一种黄土隧道支护系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种黄土隧道支护系统，包括若干个紧密排列的组合结构拱架，每个组合结构拱架均包括翼板和空心管，空心管安装在翼板内侧，在空心管内灌注有管内混凝土；相邻的组合结构拱架之间灌注有模筑混凝土；组合结构拱架沿环向分为拱顶支架、拱腰支架、拱脚支架和拱底支架，各支架采用承插式连接，连接紧密无缝隙。组合结构拱架、管内混凝土和模筑混凝土三部分共同作用，提高了隧道初期支护的承载能力。该支护系统结合了钢材与混凝土的优点，能够有效地使二者合二为一，形成具有更高刚度和高强度的组合结构，混凝土由于受到钢材的包裹，使其处于三向受压状态，更有利于强度的发挥。

A support system of Loess Tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种黄土隧道支护系统
本技术属于隧道支护结构
，尤其涉及一种黄土隧道支护系统。
技术介绍
黄土隧道现阶段常用的初期支护结构形式为型钢拱架和喷射混凝土，但是支护时仍存在支护强度不足、支护强度无法快速提供的问题。因此，在国内不少黄土隧道中都出现了拱架扭曲、断裂，喷射混凝土开裂，地表塌陷、洞内塌方的情况。这个问题主要体现在：(1)设计原因。深、浅埋分界深度界定不清；初支、二衬荷载分配比例难以明确；(2)施工原因。施工复杂、工序繁多，开挖、立架、喷射混凝土等工序存在相互干扰，无法同时进行，支护结构强度形成较慢，难以做到“强支护”、“快成环”。同时，施工质量也难以保证，拱架间螺栓难以全部连接，喷射混凝土与拱架连接粘结性差，特别在一些不良地质段，喷射混凝土难以完成，即便完成强度也难以形成。因此，高强支护结构对于黄土隧道的安全施工非常必要，尤其在黄土隧道处于急剧变形阶段，及早的限制其形变量对于大变形的控制尤为重要，也是防止围岩应力状态恶化的关键。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种黄土隧道支护系统，解决了黄土隧道早期支护强度不足、支护强度无法快速提供的问题。本技术是通过以下技术方案来实现：一种黄土隧道支护系统，包括若干个紧密排列的组合结构拱架，每个组合结构拱架均包括翼板和空心管，空心管安装在翼板内侧，在空心管内灌注有管内混凝土；相邻的组合结构拱架之间灌注有模筑混凝土；空心管上预设有注浆孔。进一步，组合结构拱架沿环向分为拱顶支架、拱腰支架、拱脚支架和拱底支架；拱顶支架和拱底支架相对设置，拱腰支架对称设置于拱顶支架两端，拱脚支架对称设置于拱底支架两端，拱腰支架一端与拱顶支架连接，另一端与拱脚支架的一端连接，拱脚支架的另一端与拱底支架连接；拱顶支架与拱腰支架、拱腰支架与拱脚支架及拱脚支架与拱底支架均采用承插式连接。进一步，拱顶支架包括拱顶翼板和拱顶空心管，拱顶空心管固定在拱顶翼板内侧；拱腰支架包括拱腰翼板和拱腰空心管，拱腰空心管固定在拱腰翼板内侧；拱脚支架包括拱脚翼板和拱脚空心管，拱脚空心管固定在拱脚翼板内侧；拱底支架包括拱底翼板和拱底空心管，拱底空心管固定在拱底翼板内侧。进一步，拱顶空心管与拱腰空心管、拱腰空心管与拱脚空心管及拱脚空心管与拱底空心管均通过管承口和管插口环向连接。进一步，拱顶空心管两端采用管承口；拱腰空心管和拱脚空心管一端采用管承口，另一端采用管插口；拱底空心管两端采用管插口。进一步，注浆孔预设在拱脚空心管上。进一步，在拱顶翼板上预设有排气孔。进一步，空心管采用矩形管、方形管或多边形管。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术公开的一种黄土隧道支护系统，包括组合结构拱架、管内混凝土和模筑混凝土三部分，采用组合结构拱架封闭开挖空间，形成支护体系的首层支护结构，承载开挖产生的围岩荷载，组合结构拱架作为拱架承载层；空心组合结构包括翼板和空心管，通过在空心管内灌注管内混凝土使空心组合结构拱架密实，形成钢管混凝土骨架结构，承担时效变化的围岩荷载，管内混凝土作为补强骨架承载层；采用模筑混凝土填充各骨架间的空间，模筑混凝土作为内部填充承载层，三个承载层形成完整的初期支护承载层。该支护系统结合了钢材与混凝土的优点，能够有效地使二者合二为一，形成具有更高刚度和高强度的组合结构，混凝土由于受到钢材的包裹，使其处于三向受压状态，更有利于强度的发挥。采用模筑混凝土的方式封闭拱架间的空隙，利用已架设的组合结构拱架的骨架结构作为模板支架，使其形成更大厚度的混凝土层，支护刚度得以提高，并且，模筑的方式更有利于混凝土的养护，保证混凝土施工的质量。进一步，隧道开挖是分部开挖的，并非全断面施工，将组合结构拱架沿环向分为拱顶支架、拱腰支架、拱脚支架和拱底支架四部分，采用分部连接，拱架分段后能够匹配隧道的施工方法，同时，分段也方便了拱架运输进洞。进一步，各支架之间通过管承口和管插口完成连接，不需要额外的螺栓螺母进行连接，安装更简便，实现支架间的环向连接，保证整个支护系统结构连接的紧密性。进一步，将注浆孔预设在拱脚空心管上，从下至上灌注混凝土，使得注浆更均匀。进一步，在拱顶翼板上预制有排气孔，在注浆作业时能够排出空心管内多余空气及浮渣，保证注浆作业质量。附图说明图1为本技术的支护系统的结构示意图；图2为组合结构拱架的结构示意图；图3为拱顶支架的结构示意图；图4为拱腰支架的结构示意图；图5为拱脚支架的结构示意图；图6为拱底支架的结构示意图；图7为本技术的支护系统施工工艺平面示意图。其中，1为管内混凝土，2为模筑混凝土，1-1为拱顶支架，1-2为拱腰支架，1-3为拱脚支架，1-4为拱底支架，3为翼板，3-1为拱顶翼板，3-2为拱腰翼板，3-3为拱脚翼板，3-4为拱底翼板，4为空心管，4-1为拱顶空心管，4-2为拱腰空心管，4-3为拱脚空心管，4-4为拱底空心管，5为管承口，6为管插口，7为排气孔，8为注浆孔。具体实施方式下面结合具体的实施例对本技术做进一步的详细说明，所述是对本技术的解释而不是限定。如图1所示，本技术的一种黄土隧道支护系统，包括组合结构拱架、管内混凝土1和模筑混凝土2三部分，组合结构拱架由翼板3及空心管4预制而成，空心管4安装在翼板3内侧，在空心管4内灌注有管内混凝土1，相邻的组合结构拱架之间灌注有模筑混凝土2。如图2所示，组合结构拱架分为拱顶支架1-1、拱腰支架1-2、拱脚支架1-3和拱底支架1-4，拱顶支架1-1和拱底支架1-4相对设置，拱腰支架1-2对称设置于拱顶支架1-1两端，拱脚支架1-3对称设置于拱底支架1-4两端，拱腰支架1-2一端与拱顶支架1-1连接，另一端与拱脚支架1-3的一端连接，拱脚支架1-3的另一端与拱底支架1-4连接；拱顶支架1-1、拱腰支架1-2、拱脚支架1-3和拱底支架1-4的环向连接均通过管承口5和管插口6承插连接。如图3所示，拱顶支架1-1包括拱顶翼板3-1和拱顶空心管4-1，拱顶支架1-1的环向连接部采用管承口5。拱顶支架1-1顶部有预制的排气孔7，在注浆作业时排出空心管4内多余空气及浮渣，保证注浆作业质量。如图4所示，拱腰支架1-2包括拱腰翼板3-2和拱腰空心管4-2，其中拱腰支架1-2环向连接上部为管插口6，下部为管承口5。如图5所示，拱脚支架1-3包括拱脚翼板3-3和拱脚空心管4-3，其中拱脚支架1-3环向连接上部为管插口6，下部为管承口5。拱脚支架1-3侧面部有预制的注浆孔8，封闭成环后通过注浆孔8进行注浆作业，完成管内混凝土1浇筑。如图6所示，拱底支架1-4包括拱底翼板3-4和拱底空心管4-4，拱底支架1-4的环向连接部均采用管插口6。拱顶支架1-1也可以是两端都采用管插口6结构，拱底支架1-4两端采用管承口5结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黄土隧道支护系统，其特征在于，包括若干个紧密排列的组合结构拱架，每个组合结构拱架均包括翼板(3)和空心管(4)，空心管(4)安装在翼板(3)内侧，在空心管(4)内灌注有管内混凝土(1)；相邻的组合结构拱架之间灌注有模筑混凝土(2)；/n空心管(4)上预设有注浆孔(8)。/n

