一种软岩大变形隧道衬砌支护结构的制作方法

本实用新型涉及一种支护结构，具体的是涉及一种软岩大变形隧道衬砌支护结构，属于隧道施工工程技术领域。

背景技术：

通常来说，随着我国公路建设的不断发展和延伸，各类地质环境条件的长大深隧道也在逐步增多。特别是西南部的多山地区，越来越多的隧道工程在地震断裂带附近或者穿越断裂带修建，工程条件恶劣，断裂活动频繁，属高烈度、高地应力地区，在片岩、千枚岩、软质黏土层、强风化的凝灰岩、泥岩、破碎带和矿化变质黏土等条件下的围岩中经常发生大变形问题。近年来，软弱围岩区段隧道大变形灾害问题日益突出，主要表现为变形侵限、喷层脱落掉块、支护开裂、钢架扭曲、拱脚失稳、底板隆起，甚至局部地段发生坍塌或二衬开裂现象，不仅严重影响了施工安全和施工质量，同时也对建设工期和投资造成不利影响。目前软岩大变形隧道施工主要依靠加强加密初期支护钢架结构、加大预留变形量及加强二次衬砌结构等工艺措施来克服工程问题，但都没有取得很好的支护效果。

因此，需研制一种可有效实现超前支护、协调让压和整体稳定性较强的软岩大变形隧道衬砌支护结构是解决上述技术问题的关键所在。

技术实现要素：

针对上述背景技术中存在的诸多缺陷与不足，为克服软岩大变形隧道施工经常发生的变形侵限、钢架扭曲、拱脚失稳等问题，本实用新型对此进行了改进和创新，目的在于提供一种结构简单，设计新颖合理，可有效实现超前支护、协调让压和整体稳定的这样一种软岩大变形隧道衬砌支护结构。

本实用新型另一个发明目的是实现可以更加合理的分担初支结构传递的围岩压力的同时也可以实现最佳受力形式抵抗外部软弱围岩变形压力。

为解决上述问题并达到上述的发明目的，本实用新型一种软岩大变形隧道衬砌支护结构是通过采用下列的设计结构以及采用下列的技术方案来实现的：

作为本实用新型一种软岩大变形隧道衬砌支护结构的改进，它包括沿隧道径向由外向内依次设置的隧道系统锚杆(1)、初期支护结构(2)、预留变形量(3)以及二次衬砌结构(4)，其中，隧道系统锚杆(1)沿拱体的初期支护结构(2)外侧环形均匀设置为多个；在初期支护结构(2)与二次衬砌结构(4)之间为预留变形量(3)，预留变形量(3)预留有变形空间，变形空间内间隔设置有若干个缓冲减震结构(5)，缓冲减震结构(5)位于初期支护结构(2)与二次衬砌结构(4)之间。

作为本实用新型上述的改进，所述隧道系统锚杆(1)为组合中空锚杆或是全长粘结型砂浆锚杆或者是组合中空锚杆和全长粘结型砂浆锚杆相互混搭使用。

作为本实用新型上述的进一步改进，所述组合中空锚杆设置于隧道的拱部，所述全长粘结型砂浆锚杆设置于隧道的边墙和仰拱处。

作为本实用新型上述的更进一步改进，所述组合中空锚杆为φ25组合中空锚杆；所述全长粘结型砂浆锚杆为φ22全长粘结型砂浆锚杆或是全螺纹钢筋，其中，砂浆强度不低于m20。

作为本实用新型上述的又进一步改进，所述系统锚杆(1)的长度为3～5m，布置间距为1m×1m。

作为本实用新型上述的再进一步改进，所述初期支护结构(2)由初喷混凝土、型钢钢架及复喷混凝土组成，其中，型钢钢架为圆形全环布置；所述预留变形量(3)按30～105cm考虑，施工时根据现场实际情况适当调整。

作为本实用新型上述的再更进一步改进，所述初喷混凝土厚度为40mm，复喷混凝土厚度为30～35mm；型钢钢架采用热轧hw175型钢或热轧i25b型钢，钢架纵向间距为0.5～0.8m，钢架由多个单元组成，各单元在洞外预制洞内组装，施工时根据实际情况调整单元长度及接头位置。

