[发明专利]一种吸能让压隧道初期支护结构体系及其施工方法

说明书

本发明公开了一种吸能让压隧道初期支护结构体系，属于隧道初期支护技术领域，包括隧道围岩，工字钢A1单元、工字钢A2单元、工字钢A3单元和工字钢A4单元，设置于隧道围岩内侧，用于对隧道围岩进行支护，通过安装钢拱架接头，该隧道初期支护结构体系在工字钢的连接端具有可变性特性，钢拱架接头伸缩部内部的伸缩节随围岩变形进行伸缩调整，吸收隧道围岩变形的能量，同时在隧道围岩的内表面注入轻质弹性材料，隧道围岩变形过程中轻质弹性材料会先受到压力被压缩，当压力再继续增大时，钢拱架接头开始变形，改变钢拱架受力，进行二次缓冲，该支护结构体系可以适应隧道围岩的较大变形，从而降低初期支护被隧道围岩压垮的风险。

技术领域

本发明属于隧道初期支护技术领域，具体涉及一种吸能让压隧道初期支护结构体系及其施工方法。

背景技术

目前隧道使用复合式衬砌，包括初期支护和二次衬砌，其中初期支护通常由钢拱架、钢丝网配合喷射混凝土组成，喷射混凝土与钢拱架和钢筋网构成一个整体，并与围岩密贴，形成隧道的初期支护结构。

但是现有的隧道初期支护结构体系对于隧道围岩变形较小的情况是适用的，但对于较大的围岩变形，容易开裂和变形，最终由于变形过大而失稳破坏，丧失支护效果，对于变形压力的缓冲不佳，不利于实际的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸能让压隧道初期支护结构体系及其施工方法，以解决上述背景技术中提出的现有的隧道初期支护结构体系对于隧道围岩变形较小的情况是适用的，但对于较大的围岩变形，容易开裂和变形，最终由于变形过大而失稳破坏，丧失支护效果，对于变形压力的缓冲不佳，不利于实际的使用的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种吸能让压隧道初期支护结构体系，包括工字钢A1单元、工字钢A2单元、工字钢A3单元和工字钢A4单元，设置于隧道围岩内侧，用于对隧道围岩进行支护；

钢拱架接头固定部，安装于工字钢A1单元与工字钢A2单元的中端、工字钢A3单元和工字钢A4单元的中端，用于将工字钢单元进行连接；

钢拱架接头伸缩部，安装于钢拱架接头固定部的中端用于缓冲隧道围岩变形产生的压力；

第一大网格钢筋网、第二大网格钢筋网和第三大网格钢筋网，安装于工字钢A1单元、工字钢A2单元、工字钢A3单元和工字钢A4单元的内部，用于配合喷射混凝土的实施，与钢拱架一起对隧道围岩进行支护；

密网格钢筋网，叠加在第一大网格钢筋网、第二大网格钢筋网和第三大网格钢筋网构成的整体结构上；

注浆管，钢拱架安装过程中同时将注浆管埋入隧道围岩内侧用于注入轻质弹性材料。

采用上述方案，通过设置钢拱架接头，该支护结构体系在工字钢A3单元的顶部和工字钢A4单元的两端均通过六角螺栓与钢拱架接头固定部进行固定，工字钢A1单元的顶部与工字钢A2单元的底部均通过六角螺栓与钢拱架接头固定部进行固定，钢拱架接头接触部安装方向均为朝向隧道围岩方向，使得当隧道围岩发生变形时会对钢拱架接头接触部产生压力，钢拱架接头接触部与钢拱架接头伸缩部内部的伸缩节连接，施加的压力通过伸缩节进行缓冲，通过设置密网格钢筋网，该支护结构系统采用传统的大网格钢筋网前提下在大网格钢筋网的下面再布设一层密网格钢筋网，通过两层钢筋网进行两次加固，同时密网格钢筋网能够在喷射混凝土时阻隔喷射混凝土进入到预留空腔中，使得后续注入的轻质弹性材料不会与混凝土进行混合，保障轻质弹性材料的性能效果，通过设置轻质弹性材料，喷射混凝土完成后通过注浆管向预留空腔中注入轻质弹性材料，当隧道围岩变形时，先是轻质弹性吸能材料被压缩，当压力再继续增大时，钢拱架接头开始变形，改变钢拱架受力，进行二次缓冲，当隧道围岩变形到一定程度后就会自稳，使得该支护结构体系具有变形吸能功能，可以适应隧道围岩的较大变形，释放形变压力和能量，从而降低初期支护被隧道围岩压垮的风险。