【技术特征摘要】
1.一种黄土隧道支护系统，其特征在于，包括若干个紧密排列的组合结构拱架，每个组合结构拱架均包括翼板(3)和空心管(4)，空心管(4)安装在翼板(3)内侧，在空心管(4)内灌注有管内混凝土(1)；相邻的组合结构拱架之间灌注有模筑混凝土(2)；
空心管(4)上预设有注浆孔(8)。


2.根据权利要求1所述的黄土隧道支护系统，其特征在于，组合结构拱架沿环向分为拱顶支架(1-1)、拱腰支架(1-2)、拱脚支架(1-3)和拱底支架(1-4)；
拱顶支架(1-1)和拱底支架(1-4)相对设置，拱腰支架(1-2)对称设置于拱顶支架(1-1)两端，拱脚支架(1-3)对称设置于拱底支架(1-4)两端，拱腰支架(1-2)一端与拱顶支架(1-1)连接，另一端与拱脚支架(1-3)的一端连接，拱脚支架(1-3)的另一端与拱底支架(1-4)连接；
拱顶支架(1-1)与拱腰支架(1-2)、拱腰支架(1-2)与拱脚支架(1-3)及拱脚支架(1-3)与拱底支架(1-4)均采用承插式连接。


3.根据权利要求2所述的黄土隧道支护系统，其特征在于，拱顶支架(1-1)包括拱顶翼板(3-1)和拱顶空心管(4-1)，拱顶空心管(4-1)固定在拱顶翼板(3-1)内侧；
拱腰支架(1-2)包括拱腰翼板(3-2)和拱腰空心管(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢永利，王志超，来弘鹏，张梦泽，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61