【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木工程，具体涉及一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构及其方法。
技术介绍
1、根据国内外大量流变性软岩隧道的统计数据，流变性软岩隧道发生大变形灾害时普遍存在变形量大、变形速率高、变形持续时间长、长期不收敛等特征。由于隧道开挖引起的能量释放效应，如果一味控制围岩变形量，只有在提供较大支护反力的情况下围岩才可以达到平衡状态。
2、根据“约束-收敛法”的理念，如果能通过采取一些措施让围岩在支护结构受力之前先发生一定的变形量，那么作用在支护上的力就会得到一定的降低，可以在较大程度上节约工程成本。此外，围岩塑性流变效应导致围岩压力长期增长，如果支护结构刚度不足，围岩应力不能达到平衡状态，隧道变形将持续增长而难以收敛，进而引发大变形破坏。如何确定围岩的能量释放量是控制流变性软岩隧道大变形问题的关键，尤其是释放的位移量如何计算，是值得研究的问题。目前流变性软岩隧道支护结构的变形释放量计算大多基于经验取值，不具有普适性。
3、基于此，提出了一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构及其方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构及其方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、第一方面，一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，包括套筒接头、泡沫金属槽钢、和工字型钢；
4、其中，所述工字型
5、所述工字型钢的背部还固定有泡沫金属槽钢。
6、作为本专利技术的进一步说明，所述内嵌齿具体为倒锯齿形结构，所述内嵌齿与外嵌齿相互配合形成锁扣式结构。
7、作为本专利技术的进一步说明，所述泡沫金属槽钢上还设置有注浆孔。
8、作为本专利技术的进一步说明，所述泡沫金属槽钢的长度小于工字型钢的长度。
9、作为本专利技术的进一步说明，所述内嵌齿设置有8-12节，所述外嵌齿4设置有4-6节。
10、第二方面，一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构的使用方法，包括以下步骤：
11、s1、先在工字型钢背部焊接一节泡沫金属槽钢，在工字型钢的接头处预留连接部分，然后将相邻的工字型钢的连接部分别套入套筒接头内，形成钢拱架支护结构，开始连接时使工字型钢上的外嵌齿与套筒接头内部的内嵌齿相互咬合两节；
12、s2、利用外物遮挡住未嵌入部分的外嵌齿后，对断面进行混凝土喷射作业；
13、s3、在围岩压力作用下，工字型钢背部的泡沫金属槽钢会发生屈服而被压缩，实现一次能量的释放；
14、当压力增加时，套筒接头内侧的内嵌齿与工字型钢端部的外嵌齿发生错动，钢拱架支护结构的周长收缩，随着应力的增加，外嵌齿完全嵌入内嵌齿内完成扣紧，收缩长度为δl，实现二次能量的释放；
15、当二次能量释放完成后，工字型钢的连接部分完全嵌入套筒接头内形成相互咬合的锁扣式结构，钢拱架支护结构由嵌缩式结构转变为刚性结构，再对相邻的工字型钢的接头部位进行焊接，并补喷射一层混凝土。
16、作为本专利技术的进一步说明，s3中在喷射混凝土之前，若泡沫金属槽钢内存在间隙，先通过注浆孔向泡沫金属槽钢内注浆至间隙完全填充后再进行混凝土的喷射作业。
17、作为本专利技术的进一步说明，收缩长度为δl计算方式如下：
18、先采集工程试验段的围岩变形监测数据，用负指数函数拟合变形历程曲线方程：
19、s(t)＝a-b·exp(-ct)
20、式中，a、b、c为拟合参数，t为时间，s为径向变形量；
21、用变形稳定时刻的变形值设计支护结构的嵌缩量。变形稳定时围岩径向的变形量为
22、s＝a
23、则δl为：
24、
25、式中，n为环向接头的个数；
26、基于泡沫金属槽钢2的压缩已经实现了一次能量的释放，因此上式中δl的值乘了70％。
27、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
28、1、本专利技术通过预设的套筒接头，可灵活调节围岩变形释放量，从而控制作用在支护结构上的围岩压力达到最小值；
29、2、本专利技术中工字型钢钢拱架背部焊接有泡沫金属槽钢，泡沫金属材料密度小，强度相对较大，在较大的围岩压力作用下，泡沫金属槽钢通过自身的压缩变形吸收围岩释放的能量，降低作用在初期支护上的围岩压力。同时，槽钢在吸能变形过程中具有一定的抗压强度，缓冲时间较长且不反弹。
30、3、在流变型软岩隧道中，围岩压力会在较长的一段时间内持续增长。施工期间泡沫金属槽钢发生屈服压缩，完成一次能量的释放；随着围岩应力的进一步增加，钢拱架的套筒接头继续发挥作用，套筒接头的内嵌齿与工字型钢端部的外锯齿形齿形成一个锁扣式结构，利用接头的收缩使钢拱架与围岩一起产生较大的变形，继续释放围岩的变形能，降低作用在初期支护上的围岩压力，实现了二次能量的释放。
31、4、套筒接头的收缩长度可根据现场试验段的变形监测数据计算确定，不需要根据经验取值，便捷实用。
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1.一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于：包括套筒接头(1)、泡沫金属槽钢(2)、和工字型钢(3)；
2.根据权利要求1所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于，所述内嵌齿(5)具体为倒锯齿形结构，所述内嵌齿(5)与外嵌齿(4)相互配合形成锁扣式结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于，所述泡沫金属槽钢(2)上还设置有注浆孔(6)。
4.根据权利要求1所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于，所述泡沫金属槽钢(2)的长度小于工字型钢(3)的长度。
5.根据权利要求1所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于，所述内嵌齿(5)设置有8-12节，所述外嵌齿(4)设置有4-6节。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构的使用方法，其特征在于，S3中在喷射混凝土(7)之前
8.根据权利要求6所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构的使用方法，其特征在于，收缩长度为ΔL计算方式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于：包括套筒接头(1)、泡沫金属槽钢(2)、和工字型钢(3)；
2.根据权利要求1所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于，所述内嵌齿(5)具体为倒锯齿形结构，所述内嵌齿(5)与外嵌齿(4)相互配合形成锁扣式结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于，所述泡沫金属槽钢(2)上还设置有注浆孔(6)。
4.根据权利要求1所述的一种用于流变性软岩隧道的可嵌缩式支护结构，其特征在于，所述泡沫金属槽钢(2)的长度小于工字型钢(3)的长度。
5.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨坚，黄亚斌，李东记，李德宏，柴琦龙，黄永生，张留，苏晨，李聪，王振乾，刘林绮，田星，樊肖斌，董琦辉，
申请(专利权)人：中铁十五局集团第四工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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