【技术实现步骤摘要】
本技术涉及隧道支护，特别涉及一种隧道初期支护结构。
技术介绍
1、在隧道开挖过程中，岩质不好的围岩往往强度低，易破碎，容易受到扰动而失稳，有时可能会发生局部或大面积的塌方和冒顶事故，增加施工难度和安全风险。在某些情况下，围岩还可能含有较高的地应力，开挖时可能引发岩爆，对施工安全构成威胁。为此，隧道支护结构的合理设置对保障施工人员安全及隧道的结构稳定都尤为重要。
2、传统的初期支护结构主要包括喷射混凝土、钢拱架、锚杆以及钢筋网等，这些结构共同构成了隧道初期支护的稳定体系。但随着隧道工程的发展，面临的地质情况越发复杂，传统支护结构因为其施工周期长、缺乏动态适应性、压力分布不均、效率较低、短时间内支护强度不足的问题，使其已难以满足日益增长的安全性和适应性要求。
3、同时，目前我国隧道普遍强调钢拱架等被动支护构件的变形控制作用，传统的支护措施并不能有效充分发挥围岩自身的承载能力。
4、因此，为了有效的发挥围岩的自承载能力，十分有必要设计一种新型支护结构，使其能够通过控制允许围岩的变形范围，在能释放大部分应力的情况下能够形成自稳结构。
技术实现思路
1、有鉴于此，本技术提供一种新型隧道初期支护结构，其能够基于自身的自适应设计在纵向和环向两个方向上对隧道围岩的变形及应力进行动态响应。
2、本技术公开一种隧道初期支护结构，包括面向隧道围岩设置并且在隧道内形成环形的保持层，其特征在于，所述保持层构造为由多个自身具有连续的波峰和波谷的波形保持板在隧道环
3、基于上述结构，在本技术中，当隧道围岩产生纵向变形及应力时，则能够借助于保持层的波形保持板在其自身波峰波谷的排列方向上受压刚度小的力学特性来进行响应，同时当隧道围岩产生环向变形及应力时，由于保持层的相邻波形保持板中至少其中之一的环向搭接部上的连接孔为条形伸长孔，使得波形保持板受到环向压力时能够产生相对移位，进而能够适应隧道围岩在环向上的变形及应力。
4、进一步地，条形伸长孔包括定位孔部和与定位孔部贯通的u形过盈孔部，所述环向连接件能够自定位孔部伸入以使得相邻波形保持板的环向搭接部形成连接；所述条形伸长孔和所述环向连接件共同构造为，在波形保持板未受环向压力时，环向连接件保持在定位孔部中，当波形保持板受到环向压力并且超过额定压力时，环向连接件能够在压力作用下自定位孔部进入u形过盈孔部并且与u形过盈孔部形成过盈配合。
5、在一个优选的实施例中，条形伸长孔设置在相邻波形保持板中在环向方向上位于下方的波形保持板的连接部上，相邻波形保持板中在环向方向上位于上方的波形保持板的连接部上的连接孔为与环向连接件的形状相适应的适形孔。也就是说，在保持层的两相邻波形保持板中，其中一个的环向搭接部上设置为条形伸长孔，而另一个的环向搭接部上仅设置与连接件相适形的连接孔。在这种情况下，其中的条形伸长孔的定位孔部也与连接件的形状相适形，连接件穿过定位孔部与另一波形保持板上的连接孔形成连接，从而使得两相邻波形保持板形成连接；同时，连接件的径向尺寸大于条形伸长孔的u形过盈孔部的孔口大小，使得连接件能够被保持在定位孔部内，而当发生环向压力时，连接件能够在波形保持板在压力作用下而产生的位移作用下，而被迫使进入u形过盈孔部内，并且与u形过盈孔部形成过盈配合，进而对隧道围岩的环向变形及应力产生自适应。
6、进一步地，保持层的每一波形保持板通过锚杆与隧道围岩形成连接。
7、进一步地，保持层沿隧道纵向设置多个，每一保持层与所述隧道围岩之间均具有间隙空间；还包括缓冲层，所述缓冲层以填满所述间隙空间的方式设置在所述保持层与所述隧道围岩之间，以适应隧道围岩的径向变形及应力。即，在优选的实施例中，当隧道围岩产生径向变形(或者称为位移)及应力时，还能借助填充密实在围岩与保持层之间的缓冲层来进行泄压适应；也就是说，在本技术中，能够同时从径向、纵向和环向这三个方向对围岩的变形及应力进行动态响应，从而能够提高隧道支护结构的动态适应性、均匀分布压力、有效发挥围岩自承载能力以及缩短施工周期。
8、即，基于前述整体结构，能够使得本技术的支护结构在受到纵向、径向和环向上变形应力时仍然能够保持自稳，而不会因围岩变形及应力而造成坍塌。
9、进一步地，缓冲层和所述保持层的接触面上设置有径向压力采集装置，以用于对隧道围岩的径向变形压力进行数据采集；和/或，在隧道纵向上，保持层的相邻位置处设置有纵向压力采集装置，以用于对隧道围岩的纵向变形压力进行数据采集。
10、进一步地，还包括压力数据传输装置和后台控制装置，所述压力数据传输装置能够接收径向压力采集装置和/或纵向压力采集装置所采集的压力数据，并且将其传输至后台控制装置；所述后台控制装置能够对所接收的压力数据进行分析和处理，并且能够结合压力数据中的应力至和/或位移值进行自动预警。
11、进一步地，缓冲层由高弹性等粒径球体在隧道围岩与保持层之间的空隙内填充而成；所述高弹性等粒径球体的半径不大于波形保持板的波宽的十分之一。
12、进一步地，在每一形成环形的保持层在隧道纵向上的两侧端头处布设充气式橡胶垫，以在两侧端头位置处封堵保持层与隧道围岩之间的间隙，使得高弹性等粒径球体能够被注入所述间隙空间。
13、进一步地，其中，在隧道纵向上，在相邻两保持层中下一保持层的对应缓冲层构造完成后，将在相邻两保持层的相邻位置处进行封堵端头的充气橡胶垫全部放气撤出，以在相邻两保持层之间形成共通的缓冲层。
