[发明专利]一种具有缓冲性能隧道支护衬砌及施工方法

说明书

本发明公开了一种具有缓冲性能隧道支护衬砌及施工方法，安装于隧道岩壁内且与其形状相匹配的外层支护体、中层支护体和内层支护体，适应隧道开挖后冻胀及岩爆造成的隧道初期变形；第一减压机构，能够在钢架在受到隧道岩壁产生的压力时，第一顶块向第一壳体内滑动并压缩第一弹性件，使得该压力得到释放和缓冲，使钢架依然具有支护性能；第二减压机构，不仅能够提高轴向相邻两型钢的连接强度和稳定性，并且与第一减压机构配合使用能够承受更强的压力；内层支护体中的内层减压装置，使得支护板能够适应隧道发生岩爆、冻胀或软岩大变形引起形状变化，使其保证具有支护性能。

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，尤其涉及一种具有缓冲性能隧道支护衬砌及施工方法。

背景技术

随着隧道与地下工程的大量建设，“深”、“长”、“险”、“大”已成为当前隧道工程的主要特点，高地应力环境也带来一系列问题。主要表现在：一、硬岩岩爆问题，随着穿越大埋深、高地应力条件下的长隧道逐年增多，我国地下工程岩爆呈频发趋势；二、软岩大变形问题，该类岩体具有强度低、性状差、遇水易软化等特点，地下洞室建设过程中大变形灾害问题突出，严重危及地下洞室的施工及运营安全。

截至目前，针对铁路、公路工程施工中出现的岩爆及软岩隧道大变形问题，虽然开展了众多相关研究，但并未形成一套行之有效的技术保障体系，在愈发复杂多变的工程施工条件下，传统的支护结构受到了极大的挑战，同时，高寒地区铁路、公路隧道容易产生冻胀危害；现有隧道加固支护结构和施工方法，不能有效适应隧道岩爆、冻胀或软岩大变形引起的形状改变，不能有效释放隧道造成岩爆、冻胀或软岩大变形的额外载荷。

现有的隧道支护为便于安装和制作，在环向方向上是拼接形成的，在受到隧道岩壁的压力时，拼接的位置极易发生变形或断裂，从而使隧道支护失去支护能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够适应隧道发生岩爆、冻胀或软岩大变形引起形状变化，并能够缓解释放隧道形状变化产生的压力，并且在施工成型后能够提高支护性能的隧道支护衬砌及施工方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种具有缓冲性能隧道支护衬砌，包括位于隧道岩壁内且与其拱形相匹配的支护体，所述支护体包括由外至内设置的外层支护体、中层支护体和内层支护体，所述中层支护体与内层支护体环向的两端均与隧道仰拱固定；所述外层支护体包括柔性网，所述柔性网与隧道岩壁接触，并借助多根间隔设置的减压锚杆与隧道岩壁固定；所述减压锚杆一端嵌入隧道岩壁内，另一端与柔性网固定；所述中层支护体包括钢架、钢性网和中层减压装置；所述钢架包括型钢；所述型钢沿隧道轴向等间距设置有多个，且沿隧道环向是多个型钢单元体依次拼接形成的拱形结构；所述钢性网固定于相邻的两型钢之间；所述中层减压装置包括位于相邻两型钢单元体之间的第一减压机构，以及位于相邻的两型钢之间的第二减压机构；所述第一减压机构包括第一壳体、第一顶块和第一弹性件；所述第一壳体与第一顶块分别固定于两型钢单元体的对接端，且第一壳体与第一顶块沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第一弹性件位于第一壳体内且介于第一顶块端部与第一壳体底部之间，所述第一弹性件能够在第一顶块向第一壳体内滑动时起到缓冲阻碍作用；所述第二减压机构包括第二壳体、第二顶块和第二弹性件；所述第二壳体长度方向两端分别固定于轴向对应的一组型钢单元体的端部，所述第二顶块长度方向的两端分别固定于另一组轴向对应的两型钢单元体的端部，所述第二壳体与第二顶块沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第二弹性件位于第二壳体内且介于第二顶块端部与第二壳体底部之间，所述第二弹性件能够在第二顶块向第二壳体内滑动时起到缓冲阻碍作用；所述内层支护体包括支护板和内层减压装置；所述支护板由多个波纹板沿隧道环向和轴向依次拼接形成；所述内层减压装置位于环向相邻的两波纹板之间；所述内层减压装置包括对接壳、对接块和第三弹性件，所述对接壳与对接块分别固定于两波纹板对接端，所述对接壳与对接块沿隧道环向凹凸配合且滑动连接；所述第三弹性件位于对接壳内且介于对接块端部与对接壳底部之间，所述第三弹性件能够在对接块向对接壳内滑动时起到缓冲阻碍作用。