隧道支护结构和隧道支护方法与流程

1.本发明涉及隧道支护技术领域，具体而言，涉及一种隧道支护结构和隧道支护方法。


背景技术：

2.传统的“强支硬顶”支护理念，是通过不断增加初期支护结构的厚度和刚度来增加支护抗力，减小围岩变形，进而保证初期支护结构的稳定性。
3.然而，当遇到软岩大变形隧道或者滞后岩爆隧道时，围岩的形变压力或者岩块炸飞的冲击力将远远超过初期支护结构的支护抗力。当软岩大变形隧道的围岩形变压力大于初期支护结构的峰值强度时，初期支护结构就会发生屈服、压溃，甚至整体溃塌，进而导致严重的安全事故和经济损失。同样的，当滞后岩爆隧道发生岩爆时，飞溅岩块的强大冲击力也会造成初期支护结构的局部损坏、甚至人员伤亡。更换损坏和溃塌的初期支护结构，还会造成大量的支护材料和施工成本的重复投入，延误工期。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括，例如，提供了一种隧道支护结构，其能够释放围岩形变压力，减小初期支护结构的结构内力，从而保证初期支护结构的稳定性，还可以吸收飞溅岩块的冲击力，避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.第一方面，本发明提供一种隧道支护结构，包括内衬支架以及多个支护囊体；
7.内衬支架沿隧道的轴线延伸，且绕隧道的轴线弯曲；多个支护囊体绕隧道的轴线及沿隧道的轴线依次连接于内衬支架的外周面；
8.其中，每个支护囊体均用于容置流体或混凝土，且每个支护囊体均用于在容置流体或混凝土后，与隧道的内周壁抵接。
9.在可选的实施方式中，每个支护囊体均具备进料端及出料端。
10.在可选的实施方式中，每个支护囊体均具备进料管；每个支护囊体的进料管均穿过内衬支架伸入内衬支架的内侧。
11.在可选的实施方式中，每个支护囊体的出料端均设置有限压阀。
12.在可选的实施方式中，每个支护囊体的出料端均设置有过滤网，过滤网用供流体通过，阻挡混凝土外泄。
13.在可选的实施方式中，进料管设置有由进料管至支护囊体单向导通的单向阀。
14.在可选的实施方式中，隧道支护结构还包括多个环向输送管，多个环向输送管均与内衬支架连接；
15.多个环向输送管绕隧道的轴线弯曲，并沿隧道的轴线依次间隔排布，每个环向输送管均与位于其外周的多个支护囊体的进料管连通。
16.在可选的实施方式中，隧道支护结构还包括纵向输送管，纵向输送管沿隧道的轴
线方向延伸，且与多个环向输送管连通。
17.在可选的实施方式中，隧道支护结构还包括多个隔板，多个隔板均绕隧道的轴线依次与内衬支架连接，且任意相邻的两个支护囊体之间均设置有一个隔板。
18.第二方面，本发明提供一种隧道支护方法，用于实施上述的隧道支护结构，隧道支护方法的步骤包括：
19.在隧道内安装内衬支架以及多个支护囊体；
20.向多个支护囊体加入流体，直至所有的支护囊体的内部压力上升至预设压力；
21.在在围岩变形结束后，向多个支护囊体内加入混凝土。
22.本发明实施例的有益效果包括：
23.该隧道支护结构包括内衬支架以及多个支护囊体；其中，多个支护囊体绕隧道的轴线依次连接于内衬支架的外周面，并且当支护囊体容置有流体或混凝土时，通过支护囊体的膨胀均可与隧道的内周壁抵接，进而能够对隧道起到支护的作用，并且在支护的过程中，当支护囊体内容置的是流体时，支护囊体能够对隧道起到柔性支护的作用；而当支护囊体内容置的是混凝土时，支护囊体能够对隧道起到刚性支护的作用；
24.由此，通过向支护气囊内加入流体，便可对隧道起到柔性支护的作用，进而能够吸收围岩的形变压力及岩块的冲击力，从而能够维持围岩的稳定性；而当围岩稳定后，便可通过向支护气囊内加入混凝土，在混凝土凝固后，便可对隧道起到刚性支护的作用，从而能够对隧道进行稳定的支护。
25.综上，该隧道支护结构能够释放围岩形变压力，减小初期支护结构的结构内力，从而保证初期支护结构的稳定性，还可以吸收飞溅岩块的冲击力，避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1为本发明实施例中隧道支护结构的结构；
28.图2为本发明实施例中支护囊体的结构。
29.图标：100-隧道支护结构；110-内衬支架；120-支护囊体；121-进料端；122-出料端；123-进料管；130-环向输送管；140-纵向输送管；111-隔板。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