作为本实用新型上述的又再更进一步改进，所述二次衬砌结构(4)采用c35钢筋混凝土，该钢筋混凝土结构采用变截面椭圆形设计；结构厚度为50～75cm，瓦斯设防地段采用气密性钢筋混凝土。

作为本实用新型上述的又再更加进一步改进，所述缓冲减震结构(5)为复合橡胶弹簧，该复合橡胶弹簧外端与初支钢架焊接，内端距离二次衬砌结构(4)外表面20cm。

作为本实用新型上述的还更加进一步改进，所述复合橡胶弹簧规格直径为150～180mm；于线路两侧各对称布置三组，环向布置间距为1～2m，纵向布置间距与初支钢架一致；在复合橡胶弹簧的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层和聚氨酯防水涂料。

工作原理是：本实用新型一种软岩大变形隧道一般采用三台阶法施工，主要施工工序包括：

(1)进行超前系统锚杆(1)支护施工，分台阶爆破开挖掌子面核心土，并依次施作各台阶周边的初期支护结构(2)：初喷混凝土，架立钢架，钻设径向锚杆，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，期间将缓冲减震结构(5)外端与初期支护钢架焊接固定；

(2)灌筑仰拱与边墙基础，待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充至设计高度；

(3)利用衬砌模板台车一次性灌筑二衬混凝土；

(4)依次循环施工剩余隧道段落，直至整个施工工作完成。

本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是：

1、本实用新型结构简单、构造合理新颖，隧道初期支护型钢钢架采用圆形全环布置，可以最佳受力形式抵抗外部软弱围岩变形压力；二次衬砌钢筋混凝土结构采用变截面椭圆形设计，可以更加合理的分担初支结构传递的围岩压力；初期支护与二次衬砌之间预留变形空间，并在中间隔设置减振弹簧，减振弹簧与初支钢架焊接，正常受力情况下与二次衬砌结构无接触；当初期支护结构变形过大时，减振弹簧受挤压后与二次衬砌接触，此时初支结构与二衬结构联合抗压。采用本实用新型结构可有效实现软岩大变形隧道超前支护、协调让压和整体稳定的设计目的；

2、本实用新型由于在初期支护结构与二次衬砌结构之间设置有缓冲减震结构，从而使得二次衬砌均匀受力，同时其压缩变形可有效降低后期作用在二次衬砌上的压力，确保结构安全，以形成稳定的承载拱，有利于隧道中、下台阶的施工安全；

3、本实用新型结构简单、设计合理且施工简便、施工效率高、使用效果好，能对软岩隧道的隧道洞进行有效支护；

4、缓冲减震结构能很好的通过让压变形吸收部分能量，不用预留变形量，使二次衬砌结构均匀受力避免出现应力集中，保护二次衬砌结构，从而可以防止围岩坍塌对隧道的损坏，有效提高了围岩的整体稳定性，使隧道围岩不容易出现坍塌和渗水，保证施工安全。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型的整体结构示意图。

其中，图中标号：1—隧道系统锚杆，2—初期支护结构，3—预留变形量，4—二次衬砌结构，5—缓冲减震结构。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创造特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型的技术方案作更进一步详细的说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如说明书附图所示的一种软岩大变形隧道衬砌支护结构，它包括沿隧道径向由外向内依次设置的隧道系统锚杆1、初期支护结构2、预留变形量3以及二次衬砌结构4，其中，隧道系统锚杆1沿拱体的初期支护结构2外侧环形均匀设置为多个；在初期支护结构2与二次衬砌结构4之间为预留变形量3，预留变形量3预留有变形空间，变形空间内间隔设置有若干个缓冲减震结构5，缓冲减震结构5位于初期支护结构2与二次衬砌结构4之间。

进一步的，所述隧道系统锚杆1为组合中空锚杆或是全长粘结型砂浆锚杆或者是组合中空锚杆和全长粘结型砂浆锚杆相互混搭使用。

具体的，组合中空锚杆设置于隧道的拱部，所述全长粘结型砂浆锚杆设置于隧道的边墙和仰拱处。

具体的，组合中空锚杆为φ25组合中空锚杆；所述全长粘结型砂浆锚杆为φ22全长粘结型砂浆锚杆或是全螺纹钢筋，其中，砂浆强度不低于m20。

进一步的，系统锚杆1的长度为3～5m，布置间距为1m×1m。

进一步的，初期支护结构2由初喷混凝土、型钢钢架及复喷混凝土组成，其中，型钢钢架为圆形全环布置；所述预留变形量3按30～105cm考虑，施工时根据现场实际情况适当调整。

