[发明专利]基于摩擦耗能纵梁的喷混-钢架整体让变初支结构及施工方法

说明书

本发明公开一种基于摩擦耗能纵梁的喷混‑钢架整体让变初支结构及施工方法，包括钢架、摩擦耗能纵梁、喷射混凝土、钢筋网片、纵向螺纹钢筋、环向螺纹钢筋，钢架由型钢冷弯而成；摩擦耗能纵梁主要由采用槽钢的上承载件和下承载件构成，通过上承载件和下承载件两者翼板间的摩擦作用消耗能量，两榀钢架间的喷射混凝土内增设纵向螺纹钢筋、环向螺纹钢筋，在实现隧道初期支护与周边围岩协同变形的同时，摩擦耗能纵梁仍能保证初期支护具备一定抗压和抗剪能力，通过设置环向和纵向钢筋，摩擦耗能纵梁通长布置，增强了隧道钢架与钢架间喷射混凝土组成的初期支护结构共同变形能力，避免了钢架和喷射混凝土变形不协调引起结构破坏，实现了“刚柔并济”治理。

技术领域

本发明属于隧道工程支护技术领域，具体是一种基于摩擦耗能纵梁的喷混-钢架整体让变初支结构及施工方法，是对现有隧道初期支护结构受力模式整体改变，适用于隧道工程初期支护大变形灾害的控制。

背景技术

为解决我国东西部地区发展不平衡、不充分的问题，交通、水利等基础设施建设逐渐向西部倾斜，西部地区以山高谷深的地形为主，地势起伏大，导致中西部地区交通隧道及水工隧道等建设正处于高速发展时期。由于西部地区处于大陆板块碰撞区，导致围岩岩性多变、岩体破碎软弱、地应力高，不良地质及特殊岩土问题突出，隧道工程穿越地层时常遇到围岩大变形问题。其表现为隧道变形速度快、收敛稳定时间长，甚至无法收敛，变形量大，如果初期支护不当、不及时，在围岩变形过程中隧道可能发生初期支护掉块、侵限甚至失稳塌方。较为常见的是锚网喷初期支护开裂、剥落、压碎，而且伴随着初支钢架扭曲变形，甚至侵入限界。在隧道工程界，大变形问题素有隧道“癌症”之称。为避免初期支护结构大变形侵限后引起二次衬砌厚度不够，往往需要拆除侵限的初期支护结构，这一方面造成工程重复，滞后工程进度，同时初期支护拆换过程中也伴随着较大的安全风险，严重制约了隧道工程建设进度及成本控制。

目前隧道工程遇到大变形时，现有应对方法多为加大预留变形量，让其变形，但变形不至于导致侵限。在结构上通过调整衬砌轮廓曲率，使得受力更合理。在施工方面，短进尺，尽早初支钢架封闭成环，或结合系统锚杆加长，注浆加固等方式对围岩进行加固，尤甚者采用双层钢架抵抗变形。上述措施的综合利用，目前看并不能有效治理大变形问题。针对此种难题，其中一种治理思路为“刚性支护”，即依靠钢架喷射混凝土支护结构的足够刚度和强度，来抵抗软弱围岩变形。这种思路往往在施工中出现反复拆换初期支护，其本质就是在初期支护结构保障安全情况下逐步释放围岩应力，直至围岩压力释放至与初期支护抗力平衡，隧道初支变形才能趋于稳定。

另外一种治理思路为“刚柔并济”，即钢架喷射混凝土支护结构中，采用可伸缩钢架，如U型钢架、C型钢架均有应用，钢架受力后沿环向压缩变形。另外尚有采用让压锚杆(索)，以一定的恒定支护力对围岩施加“边支边让、先柔后刚”抗力。

目前应用的可伸缩钢架只注重钢架上下段的连接，在接头处为可缩式，喷混还是上下整体状。故该接头结构在应用过程中因在竖向、径向大变形情况下不能与喷射混凝土一起受力协同变形，往往表现为钢架和喷射混凝土分离开来，甚至喷射混凝土限制了可缩式钢架移动，或在不注重接头保护的情况下，将接头喷上混凝土导致可滑动接头失去其滑动功能。可见，仅仅在钢架接头处可滑动，并不能形成钢架与钢架间混凝土协同变形的机制，导致可伸缩钢架作用无法发挥。

发明内容

针对上述现有可伸缩钢架技术的局限性，本发明提供一种基于摩擦耗能纵梁的喷混-钢架整体让变的初支结构及施工方法。

本发明通过如下具体技术方案予以实现：