大变形的作用，但分层支护刚度及时机很难把握。如第一层支护刚度过小会导致变形太大或支护破坏，第一层支护刚度过大会导致围岩应力释放受阻，第二层支护不及时会导致发生变形侵限或塌方事故。

随着对挤压大变形问题的研究，基于围岩能量吸收、能量耗散的理念，以及充分发挥围岩自承能力的要求，一种让压支护的形式逐渐被应用。让压支护是指在一定的支护抗力下，支护结构尺寸具有可变性以释放围岩应力，控制围岩塑性区范围，并且能够在完成让压过程后进行强支护，是一种比较合理的支护方式。钢架是支撑围岩的最为有效的手段，广泛应用在大变形隧道中，一般钢架采用刚性连接，在大变形发生后会随着变形的持续增大而发生扭曲甚至剪切破坏，极大的降低了初期支护的承载能力。针对钢架的这一问题，国内外也进行了可伸缩钢架的研制，如采用U形钢架和可缩接头，虽然有一定的可伸缩量，但是不能有效的控制伸缩量的范围、也不能控制钢架的极限承载能力对钢架进行有效的保护。根据以上问题，需要一种新式隧道让压支护装置，通过内置的让压结构实现既控制围岩变形又释放围岩应力的目的，根据设计阶段预测确定让压量和可控的恒阻荷载，并在让压过程结束后恢复刚性承载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道让压支护装置，旨在实现支护可伸缩、支护阻力可调节、多级让压和多级恒阻，有效控制让压时机和让压量的技术效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种隧道让压支护装置，置于环形钢架接头处，包括：

上套管，上端用于连接上部钢架、下端开口，围岩荷载传递至所述上套管上；

下套管，下端用于连接下部钢架、上端开口，所述上套管与所述下套管相互滑动插接；

承载力调节机构，固设于所述上套管内部，适于承载围岩荷载且承载力范围可调节；以及

多级让压可缩结构，固设于所述下套管内部，所述承载力调节机构适于挤压所述多级让压可缩结构，所述多级让压可缩结构受载后产生多级缩进并实现多级让压和多级恒阻。