一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构的制作方法

本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构。

背景技术：

随着道路等级的提高，交通网的进一步完善，长、大、深埋隧道日益增多，穿越地质条件愈来愈复杂，高应力现象愈来愈突出，尤其是软岩隧道，会出现大变形问题，其变形很难完全控制，会导致支护结构侵限、开裂，频繁拆换，严重制约了工程进度与工程质量。

采用传统的硬抗为主的被动、刚性支护体系不能将储存在围岩内塑性能有效释放出来，在开挖过程中会出现来压快、压力大、变形无法控制的技术难题，尤其是极高地应力段，可能会出现多次换拱拆换才能成型，施工进度受阻，施作支护结构几年后还可能被压坏，使工程费用急剧增加，严重影响了隧道的正常使用。

因此，如何把岩层中塑性能释放出来，又要控制围岩松弛区的发展、避免松散区的发生，既要保证施工阶段支护结构安全、不拆换或少拆换，又要保证主洞开挖安全、快速、可控，实现衬砌结构长期稳定、控制工程投资成为需考虑的首要问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构及施工方法，能释放围岩塑性能，可让压，安装拆卸方便，可重复使用，有助于降低主洞大断面开挖风险，既避免了采用刚性材料不具备大变形特性的问题，实现了多级让压与变形可控的要求，也提前分解作用在主洞上的围岩压力，给后续主洞大断面安全施工创造了条件。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

于超前导洞内环向设置波纹钢板环，自波纹钢板环向其后方打设长玻璃纤维锚杆；

波纹钢板环内设置环向的型钢钢架，型钢钢架与波纹钢板环之间设置有可压缩钢管。

波纹钢板环由环向的多片弧形的波纹钢板拼装组成，波纹钢板边缘设置有圆形的螺栓孔或条形的滑槽孔，相邻两片波纹钢板边缘叠放令螺栓孔与滑槽孔对位并通过螺栓固定。

波纹钢板上设置有打设长玻璃纤维锚杆的锚杆孔洞。

型钢钢架环向分为多节，各节通过可压缩接头连接成环。

可压缩接头包括两节u型钢，其中一个端部放入另一个的u形槽内，叠放部分外部环套卡箍，在外压力作用下两节u型钢滑移至上下重合，通过缩短钢架的周长实现环向变形。

u型钢通过端板和螺栓与型钢钢架连接。

可压缩钢管沿型钢钢架外弧面间隔径向布置，钢管一端焊接到型钢钢架外缘，另一端直接顶在波纹钢板内缘。

可压缩钢管在外力作用下沿径向被压扁，使支护体系径向变形。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型导洞超前主洞施工，导洞与主洞平行推进，保证施工进度。

2、采用由波纹钢板、型钢钢架组成的装配式组合结构，波纹钢板及型钢钢架均设置可伸缩式接头，实现环向压缩变形；型钢与波纹钢板之间设置可压缩钢管，实现径向压缩变形。该支护结构可实现多级让压变形，做到边让边抗，既可超前释放应力，分解了作用在主洞上的围岩压力，又为主洞大断面安全开挖创造了条件，避免了施工中频繁拆换拱问题。

3、采用全长树脂锚固玻璃纤维长锚杆，通过施加预应力实现了对围岩的主洞加固，并将表层压力向围岩深部转移，充分利用了深部围岩自承能力。

4、本结构安装、拆卸方便，可循环使用，降低了工程造价。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是波纹钢板环向连接示意图。

图3是型钢钢架示意图。

图4是型钢钢架可缩接头示意图。

图5是可压缩钢管连接示意图。

图6是本实用新型施工流程图。

其中，1-主洞，2-超前导洞，3-波纹钢板，4-长玻璃纤维锚杆，5-型钢钢架，6-可压缩钢管，7-可压缩接头，8-滑槽孔，9-螺栓，10-螺栓孔，11-锚杆孔洞，12-u型钢，13-卡箍，14-焊缝。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，于超前导洞内环向设置波纹钢板环，自波纹钢板环向其后方打设长玻璃纤维锚杆4；波纹钢板环内设置环向的型钢钢架5，型钢钢架5与波纹钢板环之间设置有可压缩钢管6。

波纹钢板环由环向的多片弧形的波纹钢板3拼装组成，波纹钢板3边缘设置有圆形的螺栓孔10或条形的滑槽孔8，相邻两片波纹钢板3边缘叠放令螺栓孔10与滑槽孔8对位并通过螺栓9固定。波纹钢板3上设置有打设长玻璃纤维锚杆4的锚杆孔洞11，沿预留锚杆孔洞钻孔，成孔后填塞树脂药卷，安设玻璃纤维长锚杆并施加预应力，紧固垫板。

