[发明专利]一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法，包括有让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫‑纤维喷射混凝土层和多级吸能式钢架，所述的多级吸能式钢架包括有吸能式钢拱架外环、多级吸能环和吸能式钢拱架内环，所述多级吸能环安装在吸能式钢拱架外环与吸能式钢拱架内环之间，所述的吸能式泡沫‑纤维喷射混凝土层位于玄武岩纤维格栅和吸能式钢拱架外环之间，所述的让压锚杆的一个端部与玄武岩纤维格栅固定连接。本发明通过让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫‑纤维喷射混凝土层、多级吸能式钢架等吸能、消能结构，实现多级吸能、控制围岩变形，对于高地应力隧道、巷道支护领域具有重要的现实意义和推广价值。

技术领域

本发明涉及隧道、巷道支护技术领域，尤其涉及一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法。

背景技术

随着我国交通行业的发展，深埋隧道的建设数量越来越多。深埋隧道面临的最大问题是高地应力问题，隧道开挖后，地应力重分部，地应力作用下岩体向临空面发展，根据围岩强度等级不同呈现不同程度的大变形、岩爆等灾害，危急施工人员生命安全。同时，高地应力隧道变形周期长，施工期甚至运营期会导致支护结构、主题结构变形过大，严重情况下，影响隧道正常运营。但是，围岩有一定自稳能力，充分发挥围岩自稳能力，有助于降低支护成本，提升工程建设的经济效益。

考虑到高地应力围岩应力释放机制及大变形机理的复杂性，为实现多级有序释放围岩压力，控制围岩变形，研发一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法。

发明内容

本发明目的是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种多级吸能式隧道支护结构及其施工方法，本发明通过让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层、多级吸能式钢架等吸能、消能结构，实现多级吸能、控制围岩变形，对于高地应力隧道、巷道支护领域具有重要的现实意义和推广价值。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多级吸能式隧道支护结构，包括有让压锚杆、玄武岩纤维格栅、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层和多级吸能式钢架，所述的多级吸能式钢架包括有吸能式钢拱架外环、多级吸能环和吸能式钢拱架内环，所述多级吸能环安装在吸能式钢拱架外环与吸能式钢拱架内环之间，所述的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层位于玄武岩纤维格栅和吸能式钢拱架外环之间，所述的让压锚杆的一个端部与玄武岩纤维格栅固定连接。

所述的多级吸能环是通过三层半圆形高强钢材制成的，多级吸能环分别与吸能式钢拱架内环和吸能式钢拱架外环焊接连接。

所述的玄武岩纤维格栅的网格尺寸为15×25mm。

所述的吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层采用的纤维为3~5mm短切玄武岩纤维，吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层的厚度为30~45mm。

所述的多级吸能式钢架的拼接方式采用双侧吸能式钢拱架拼接钢板加连接螺栓的形式连接，每侧4颗连接螺栓。

所述的让压锚杆包括让压锚杆螺栓、让压锚杆托盘、让压锚杆吸能弹簧、让压锚杆挡板和让压锚杆杆体，让压锚杆托盘、让压锚杆挡板在中心开孔后套至让压锚杆杆体，让压锚杆吸能弹簧套于让压锚杆托盘、让压锚杆挡板中间，让压锚杆螺栓与让压锚杆杆体通过螺纹连接，让压锚杆与所述的玄武岩纤维格栅采用咬合方式连接，通过让压锚杆吸能弹簧与玄武岩纤维格栅的变形吸收围岩变性能且有足够刚度限制围岩变形。

所述的让压锚杆吸能弹簧采用高强钢材制成的，所述让压锚杆杆体采用中空式注浆杆体。

所述的多级吸能式钢架沿隧道方向间距1.0~1.5m布置。

一种多级吸能式隧道支护结构的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤一：根据地质勘查资料、围岩揭露情况确定隧道支护结构参数和设计参数；

步骤二：开展支护结构设计，包含让压锚杆角度、长度、注浆参数、间距、多级吸能式钢架分块数量、间距、玄武岩纤维格栅的网格尺寸、吸能式泡沫-纤维喷射混凝土层的配合比、厚度及纤维掺量；