一种适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构的制作方法

本发明涉及隧道建设工程施工，尤其涉及一种适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构。

背景技术：

1、随着我国交通基础建设的不断发展，在地质环境恶劣、高地应力、软弱围岩地区建设的长隧道工程越来越多。目前，面临高地应力隧道大变形问题，其常规有效的变形控制措施为增大边墙部位开挖半径及钢架曲率，改善结构受力状态，抵抗围岩水平应力。与此同时，在大变形段通常采用“圆形”或“椭圆形”断面形式，该结构形式以压应力为主，不易形成应力集中，断面整体受力效果较好，对围岩的稳定性有利。但上述“圆形”断面也存在着空间利用率低、施工成本高、衬砌模板台车需要重新制作且洞内拼装难度大、围岩变形存在尺寸效应等诸多缺点。

2、基于以上问题，考虑结构受力和施工成本，在隧道不同大变形段的“圆形”、“椭圆形”断面形状基础上，以及保证隧道净空前提下，隧道大变形段均统一施作“椭圆形”二次衬砌层，并在二次衬砌层和初期支护层之间形成离壁式衬砌空间，利用玄武岩纤维复合泡沫填充层对离壁式衬砌空间进行填充，使得初期支护层与二次衬砌层之间形成具有轻质、可塑、吸能特性的玄武岩纤维复合泡沫填充层填充层，以改善结构受力，有效控制隧道变形。

技术实现思路

1、本发明针对现有大变形段施工方案的不足公开了一种适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构。本发明的目的是提供一种施工成体低、施工难度小、绿色环保、成本低廉、易于扩展、并能有效保证施工质量和安全的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构，其特征在于：复合结构包括初期支护层、玄武岩纤维复合泡沫填充层和二次衬砌层；

4、在高地应力大变形隧道开挖过程中，在围岩表面喷射一层混凝土，混凝土凝固后形成所述初期支护结构；

5、在保证隧道净空前提下，在初期支护的外侧进行二次衬砌，并在二次衬砌和初期支护之间形成离壁式衬砌空间；

6、利用玄武岩纤维复合泡沫对离壁式衬砌空间进行填充，在初期支护与二次衬砌之间形成玄武岩纤维复合泡沫填充层。

7、进一步所述玄武岩纤维复合泡沫由粉煤灰10-25wt％、玄武岩纤维0.1-3wt％、余量聚氨酯硬泡混合制成。所述聚氨酯硬泡是聚醚与聚合mdi制成的混合物。所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，所述玄武岩纤维长度为10-20mm。

8、进一步所述初期支护层采用喷c30早高强纤维混凝土，混凝土厚度针对一级、二级和三级变形均喷25～27cm，针对四级极严重变形加喷混凝土厚度共25～27cm加21cm。

9、所述玄武岩纤维复合泡沫填充层厚度针对一级为10～15cm、二级为15～20cm、三级为20～30cm；针对四级极严重变形设置两层玄武岩纤维复合泡沫填充层，第一层为20～30cm、第二层为10cm。

10、所述二次衬砌层采用浇筑钢筋混凝土结构，厚度针对一级为45cm、二级为50cm、三级为55cm、四级为60cm。

11、本发明在高地应力大变形隧道开挖过程中，在围岩上喷射一层混凝土，待混凝土凝固后形成所述初支结构；保证隧道净空前提下，在初支结构的外侧进行二次衬砌，并在二次衬砌和初支结构之间形成离壁式衬砌空间；利用玄武岩纤维复合泡沫对离壁式衬砌空间进行填充，使得初期支护与二次衬砌之间形成具有轻质、可塑、吸能特性的玄武岩纤维复合泡沫填充层，以改善结构受力，有效控制隧道变形。

12、面临高地应力隧道大变形问题，其常规有效的变形控制措施为增大边墙部位开挖半径及钢架曲率，改善结构受力状态，抵抗围岩水平应力，但此方法同时也存在着空间利用率低、施工成本高、衬砌模板台车需要重新制作且洞内拼装难度大、围岩变形存在尺寸效应等诸多缺点。

13、本发明旨在保证隧道净空前提下，于隧道大变形段在传统二次衬砌和初支结构之间新增加一层具有轻质、可塑、吸能特性的玄武岩纤维复合泡沫填充层，以改善结构受力，有效控制隧道变形。此外，玄武岩纤维复合泡沫为聚氨酯硬泡、粉煤灰、玄武岩纤维材料制备得到的一种高性能复合材料，改善了聚氨酯硬泡强度低、韧性差、吸能效率低等缺点，具有优良的防水、保温和防腐性能，以及工艺简单易行、绿色环保、成本低廉、易于扩展等多项优点。

14、本发明针对高地应力隧道大变形施工难点提供一种施工成体低、施工难度小、绿色环保、成本低廉、易于扩展、并能有效保证施工质量和安全的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构。

技术特征：

1.一种适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构，其特征在于：复合结构包括初期支护层、玄武岩纤维复合泡沫填充层和二次衬砌层；

2.根据权利要求1所述的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构，其特征在于：所述玄武岩纤维复合泡沫由粉煤灰10-25wt％、玄武岩纤维0.1-3wt％、余量聚氨酯硬泡混合制成。

3.根据权利要求2所述的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构，其特征在于：所述聚氨酯硬泡是聚醚与聚合mdi制成的混合物。

4.根据权利要求2所述的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构，其特征在于：所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，所述玄武岩纤维长度为10-20mm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构，其特征在于：所述初期支护层采用喷c30早高强纤维混凝土，混凝土厚度针对一级、二级和三级变形均喷25～27cm，针对四级极严重变形加喷混凝土厚度共25～27cm加21cm。

6.根据权利要求1至4任一项所述的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构，其特征在于：所述玄武岩纤维复合泡沫填充层厚度针对一级为10～15cm、二级为15～20cm、三级为20～30cm；针对四级极严重变形设置两层玄武岩纤维复合泡沫填充层，第一层为20～30cm、第二层为10cm。

7.根据权利要求1至4任一项所述的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构，其特征在于：所述二次衬砌层采用浇筑钢筋混凝土结构，厚度针对一级为45cm、二级为50cm、三级为55cm、四级为60cm。

技术总结
本发明公开了一种适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构。复合结构包括初期支护层、玄武岩纤维复合泡沫填充层和二次衬砌层；在高地应力大变形隧道开挖过程中，在围岩表面喷射一层混凝土，混凝土凝固后形成所述初期支护结构；在保证隧道净空前提下，在初期支护的外侧进行二次衬砌，并在二次衬砌和初期支护之间形成离壁式衬砌空间；利用玄武岩纤维复合泡沫对离壁式衬砌空间进行填充，在初期支护与二次衬砌之间形成玄武岩纤维复合泡沫填充层。本发明针对高地应力隧道大变形施工难点提供一种施工成体低、施工难度小、绿色环保、成本低廉、易于扩展、并能有效保证施工质量和安全的适用于高地应力大变形隧道的离壁式吸能衬砌复合结构。

技术研发人员：王强,孙志强,高峰,谢旭智,范道林,陈涛,周红组,贺国龙,王红力,孙慕楠,刘毅,赵铭,李信,王杰,罗维
受保护的技术使用者：中国水利水电第七工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14