[发明专利]一种大变形围岩段复合式衬砌

说明书

本发明公开了一种大变形围岩段复合式衬砌，包括初期支护，防水板和PVA‑ECC二次衬砌，所述初期支护由玻璃纤维锚杆和高韧性PVA‑ECC喷层组成，所述PVA‑ECC二次衬砌由钢筋增强PVA‑ECC材料组成，所述PVA‑ECC材料的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维。本发明的大变形围岩段复合式衬砌能显著提高衬砌的柔性和变形能力，有效释放隧道周边的围岩压力，能满足大变形隧道的支护要求，防止衬砌开裂破坏，具有施工安全、方便、快速等特点。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种大变形围岩段复合式衬砌。

背景技术

自20世纪初首例严重的交通隧道软弱围岩大变形发生以来，国内外隧道工程发生的围岩大变形灾害事例屡见不鲜，它一直是困扰地下工程界的一个重大问题。国外如日本的惠那山(Enasan)公路隧道、奥地利的陶恩(Tauern)隧道、阿尔贝格(Arlberg)隧道，国内如青藏线的关角隧道、宝中线的大寨岭隧道及堡子梁隧道、南昆线上的家竹箐铁路隧道等工程均出现了不同形式和程度的围岩大变形情况，引起喷层开裂、钢架翘曲，底板隆起，造成支护结构破坏、坍塌等工程事故，给工程建设造成了极大的困难。

目前，国内外针对软岩隧道大变形问题，提出了刚性支护、可缩支护等支护措施，其中刚性支护的核心是通过加大支护结构的强度和刚度来抵抗巨大的围岩压力，但从众多地下工程的支护实践表明，这种支护措施无论从技术上还是从经济上，都是欠合理的。可缩支护的核心是允许围岩发生适度变形，以降低作用于结构上的支护压力，具体措施是开挖后架设可缩的初期支护。如在喷锚支护的基础上增设可压缩钢拱架，并设置泡沫混凝土预留变形层来实现对高地应力、软弱围岩隧道大变形的控制。但上述做法的实质均是预留一定的变形空间，在可压缩空间利用完后即为刚性支护，不能体现支护结构本身的刚柔并济，此外，在初期支护和二次衬砌之间设置泡沫混凝土层，施工时间加长，有时难以适用围岩变形量大、变形速度快的特点，不符合及时性原则，难以确保初期支护后及时施做二次衬砌，无法充分发挥围岩的自承载能力，需要发展锚、注、喷一体化的围岩加固与支护体系。

针对现有技术围岩大变形控制技术的不足，亟需提供一种大变形围岩段复合式衬砌支护体系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由PVA-ECC（聚乙烯醇纤维增韧水泥基复合材料，Polyvinyl alcohol Fiber-Engineered CementitiousComposites，简称PVA-ECC）构成的柔性好、变形能力强，能满足大变形隧道支护要求的复合式衬砌结构。

具体技术方案如下：大变形围岩段复合式衬砌结构，包括初期支护6、防水板3和PVA-ECC二次衬砌4，所述初期支护6由玻璃纤维锚杆1和高韧性PVA-ECC喷层2组成，所述PVA-ECC二次衬砌4由高韧性PVA-ECC材料并配置纵向和环向的钢筋5组成，在初期支护6和PVA-ECC二次衬砌4之间设置防水板3。

进一步的，所述玻璃纤维锚杆1采用梅花形对称布置在隧道拱部、边墙部位，并在仰拱部位设置，以抵抗底鼓压力。所述玻璃纤维锚杆1采用长锚杆，长度为6~15m，直径20~32mm，环向和纵向间距1~1.5m。

进一步的，所述PVA-ECC材料的组分为水泥、粉煤灰、砂、水、减水剂和PVA纤维，其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：砂：水：减水剂=1：（1.0~1.2）：（0.6~0.8）：（0.42~0.57）：（0.001~0.003）；以水泥、粉煤灰、砂和减水剂混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的掺量为13~20kg/m³。

进一步的，所述水泥为P.O.42.5硅酸盐水泥，所述粉煤灰为一级粉煤灰，所述砂的粒径在0.2mm~0.4mm，所述PVA纤维的长度为12mm，直径大于30μm，抗拉强度大于1200MPa，弹性模量大于30GPa，断裂伸长率大于6%，所述减水剂为减水率40%以上的聚羧酸高效减水剂。