專利名稱：隧道軟弱圍巖支護結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種隧道軟弱圍巖支護結構。
背景技術：
目前城市軟弱圍巖(一般為國家地鐵施工規范中所指IV級并包括IV級以上的分 類圍巖)隧道初支施工的工序時間長，效率低，開挖、安設拱架、噴砼、初支背后注漿，這些 因素使圍巖暴露的時間很長，軟弱圍巖預留核心土無法及時安裝臨時仰拱，結構無法及時 閉合，等閉合后也需要幾天的時間，隧道開挖后圍巖應力得到充分的釋放，等初支結構能夠 提供支護應力時已經是十幾個小時甚至是一兩天或更長時間之后，無法及時提供有效的應 力，使隧道圍巖的應力惡化，圍巖變形加劇，圍巖結構易遭破壞，所以隧道沉降發生率較大， 加劇了隧道施工的風險，經常造成隧道周圍環境的沉降超標，甚至造成地表建筑破壞或地 表坍塌，而城市的環境要求非常高，特別是城市低層建筑物的基礎形式和房屋結構抵抗變 形能力很弱，雨污水管道、燃氣、熱力、上水等各種管線的抗變形能力也很差，為了滿足地面 建筑物、地下管線等的安全需求，對城市暗挖隧道的施工提出了新的要求，必須保證地面及 地下各種建筑物的安全環境要求，但目前的被動式的隧道施工技術都無法很好的保證這方 面的要求。隧道施工安全風險大，城市暗挖隧道施工已成為城市施工的高危行業。中國專利200710027739. 1公開了一種淺埋暗挖工程施工方法，該方法在已開挖 的隧道斷面掛網并預噴砼，在隧道斷面安裝可調預應力鋼拱架，在鋼拱架與預噴射砼間塞 墊剛性墊塊并使他們緊密接觸，給鋼拱架施加預應力，然后噴射砼固定鋼拱架。該方法是 通過給鋼拱架施加一個朝向圍巖的預應力，該預應力通過墊塊和混凝土施加給圍巖，來抵 擋圍巖的收斂變形，但由于給鋼拱架施加預應力后，鋼拱架會具有回復變形的趨勢，即背離 圍巖方向變形的趨勢，該趨勢會降低鋼拱架以及混凝土形成的支撐結構抵抗圍巖變形的能 力，并且給圍巖的應力是點應力，因此，圍巖的變形程度依然較大。
實用新型內容本實用新型解決的技術問題是提供一種可主動對隧道圍巖穩固支撐的隧道軟弱 圍巖支護結構。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是隧道軟弱圍巖支護結構，包括 隧道圍巖，所述隧道圍巖上沿隧道延伸方向間隔設置有一組初支鋼架，初支鋼架與圍巖之 間設置有施力裝置；相鄰兩個初支鋼架之間設置有混凝土結構，所述混凝土結構分別與相 鄰兩個初支鋼架以及圍巖相連。進一步的是所述施力裝置為氣囊。進一步的是所述初支鋼架沿隧道圍巖的橫截面周向安裝。進一步的是所述混凝土結構由速凝早強混凝土制成。本實用新型的有益效果是通過施力裝置對初支鋼架施加背離圍巖的預應力并同 時對圍巖施加背離初支鋼架的預應力，對圍巖能夠及時提供主動支護，減少圍巖應力的釋放；當將施力裝置取出后，初支鋼架失去施力裝置的支撐，具有釋放預應力的趨勢，但此時 由于初支鋼架受到位于相鄰兩個初支鋼架之間的混凝土結構的限位作用，使得初支鋼架將 預應力通過上述混凝土結構施加在圍巖上，進而可以抑制圍巖釋放內部應力，從而可對圍 巖起到良好的支撐作用，可有效防止圍巖的變形，控制地層沉降。