36.请参考图1，图1示出了本发明实施例中隧道支护结构的结构，本实施例提供了一种隧道支护结构100，隧道支护结构100包括内衬支架110以及多个支护囊体120；
37.内衬支架110沿隧道的轴线延伸，且绕隧道的轴线弯曲；多个支护囊体120绕隧道的轴线及沿隧道的轴线依次连接于内衬支架110的外周面；
38.其中，每个支护囊体120均用于容置流体或混凝土，且每个支护囊体120均用于在容置流体或混凝土后，与隧道的内周壁抵接。并且，容置于支护囊体120中的流体既可以是气体，也可以是液体。
39.需要说明的是，在本实施例中，内衬支架110可以由钢管混凝土、钢波纹板、玄武岩纤维混凝土板、型钢钢架或格栅钢架中的一种或多种制成。其外，支护囊体120采用高强及高韧性材料制成，且支护囊体120的表面还可以喷涂耐腐蚀、耐高温的高强或高韧性材料，如聚脲等。
40.该隧道支护结构100的工作原理是：
41.请参照图1，该隧道支护结构100包括内衬支架110以及多个支护囊体120；其中，多个支护囊体120绕隧道的轴线依次连接于内衬支架110的外周面，并且当支护囊体120容置有流体或混凝土时，通过支护囊体120的膨胀均可与隧道的内周壁抵接，进而能够对隧道起到支护的作用。
42.由于每个支护囊体120均用于容置流体或混凝土，而当支护囊体120内容置的是流体时，支护囊体120能够对隧道起到柔性支护的作用；而当支护囊体120内容置的是混凝土时，支护囊体120能够对隧道起到刚性支护的作用；由此，当该隧道支护结构100在进行初期支护时，可以使得每个支护囊体120内均容置有流体，进而通过这样的方式，使得支护囊体120能够通过自身的变形而吸收围岩的形变压力及岩块的冲击力，从而能够对隧道起到柔性支护的作用；而当隧道的围岩稳定后，便可通过向每个支护囊体120内加入混凝土，从而能够在混凝土凝固后对隧道起到刚性支护的作用；
43.由此，使得该隧道支护结构100能够在初期支护的过程中对隧道进行柔性支护，从而吸收隧道的围岩的形变压力以及岩块的冲击力，从而能够维持围岩的稳定性；而当围岩稳定后，便可通过向支护气囊内加入混凝土，在混凝土凝固后，便可对隧道起到刚性支护的作用，从而能够对隧道进行稳定的支护。
44.故，该隧道支护结构100能够释放围岩形变压力，减小初期支护结构的结构内力，
从而保证初期支护结构的稳定性，还可以吸收飞溅岩块的冲击力，避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。
45.进一步地，请参考图1及图2，图2示出了本发明实施例中支护囊体的结构，在本实施例中，由上述内容可知，当该隧道支护结构100在不同的支护阶段时，其内部容置的物料不同，而为便于向支护囊体120内加入流体，并在支护囊体120内容置有流体时，向支护囊体120内加入混凝土，故，每个支护囊体120均具备进料端121及出料端122。其中，进料端121的作用是便于向支护囊体120内加入流体或混凝土；而出料端122用于在支护囊体120内容置有流体时，向支护囊体120内加入混凝土的过程中，便于流体的排出。
46.具体的，由于多个支护囊体120均位于内衬支架110的外侧面，由此，为便于向支护囊体120内加入流体及混凝土，并便于流体的排出，故每个支护囊体120均具备进料管123；每个支护囊体120的进料管123均穿过内衬支架110伸入内衬支架110的内侧。
47.进一步地，请参考图1及图2，在本实施例中，当支护囊体120内容置的是流体时，支护囊体120能够对隧道起到柔性支护的作用；并且，当该隧道支护结构100在进行柔性支护时，支护囊体120能够通过自身的变形而吸收围岩的形变压力及岩块的冲击力，而在此过程中，支护囊体120在吸收围岩的形变压力及岩块的冲击力会发生一定的形变，且支护囊体120的内部压力也会增大，而在此过程中，为避免支护囊体120的内部压力过大而出现损伤，故，每个支护囊体120的出料端122均设置有限压阀；通过限压阀能够在支护囊体120的内部压力增大至大于限压压力时，便可通过限压阀进行压力的释放，即，当其内部压力大于限压压力时，限压阀便可将出料端122与外界导通，从而使得支护囊体120中的部分流体流出，从而减小其内部压力，直至其内部压力小于限压压力，从而能够保持支护囊体120的稳定支护。