14、有益效果：在本技术的隧道初期支护结构，以波形保持板作为支护主体，通过波形保持板沿波峰波谷排列方向受压刚度小的力学特性，能够实现控制围岩在纵向的变形及应力；同时，通过保持层内相邻波形保持板之间的特殊连接方式，动态控制围岩产生的环向位移及应力。也就是说，本技术的支护结构能够借助于波形保持板形成的保持层同时从纵向和环向对围岩的变形及应力进行动态响应，从而能够提高隧道支护结构的动态适应性、均匀分布压力、有效发挥围岩自承载能力以及缩短施工周期。
15、下面结合附图中所示的实施例以及附图标记详细公开本技术的隧道初期支护结构及其施工方法。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种隧道初期支护结构，包括面向隧道围岩设置并且在隧道内形成环形的保持层，其特征在于，所述保持层构造为由多个自身具有连续的波峰和波谷的波形保持板在隧道环向上相互连接而成，并且所述波形保持板设置为其自身波峰和波谷的排列方向在隧道的纵向上，以适应隧道围岩在纵向的变形及应力；
2.根据权利要求1所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述条形伸长孔包括定位孔部和与定位孔部贯通的U形过盈孔部，所述环向连接件能够自定位孔部伸入以使得相邻波形保持板的环向搭接部形成连接；
3.根据权利要求2所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述条形伸长孔设置在所述相邻波形保持板中在环向方向上位于下方的波形保持板的连接部上，所述相邻波形保持板中在环向方向上位于上方的波形保持板的连接部上的连接孔为与环向连接件的形状相适应的适形孔。
4.根据权利要求3所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述保持层的每一波形保持板通过锚杆与隧道围岩形成连接。
5.根据权利要求4所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述保持层沿隧道纵向设置多个，每一保持层与所述隧道围岩之间均具有间隙空间；
6.根据权利要求5所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述缓冲层和所述保持层的接触面上设置有径向压力采集装置，以用于对隧道围岩的径向变形压力进行数据采集；
7.根据权利要求6所述的隧道初期支护结构，其特征在于，还包括压力数据传输装置和后台控制装置，所述压力数据传输装置能够接收径向压力采集装置和/或纵向压力采集装置所采集的压力数据，并且将其传输至后台控制装置；
8.根据权利要求7所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述缓冲层由高弹性等粒径球体在隧道围岩与保持层之间的空隙内填充而成；
9.根据权利要求8所述的隧道初期支护结构，其特征在于，在每一形成环形的保持层在隧道纵向上的两侧端头处布设充气式橡胶垫，以在两侧端头位置处封堵保持层与隧道围岩之间的间隙，使得高弹性等粒径球体能够被注入所述间隙空间。
10.根据权利要求9所述的隧道初期支护结构，其特征在于，其中，在隧道纵向上，在相邻两保持层中下一保持层的对应缓冲层构造完成后，将在相邻两保持层的相邻位置处进行封堵端头的充气橡胶垫全部放气撤出，以在相邻两保持层之间形成共通的缓冲层。
...【技术特征摘要】
1.一种隧道初期支护结构，包括面向隧道围岩设置并且在隧道内形成环形的保持层，其特征在于，所述保持层构造为由多个自身具有连续的波峰和波谷的波形保持板在隧道环向上相互连接而成，并且所述波形保持板设置为其自身波峰和波谷的排列方向在隧道的纵向上，以适应隧道围岩在纵向的变形及应力；
2.根据权利要求1所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述条形伸长孔包括定位孔部和与定位孔部贯通的u形过盈孔部，所述环向连接件能够自定位孔部伸入以使得相邻波形保持板的环向搭接部形成连接；
3.根据权利要求2所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述条形伸长孔设置在所述相邻波形保持板中在环向方向上位于下方的波形保持板的连接部上，所述相邻波形保持板中在环向方向上位于上方的波形保持板的连接部上的连接孔为与环向连接件的形状相适应的适形孔。
4.根据权利要求3所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述保持层的每一波形保持板通过锚杆与隧道围岩形成连接。
5.根据权利要求4所述的隧道初期支护结构，其特征在于，所述保持层沿隧道纵向设置多个，每一保持层与所述隧道围岩之间均具有间隙空间；...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋辉星，冯树彪，夏佳林，孙克国，王艺超，秦晋行，刘琛，孙兆宁，
申请(专利权)人：中铁十四局集团第二工程有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。