圖1為初支鋼架與氣囊和圍巖的位置關系示意圖；圖2為施力裝置對初支鋼架以及圍巖施加預應力的示意圖；圖3為圖2中A區域的放大圖；圖4為取出施力裝置后位于相鄰兩個初支鋼架之間的混凝土結構的受力情況示 意圖。圖5為將初支鋼架與圍巖之間澆注或噴射混凝土后受力情況示意圖。圖中標記為1-圍巖，2-氣囊，3-初支鋼架。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。如圖1至圖4所示，本實用新型的隧道軟弱圍巖支護結構，包括隧道圍巖，所述隧 道圍巖1上沿隧道延伸方向間隔設置有一組初支鋼架3，初支鋼架3與圍巖1之間設置有施 力裝置；相鄰兩個初支鋼架3之間設置有混凝土結構，所述混凝土結構分別與相鄰兩個初 支鋼架3以及圍巖1相連。圍巖狀態的控制主要是圍巖應力的控制，而作用在圍巖上的應力大小主要受圍巖 的埋深和圍巖應力釋放的程度決定，圍巖埋深固定后，需要對圍巖應力釋放進行控制，圍巖 應力釋放程度高，圍巖的巖土受力大，圍巖變形就大，圍巖結構就容易被破壞，圍巖應力釋 放的程度小，圍巖的巖土受力小，圍巖變形就小，圍巖就不容易被破壞。軟弱圍巖的結構可 以承受的破壞力較小，很容易被破壞，所以必須控制圍巖因隧道開挖而釋放的應力程度。本 實用新型基于上述思想，在隧道開挖并安裝完初支鋼架后，立即通過施力裝置對初支鋼架 施加背離圍巖的預應力，同時對圍巖施加背離初支鋼架的應力，即朝向圍巖的應力，這樣可 以對圍巖進行應力補充，減少圍巖的應力釋放，然后向相鄰兩個初支鋼架3之間澆注或噴 射混凝土，形成混凝土結構，所述混凝土結構分別與相鄰兩個初支鋼架3以及圍巖1相連， 當將施力裝置取出后，初支鋼架失去施力裝置的支撐，具有釋放預應力的趨勢，但此時由于 初支鋼架受到位于相鄰兩個初支鋼架之間的混凝土結構的限位作用，使得初支鋼架將預應 力通過上述混凝土結構施加在圍巖上，進而可以抑制圍巖釋放應力，這樣隧道圍巖應力釋 放較小，巖土受力較小，不超過巖土的剪切破壞強度，能充分保護和利用圍巖的既有強度， 實現隧道的安全施工。為了進一步對圍巖整體進行有效支護，如圖1所示，所述初支鋼架3沿隧道圍巖1 的橫截面周向安裝，即圍巖ι的橫截面周向均安裝有初支鋼架3，這樣在澆注或噴射混凝土 時，也是沿圍巖1的橫截面周向進行，進而使得圍巖整體受到支護。為了在上述基礎上，增加對圍巖的支護能力，如圖5所示，可將施力裝置取出后， 向初支鋼架3與圍巖1之間的空隙澆注或噴射混凝土，即回填混凝土，使初支鋼架3整體通過混凝土與圍巖1相連。由于施力裝置取出后，位于相鄰兩個混凝土結構之間的圍巖失去 施力裝置的支撐，該區域的圍巖的應力釋放程度有可能增加，通過及時回填混凝土，可以有 效抑制上述區域的圍巖的應力釋放，并且通過混凝土對初支鋼架3整體限位，可以充分利 用初支鋼架3整體的預應力來抑制圍巖1釋放應力，從而可提高對圍巖1的支護能力，有效 抑制圍巖應力的釋放，提高施工的安全性，另外，通過向初支鋼架與圍巖之間回填混凝土， 可以使初支鋼架的整體受力均勻，有利于保持初支鋼架的結構穩定，使初支鋼架可以長期 穩定的對圍巖進行支護。