一种用于岩爆隧道的防控结构制造技术

本发明专利技术属于隧道挖掘技术领域，具体涉及一种用于岩爆隧道的防控结构，其改进之处在于，防控结构包括：吸能结构，包括由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层；以及包括由NPR钢筋和NPR钢纤维混凝土形成的二次衬砌结构；余量空间，设置在初级支护层和二次衬砌支护层之间，作为预留的隧道围岩变形空间；伺服路轨系统，置于地面；构成通过隧道的轨道；吸能结构能够为隧道空间提供高强度支护，提高隧道围岩自承载力，以及提高支护结构的抗冲击能力，进一步抵抗岩爆灾害；同时通过伺服路轨系统能够通过对路枕进行微观调控，达到隧道围岩毫米级变形的标准。毫米级变形的标准。毫米级变形的标准。

【技术实现步骤摘要】
一种用于岩爆隧道的防控结构


[0001]本专利技术属于隧道挖掘
，具体涉及一种用于岩爆隧道的防控结构。

技术介绍

[0002]随着经济建设的不断发展，在现阶段隧道工程建设呈现出跨越式发展。随着高铁等新型列车对隧道路轨条件的要求不断提高，如何控制岩爆风险隧道在建设和运营过程中的安全保障是目前隧道支护结构要解决的重点问题。
[0003]岩爆是地下工程中的一种特殊现象，具有隧道围岩突然、猛烈地向开挖空间弹射、抛掷、喷出的特征。在深埋隧道或地下硐室开挖过程中和开挖完成后均有岩爆可能，具有突发性、难预测性、强危害性、破坏范围大、宏观显现明显和致灾危险性大等特点，因此岩爆现象对工程建设和人员安全带来极大的威胁。
[0004]现有的隧道岩爆防控结构，普遍存在以下问题：1、在当前防控结构中所采用的支护理念并不适用于深部隧道，在避让隧道围岩岩爆时，易导致岩体因应力集中，进而产生岩爆等灾害。2、防控结构中所使用常规锚杆存在抗剪强度较低，不具备吸能特性，属于被动支护类型。在岩体岩爆灾害发生时，易导致常规锚杆/锚索产生剪切破断，使支护结构失效。3、目前支护结构并不能严格控制隧道空间的变形程度，不能满足高速铁路对隧道空间的变形要求和标准。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种用于岩爆隧道的防控结构，其改进之处在于，结构包括：吸能结构，包括由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层；以及包括由NPR钢筋和NPR钢纤维混凝土形成的二次衬砌结构；余量空间，设置在初级支护层和二次衬砌支护层之间，作为预留的隧道围岩变形空间；伺服路轨系统，置于地面；构成通过隧道的轨道；吸能结构能够为隧道空间提供高强度支护，提高隧道围岩自承载力，以及提高支护结构的抗冲击能力，进一步抵抗岩爆灾害；同时通过伺服路轨系统能够通过对路枕进行微观调控，达到隧道围岩毫米级变形的标准。
[0006]优选的，余量空间填充物质包括泡沫混凝土和有机缓冲材质；余量空间的厚度在100mm至200mm之间。
[0007]优选的，由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层包括：NPR钢筋网，为网状物，铺设在隧道围岩表面；NPR锚杆/锚索，穿过NPR钢筋网沿隧道径向设置，同时沿隧道轴向均匀分布在隧道围岩内。
[0008]优选的，由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层还包括：
NPR钢带，为环状体，设置于隧道径向的岩壁上，能够同时连接2
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3个NPR锚杆/锚索；NPR托盘，安装在每个NPR锚杆/锚索上，同时设置于NPR钢带下方与NPR钢带相接触，能够在固定NPR钢带的同时为NPR锚杆/锚索施加预应力。
[0009]优选的，由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层还包括：NPR钢拱架，同时在隧道轴向以及隧道径向设置于NPR锚杆/锚索的空挡间，连接形成封闭环。
[0010]优选的，NPR锚杆/锚索，包括第一NPR锚杆/锚索和第二NPR锚杆/锚索；第一NPR锚杆/锚索和第二NPR锚杆/锚索同时在隧道轴向和隧道径向交错设置。
[0011]优选的，在余量空间形成的内环上沿径向布设NPR钢筋，通过NPR钢纤维混凝土模筑衬砌，构成二次衬砌结构。
[0012]优选的，伺服路轨系统，包括：隔离层，使用NPR钢纤维混凝土铺设，作为路基；耗能层，铺设于柔性隔离层之上，作为成型路基；路枕，沿隧道轴向等距铺设于耗能层之中，以固定耗能层；伺服控制系统，设置于耗能层和路枕之间，沿路枕的中心线对称设置，包括：传感器和伺服控制器；轨道，列车在轨道上行进，设置在路枕上。
[0013]优选的，传感器包括竖直传感器和水平传感器；伺服控制器包括竖直位移伺服控制器和水平位移伺服控制器；在路枕下方设置竖直传感器和竖直位移伺服控制器；在路枕侧面设置水平传感器和水平位移伺服控制器。
[0014]优选的，伺服控制系统还包括：监测模块，包括传感器，用于对路枕的水平位移和竖直升降数据的监测；处理分析模块，用于对传输的数据进行分析计算，将伺服控制器发出的伺服控制指令传输给控制模块；以及控制模块，包括控制装置，用于对路轨水平方向和竖直方向的控制；通过伺服路轨控制系统，将隧道空间中依然存在的厘米级变形进一步控制在毫米级变形有益效果为：本专利技术提出了一种用于岩爆隧道的防控结构，主要由吸能结构和伺服路轨系统组成。将初级支护层和二衬层均设计为吸能结构用以控制隧道中的岩爆灾害，可将隧道中米级大变形控制为厘米级大变形，同时，伺服路轨系统能够将厘米级变形控制在毫米级变形尺度内（＜2mm）。
