[发明专利]一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构及其使用方法

说明书

本发明公开了一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，隧道包括隧道辅助洞室和隧道正洞，隧道辅助洞室的支护结构为喷锚式支护结构，隧道正洞的支护结构包括喷锚式支护结构和钢筋混凝土支护结构，所述喷锚式支护结构包括混凝土支护结构和锚杆，混凝土支护结构沿隧道轴向分布，锚杆的一端连接在隧道围岩中，锚杆的另一端连接在混凝土支护结构中，锚杆采用钢材制成。锚杆包括机械式预应力锚杆、化学式预应力锚杆和自进式锚杆，机械式预应力锚杆适用于一般地质区段和岩爆区段，化学式预应力锚杆适用于一般地质区段和高地应力软岩区段，自进式锚杆适用于岩体破碎、成孔性差的区段。还公开了该隧道支护结构的使用方法。

技术领域

本发明属于隧道支护技术领域，具体涉及一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构及其使用方法。

背景技术

铁路隧道大多采用新奥法进行施工，隧道结构为初期支护和二次衬砌组成的二元支护体系。初期支护为主要的承载结构，紧跟掌子面进行施工，以对围岩进行及时有效的支护；二次衬砌主要作为隧道结构的承荷储备，根据隧道断面收敛等量测数据，在适当的时机进行施工。初期支护一般在喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护结构中进行选择，组成不同的支护形式。

在实际施工中初期支护采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护结构结合的形式进行支护，施工工艺繁琐，需消耗大量的拱架架立、钢筋绑扎和挂网时间，难以真正实现对围岩的及时支护，同时对于超前支护的重视不够，部分区段不具备良好的初期支护施作时机，导致初期支护施作效果较差，不能有效约束围岩的变形，致使围岩松动圈范围扩大，运营期隧道结构所受围岩压力较大，易出现衬砌开裂等病害，严重影响隧道的安全运营；基于以上问题，结构简单，能有效控制围岩变形，充分发挥围岩自承能力的隧道支护结构是现在所需要的。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种性能优越、有效控制围岩变形、充分发挥围岩自承能力的基于围岩变形主动控制的隧道支护结构；本发明还公开了一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构的使用方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于围岩变形主动控制的隧道支护结构，所述隧道包括隧道辅助洞室和隧道正洞，其特征在于：所述隧道辅助洞室的支护结构为喷锚式支护结构，隧道正洞的支护结构包括喷锚式支护结构和钢筋混凝土支护结构，所述喷锚式支护结构包括混凝土支护结构和锚杆，混凝土支护结构沿隧道轴向分布，锚杆的一端连接在隧道围岩中，锚杆的另一端连接在混凝土支护结构中。

进一步的，所述隧道支护结构还包括超前支护结构，超前支护结构为超前锚杆或超前支护结构为超前小导管或超前支护结构为超前钢管棚，超前锚杆的一端插接在掌子面前方的地层中，超前锚杆的另一端连接在掌子面上。

进一步的，所述超前小导管和超前管棚以一定外插角等间距分布在隧道掌子面外轮廓，超前小导管和超前管棚的一端插接在掌子面前方的隧道围岩中，超前小导管和超前管棚的另一端通过钢拱架连接在混凝土支护结构中。

进一步的，所述锚杆包括机械式预应力锚杆、化学式预应力锚杆和自进式锚杆，机械式预应力锚杆适用于一般地质区段和岩爆区段，化学式预应力锚杆适用于一般地质区段和高地应力软岩区段，自进式锚杆适用于岩体破碎、成孔性差的区段。

进一步的，所述机械式预应力锚杆包括涨壳式锚固头、杆体Ⅰ和垫板Ⅰ，杆体Ⅰ的一端与涨壳式锚固头连接，杆体Ⅰ的另一端与垫板Ⅰ连接，涨壳式锚固头连接在隧道围岩中，垫板Ⅰ连接在混凝土支护结构中。

进一步的，所述化学式预应力锚杆包括锚固端、杆体Ⅱ和垫板Ⅱ，锚固端与杆体Ⅱ连接，垫板Ⅱ连接在杆体Ⅱ的另一端，锚固端连接在隧道围岩中，垫板Ⅱ连接在混凝土支护结构中，杆体Ⅱ通过将锚固端中的树脂或水泥卷捅破浆液流出粘接在隧道围岩中。

进一步的，所述涨壳式锚固头包括冲转型涨壳式锚固头，冲转型涨壳式锚固头包括涨壳内楔Ⅰ和涨壳夹片Ⅰ，涨壳内楔Ⅰ的一端连接在杆体Ⅰ上，涨壳夹片Ⅰ连接在涨壳内楔Ⅰ的另一端。