[发明专利]一种刚柔耦合的隧道监测支护综合体系与方法

说明书

本发明公开了一种刚柔耦合的隧道监测支护综合体系与方法，体系包括若干并行的支护拱架，支护拱架包括多个依次连接的刚性支护单元，所述刚性支护单元外侧设置有柔性合成材料垫层，柔性合成材料垫层外侧设置有初次混凝土支护层，刚性支护单元内侧设置有二次混凝土喷射层，包括刚性支护单元、柔性合成材料垫层和初次混凝土支护层，形成整体支护体系；柔性合成材料垫层内埋设有分布式光纤和测量装置，实现隧道整个断面围岩变形的实时监测。本发明解决了现有隧道支护体系无法有效、合理、经济控制围岩变形以及断面围岩无法简便、精确、实时监测的问题。

技术领域

本发明涉及一种刚柔耦合的隧道监测支护综合体系与方法。

背景技术

随着国家“一带一路”战略实施，大量基础交通设施的修建迫在眉睫，地下工程是其中重要的组成部分。隧道等地下洞室的开挖往往面临围岩变形、破坏、失稳等一系列问题，传统的隧道围岩变形控制方法往往采用初喷混凝土加钢拱架支护的方式，这种方法可以一定程度上控制围岩的变形，但是传统混凝土回弹率较高，粘结力差，往往造成初喷混凝土层有较多空洞，无法有效使初喷混凝土与塑性区围岩形成整体承载。

传统隧道用工字钢与围岩贴合不紧密，且无法实现与围岩协调变形，浪费了围岩本身的自稳能力，造成支护成本增加。针对隧道围岩变形的监测，传统工艺采用在拱架环向布设土压力盒的方法，需要预先制作支撑架，一端将土压力盒顶在围岩表面，一端与钢拱架进行焊接，并将压力盒连线绑扎在拱架上最终引到拱脚处进行测量。由于隧道断面一般较大，完成上述工作需要利用到施工台车、电焊工以及较多技术人员参与，且耽误隧道施工工序，缺乏经济性和方便性。

除此之外，传统的围岩变形监测属于定点监测范畴，无法实现隧道断面全面监测，且监测元件多为裸露状态，易受施工影响发生破坏，无法实现精准有效监测。

因此需要设计一种新型的隧道监测—支护综合体系解决上述问题，实现围岩与初期支护协调变形，并兼顾围岩变形多断面实时同步监测，作为“智慧隧道”理念的重要一环。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种刚柔耦合的隧道监测支护综合体系与方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种刚柔耦合的隧道监测支护综合体系，包括若干并行的支护拱架，所述支护拱架包括多个依次连接的刚性支护单元，所述刚性支护单元外侧设置有柔性合成材料垫层，所述柔性合成材料垫层外侧设置有初次混凝土支护层，所述刚性支护单元内侧设置有二次混凝土喷射层，包括刚性支护单元、柔性合成材料垫层和初次混凝土支护层，形成整体支护体系；

所述柔性合成材料垫层内埋设有分布式光纤和测量装置，实现隧道整个断面围岩变形的实时监测。

进一步的，所述初次混凝土支护层采用喷射混凝土，为整个体系的最外层，直接与围岩接触，固定有锚杆或/和锚索结构。

当然，本领域技术人员在本发明的工作原理的基础上，将喷射混凝土进行改性，添加其他物质，以提高其回弹力等等，属于常规改进，理应属于本发明的保护范围。

进一步的，所述刚性支护单元为工字钢。

所述工字钢上下两个翼板尺寸与柔性合成材料垫层的宽度相适配。

进一步的，所述柔性合成材料垫层与刚性支护单元的翼板相连接，且其两端采用螺栓与刚性支护单元两端预留螺栓孔栓接预紧。

进一步的，所述分布式光纤安装在柔性合成材料垫层底部，当进行工字钢单元栓接拼装时，不同工字钢单元上部粘接的垫层互相靠近，安装在柔性合成材料垫层内部的光纤通过接口连接实现分布式光纤的整体构成。