另外，上述施力裝置可為千斤頂、液壓起升機等，但上述這些施力裝置對于初支鋼 架施加預應力時，初支鋼架的受力不均勻且可能對初支鋼架造成損傷，影響對圍巖的支護 能力，同時，由于初支鋼架與圍巖之間的的空隙較小，也不便于安裝和設置上述施力裝置， 為了在施加預應力時，使初支鋼架3受力均勻，且便于安裝和設置施力裝置，優選實施方式 是所述施力裝置為氣囊2，通過氣囊2充氣對初支鋼架3施加背離圍巖1方向的預應力， 同時對圍巖1施加背離初支鋼架3的預應力。通過氣囊可對初支鋼架3均勻施力，同時也 可給圍巖均勻的面壓力，實現及時給圍巖補充應力，由于無論是安裝初支鋼架3，還是澆注 或噴射混凝土，都需要一定時間，在這段時間內，圍巖的應力在不斷釋放，通過氣囊對圍巖 應力的補充，可以相對減少圍巖應力的釋放，待相鄰兩個初支鋼架3之間的混凝土凝固后， 形成混凝土結構，可將氣囊放氣取出，此時就可通過初支鋼架3和混凝土結構繼續抑制圍 巖應力的釋放，整個過程銜接緊密，最大程度的抑制了圍巖應力的釋放，從而達到保護圍巖 強度的目的，充分利用了圍巖的自身強度使隧道施工更安全，地層沉降更小。為了提高支護效率，同時也為了進一步抑制圍巖應力的釋放，所述混凝土為速凝 早強混凝土，即上述混凝土結構由速凝早強混凝土制成。速凝早強混凝土為現有技術，即混 凝土中加入早強劑和速凝劑，可使混凝土在短時間內達到較高的強度。常用的早強劑有以 下三種氯化物系早強劑，如CaCl2 ；硫酸鹽系早強劑，如硫酸鈉；有機物系早強劑，有機物 系列早強劑主要有三乙醇胺、三異丙醇胺、甲醇、乙醇等等，最常用的是三乙醇胺。速凝劑的 主要種類有無機鹽類和有機物類，無機鹽類速凝劑按其主要成分大致可分為三類以鋁酸 鈉為主要成分的速凝劑；以鋁酸鈣、氟鋁酸鈣等為主要成分的速凝劑；以硅酸鹽為主要成 分的速凝劑。通過使用速凝早強混凝土可以在短時間實現對圍巖的有效支護，有利于進一 步減少圍巖的應力釋放。
權利要求1.隧道軟弱圍巖支護結構，包括隧道圍巖，其特征是所述隧道圍巖(1)上沿隧道延伸 方向間隔設置有一組初支鋼架(3)，初支鋼架C3)與圍巖(1)之間設置有施力裝置；相鄰兩 個初支鋼架⑶之間設置有混凝土結構，所述混凝土結構分別與相鄰兩個初支鋼架⑶以 及圍巖⑴相連。
2.如權利要求1所述的隧道軟弱圍巖支護結構，其特征是所述施力裝置為氣囊O)。
3.如權利要求1或2所述的隧道軟弱圍巖支護結構，其特征是所述初支鋼架(3)沿 隧道圍巖(1)的橫截面周向安裝。
4.如權利要求1所述的隧道軟弱圍巖支護結構，其特征是所述混凝土結構由速凝早 強混凝土制成。
專利摘要本實用新型公開了一種隧道軟弱圍巖支護結構，可對圍巖進行快速應力補充，主動對圍巖穩固支撐，縮短圍巖變形時間，圍巖變形量較傳統方法顯著降低。該結構包括隧道圍巖，所述隧道圍巖上沿隧道延伸方向間隔設置有一組初支鋼架，初支鋼架與圍巖之間設置有施力裝置；相鄰兩個初支鋼架之間設置有混凝土結構，所述混凝土結構分別與相鄰兩個初支鋼架以及圍巖相連。通過施力裝置對初支鋼架以及圍巖施加預應力，可對圍巖應力進行補充，施力裝置取出后，初支鋼架將預應力通過混凝土結構施加在圍巖上，可抑制圍巖釋放內部應力，從而可對圍巖進行良好的支撐，可有效防止圍巖的應力惡化，控制地層沉降。
文檔編號E21D11/00GK201865672SQ201020630409
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者刁天祥, 楊會軍 申請人:成都中鐵隆工程有限公司