[0015]本专利技术贯彻吸能支护理念，采用具有抗冲击、吸收能量和承载力高的“NPR锚杆/锚索+NPR钢筋网+NPR抗爆钢带+NPR高韧托盘+NPR钢拱架+NPR钢筋+NPR钢纤维混凝土”组成的点线面三维一体吸能支护结构，一方面为隧道空间提供高强度支护，提高隧道围岩自承载力，另一方面提高支护结构的抗冲击能力，进一步抵抗岩爆灾害。
[0016]本专利技术采用的NPR锚杆/锚索具有高恒阻力、高延伸率和快速吸收能量的特性。在进行快速高预应力支护后，可以及时对隧道围岩进行应力补偿，提高岩体储能载力，减小岩体岩爆风险性。同时，高恒阻力和高延伸率的特性可以保证NPR锚杆/锚索可承受岩爆冲击
荷载而不发生断裂，NPR锚杆/锚索的吸能特性进而高效吸收隧道围岩积聚的能量，从而降低岩爆烈度。
[0017]本专利技术利用NPR钢筋和NPR钢纤维混凝土模筑衬砌施工技术，形成二次衬砌结构。该结构可通过NPR材质高强高韧特性对隧道围岩岩爆灾害进行进一步调控，吸收掉隧道围岩岩爆变形释放的能量，避免岩爆灾害对隧道空间内造成危害。
[0018]本专利技术的伺服路轨系统在路枕下方以及侧面布置，通过使用检测模块、处理分析模块和控制模块构建的智能系统可快速将隧道空间厘米级变形动态控制成为毫米级变形。极大的提高了隧道路轨系统的精准度，满足了高速铁路对路轨高精度高稳定的要求。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。其中：图1为本专利技术一个实施例中隧道结构径向剖面图；图2为本专利技术一个实施例中隧道围岩支护轴向剖面图；图3为本专利技术一个实施例中隧道围岩支护环向平面展开图；图4为本申请一个实施例中NPR吸能钢筋网结构示意图；图5为本申请一个实施例中NPR钢筋绑扎结构；图6为本申请一个实施例中隧道伺服路轨控制结构剖面结构图；其中，1
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隧道围岩、2
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初支吸能层、3
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余量空间、4
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二衬吸能层、5
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隧道空间、6
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伺服路轨系统、7
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NPR长锚杆/锚索、8
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NPR短锚杆/锚索、9
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隧道仰拱、10
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NPR钢带、11
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NPR托盘、12本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于岩爆隧道的防控结构，其特征在于，所述结构包括：吸能结构，包括由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层；以及包括由NPR钢筋和NPR钢纤维混凝土形成的二次衬砌结构；余量空间，设置在所述初级支护层和二次衬砌支护层之间，作为预留的隧道围岩变形空间；伺服路轨系统，置于地面；构成通过所述隧道的轨道；所述吸能结构能够为隧道空间提供高强度支护，提高隧道围岩自承载力，以及提高支护结构的抗冲击能力，进一步抵抗岩爆灾害；同时通过伺服路轨系统能够通过对路枕进行微观调控，达到隧道围岩毫米级变形的标准。2.如权利要求1所述的用于岩爆隧道的防控结构，其特征在于，所述余量空间填充物质包括泡沫混凝土和有机缓冲材质；所述余量空间的厚度在100mm至200mm之间。3.如权利要求1所述的用于岩爆隧道的防控结构，其特征在于，所述由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层包括：NPR钢筋网，为网状物，铺设在隧道围岩表面；NPR锚杆/锚索，穿过所述NPR钢筋网沿隧道径向设置，同时沿隧道轴向均匀分布在隧道围岩内。4.如权利要求3所述的用于岩爆隧道的防控结构，其特征在于，所述由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层还包括：NPR钢带，为环状体，设置于隧道径向的岩壁上，能够同时连接2
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3个所述NPR锚杆/锚索；NPR托盘，安装在每个所述NPR锚杆/锚索上，同时设置于所述NPR钢带下方与所述NPR钢带相接触，能够在固定NPR钢带的同时为所述NPR锚杆/锚索施加预应力。5.如权利要求3所述的用于岩爆隧道的防控结构，其特征在于，所述由不同的NPR部件连接构成的隧道围岩初级支护层还包括：NPR钢拱架，同时在隧道轴向以及隧道径向设置于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何满潮，胡杰，李哲，刘冬桥，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：