具体的，初喷混凝土厚度为40mm，复喷混凝土厚度为30～35mm；型钢钢架采用热轧hw175型钢或热轧i25b型钢，钢架纵向间距为0.5～0.8m，钢架由多个单元组成，各单元在洞外预制洞内组装，施工时根据实际情况调整单元长度及接头位置。

进一步的，二次衬砌结构4采用c35钢筋混凝土，该钢筋混凝土结构采用变截面椭圆形设计；结构厚度为50～75cm，瓦斯设防地段采用气密性钢筋混凝土。

进一步的，缓冲减震结构5为复合橡胶弹簧，该复合橡胶弹簧外端与初支钢架焊接，内端距离二次衬砌结构4外表面20cm。

具体的，复合橡胶弹簧规格直径为150～180mm；于线路两侧各对称布置三组，环向布置间距为1～2m，纵向布置间距与初支钢架一致；在复合橡胶弹簧的外表面上均从内至外依序喷涂有注塑层和聚氨酯防水涂料。

综上所述，本实用新型更为具体的实施方式是：

上述设计结构的一种软岩大变形隧道衬砌支护结构在进行使用之前，需要将其进行制作并加以安装作为备用。

制作安装时，如图1所示，一种软岩大变形隧道衬砌支护结构，主要由隧道系统锚杆、初期支护结构、预留变形量、二次衬砌结构和缓冲减震结构组成，缓冲减震结构为减震弹簧，隧道初期支护型钢钢架采用圆形全环布置，二次衬砌钢筋混凝土结构采用变截面椭圆形设计，初期支护与二次衬砌之间预留变形空间并在其中间隔设置减振弹簧，可有效实现超前支护、协调让压和整体稳定的设计目的。其中，系统锚杆拱部采用φ25组合中空锚杆，边墙、仰拱采用φ22全长粘结型砂浆锚杆(全螺纹钢筋)，砂浆强度不低于m20；系统锚杆长度为3～5m，布置间距为1m×1m(环向×纵向)；初期支护结构由初喷混凝土、型钢钢架及复喷混凝土组成，其中初喷混凝土厚度为40mm，复喷混凝土厚度为30～35mm，型钢钢架采用热轧hw175型钢或热轧i25b型钢，钢架纵向间距为0.5～0.8m，钢架由多个单元组成，各单元在洞外预制洞内组装，施工时根据实际情况调整单元长度及接头位置；预留变形量按30～105cm考虑，施工时根据现场实际情况适当调整；二次衬砌结构采用c35钢筋混凝土，结构厚度为50～75cm，瓦斯设防地段采用气密性钢筋混凝土；减振弹簧采用复合橡胶弹簧，规格直径为150～180mm；弹簧设置于初期支护与二次衬砌之间，于线路两侧各对称布置3组，环向布置间距为1～2m，纵向布置间距与初支钢架一致；弹簧外端与初支钢架焊接，内端距离二次衬砌表面20cm。

按照上述的加工安装完成后，即可进行使用，使用时，本实用新型一种软岩大变形隧道一般采用三台阶法施工，主要施工工序包括以下步骤：

(1)进行超前系统锚杆1支护施工，分台阶爆破开挖掌子面核心土，并依次施作各台阶周边的初期支护结构2：初喷混凝土，架立钢架，钻设径向锚杆，铺设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，期间将缓冲减震结构5外端与初期支护钢架焊接固定；

(2)灌筑仰拱与边墙基础，待仰拱混凝土初凝后，灌注仰拱填充至设计高度；

(3)利用衬砌模板台车一次性灌筑二衬混凝土；

(4)依次循环施工剩余隧道段落，直至整个施工工作完成。

最后，需要说明的是，以上对本实用新型所提供的一种软岩大变形隧道衬砌支护结构进行了详细介绍，本文中对本实用新型的原理进行了描述，以上工作原理的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。