型钢钢架5环向分为多节，各节通过可压缩接头7连接成环。可压缩接头7采用阻力式可缩式构造，包括两节u型钢12，其中一个端部放入另一个的u形槽内，叠放部分外部环套卡箍13，在外压力作用下两节u型钢12滑移至上下重合，通过缩短钢架的周长实现环向变形。u型钢12通过端板和螺栓与型钢钢架5连接。

可压缩钢管6沿型钢钢架5外弧面间隔径向布置，钢管6一端焊接到型钢钢架5外缘，另一端直接顶在波纹钢板3内缘。

可压缩钢管6允许被压缩，波纹钢板3在围岩压力作用下，可压缩钢管7被压扁，钢管直径与需被压缩空间匹配，可压缩钢管6在外力作用下沿径向被压扁，使支护体系径向变形。

波纹钢板3、长玻璃纤维锚杆4、型钢钢架5共同受力，使围岩进入三向受力状态，将表层支护与深层锚固相结合，提高围岩整体稳定性。

上述循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构的施工方法，先于主洞1开挖超前导洞2，该导洞置于主洞1断面内，一般居中布设。超前导洞2采用装配式让压支护结构，包括拼装式波纹钢板3、型钢钢架5以及长玻璃纤维锚杆4共同组成支撑结构，波纹钢板3及型钢钢架5采用阻力式可滑动构造，长锚杆采用全长树脂锚固并施加预应力。具体包括以下步骤：

超前导洞2先于主洞1开挖，在开挖后及时施作装配式波纹钢板3、长玻璃纤维锚杆4、型钢钢架5形成组合式可让压式支撑结构；

当支撑结构变形速率过快或变形量过大时加密型钢钢架5、增打长玻璃纤维锚杆4，控制变形在可接受范围内；

超前导洞2与主洞1开挖平行推进，在超前导洞2超前40m时，主洞1掌子面开挖、施做支护，拆除超前导洞波纹钢板3、型钢钢架4；

对于有局部破损变形的波纹钢板3、型钢钢架5进行修复，在型钢钢架5上重新焊接可压缩钢管6，在后续循环中继续使用。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

技术特征：

1.一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

于超前导洞内环向设置波纹钢板环，自波纹钢板环向其后方打设长玻璃纤维锚杆（4）；

波纹钢板环内设置环向的型钢钢架（5），型钢钢架（5）与波纹钢板环之间设置有可压缩钢管（6）。

2.根据权利要求1所述的一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

波纹钢板环由环向的多片弧形的波纹钢板（3）拼装组成，波纹钢板（3）边缘设置有圆形的螺栓孔（10）或条形的滑槽孔（8），相邻两片波纹钢板（3）边缘叠放令螺栓孔（10）与滑槽孔（8）对位并通过螺栓（9）固定。

3.根据权利要求2所述的一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

波纹钢板（3）上设置有打设长玻璃纤维锚杆（4）的锚杆孔洞（11）。

4.根据权利要求3所述的一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

型钢钢架（5）环向分为多节，各节通过可压缩接头（7）连接成环。

5.根据权利要求4所述的一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

可压缩接头（7）包括两节u型钢（12），其中一个端部放入另一个的u形槽内，叠放部分外部环套卡箍（13），在外压力作用下两节u型钢（12）滑移至上下重合，通过缩短钢架的周长实现环向变形。

6.根据权利要求5所述的一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

u型钢（12）通过端板和螺栓与型钢钢架（5）连接。

7.根据权利要求6所述的一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

可压缩钢管（6）沿型钢钢架（5）外弧面间隔径向布置，钢管（6）一端焊接到型钢钢架（5）外缘，另一端直接顶在波纹钢板（3）内缘。

8.根据权利要求7所述的一种循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，其特征在于：

可压缩钢管（6）在外力作用下沿径向被压扁，使支护体系径向变形。

技术总结
本实用新型涉及循环使用的装配式超前应力释放导洞支护结构，于超前导洞内环向设置波纹钢板环，自波纹钢板环向其后方打设长玻璃纤维锚杆；波纹钢板环内设置环向的型钢钢架，型钢钢架与波纹钢板环之间设置有可压缩钢管。本实用新型导洞超前主洞施工，导洞与主洞平行推进，保证施工进度；采用由波纹钢板、型钢钢架组成的装配式组合结构，波纹钢板及型钢钢架均设置可伸缩式接头，型钢与波纹钢板之间设置可压缩钢管，该支护结构可实现多级让压变形，做到边让边抗，既可超前释放应力，分解了作用在主洞上的围岩压力，又为主洞大断面安全开挖创造了条件，避免了施工中频繁拆换拱问题。

技术研发人员：韩常领;徐晨;李博融;董长松
受保护的技术使用者：中交第一公路勘察设计研究院有限公司
技术研发日：2019.07.19
技术公布日：2020.05.19