48.还需要说明的是，通过限压阀的设置，还能够在向支护囊体120内加入流体，以使得支护囊体120内的压力上升以对隧道支护的过程中，为避免流体的加入量过多而导致支护囊体120的压力过大，而导致围岩产生形变，故，当流体的加入量过多而导致支护囊体120的压力大于限压压力时，便可通过限压阀将出料端122与外界导通，从而使得支护囊体120中的部分流体流出；而且，在，向支护囊体120内加入混凝土的过程中，由于囊体内容置有流体，由此，向支护囊体120内加入混凝土会使得支护囊体120的压力大于限压压力，此时，便可通过限压阀将出料端122与外界导通，从而使得支护囊体120中的流体流出。
49.综上，在本实施例中，通过限压阀的设置，能够在向支护囊体120内加入流体或混凝土时，保持支护囊体120内部压力的稳定性，并且还能够保持支护囊体120在柔性支护阶段的内部压力的稳定。
50.进一步地，在向支护囊体120内加入混凝土的过程中，为避免流体由出料端122排出的过程中，混凝土由出料端122漏出，故每个支护囊体120的出料端122均设置有过滤网，过滤网用于供流体通过，阻挡混凝土外泄；这样的设置方式的目的是防止混凝土由出料端122漏出；从而能够避免出料端122出现堵塞的情况。
51.另外，请参考图1及图2，在本实施例中，在向支护囊体120内加入流体或混凝土时，为避免进料管123出现返流的情况，故，进料管123设置有由进料管123至支护囊体120单向导通的单向阀。
52.进一步地，请参考图1及图2，在本实施例中，为提高加入流体及混凝土的效率，故，
隧道支护结构100还包括多个环向输送管130，多个环向输送管130均与内衬支架110连接；多个环向输送管130绕隧道的轴线弯曲，并沿隧道的轴线依次间隔排布，每个环向输送管130均与位于其外周的多个支护囊体120的进料管123连通。而且，隧道支护结构100还包括纵向输送管140，纵向输送管140沿隧道的轴线方向延伸，且与多个环向输送管130连通。这样的设置方式，通过向纵向输送管140加入流体或混凝土，便可使得流体或混凝土经纵向输送管140进入多个环向输送管130，并经环向输送管130输送至所有的支护囊体120中，进而能够提高施工的效率，缩短施工的周期。
53.进一步地，请参考图1及图2，在本实施例中，为对多个支护囊体120起到定位的作用，故，隧道支护结构100还包括多个隔板111，多个隔板111均绕隧道的轴线依次与内衬支架110连接，且任意相邻的两个支护囊体120之间均设置有一个隔板111。由此，通过这样的设置方式，使得任意两个相邻的隔板111均能够形成容置支护囊体120的容置空间，进而能够通过这样的方式对支护囊体120的变形起到限制的作用，从而提高支护的稳定性。
54.请参考图1及图2，基于上述的隧道支护结构100，本发明还提供一种隧道支护方法，用于实施上述的隧道支护结构100，隧道支护方法的步骤包括：
55.在隧道内安装内衬支架110以及多个支护囊体120；
56.向多个支护囊体120加入流体，直至所有的支护囊体120的内部压力上升至预设压力；
57.在围岩变形结束后，向多个支护囊体120内加入混凝土。
58.具体的，基于上述的隧道支护结构100，该隧道支护方法实施步骤如下：
59.在隧道内安装内衬支架110、纵向输送管140、多个环向输送管130及多个支护囊体120；
60.通过纵向输送管140向所有的支护囊体120中加入流体；需要说明的是，在本实施例中，以流体为加压气体为例进行说明；而在本发明的其他实施例中，流体还可以为液体；
61.当出料端122开始出现排气时，说明支护囊体120中的压力大于限压阀的限压压力，进而能够停止加入流体，此时，该隧道支护结构100处于柔性支护阶段；
62.随后，可以检测支护气囊的压力状态以及出料端122的排气状态，若在检测的过程中，出料端122出现排气的情况，则说明此时支护囊体120开始吸收围岩的形变压力或岩块的冲击力，而导致其内部压力上升；
63.在在围岩变形结束后，且在此时间段内出料端122不再出现排气的情况，则说明围岩趋于稳定，且隧道支护结构100处于稳定支护的状态；此时，可以向多个支护囊体120内加入混凝土，在加入混凝土的过程中，可以检测出料端122的排气状态，当出料端122出现排气的情况时，则说明支护囊体120中的气体被混凝土挤出，当出料端122不再出现排气的情况时，则说明支护囊体120中的气体排空，此时，可以停止混凝土的加入；
64.在混凝土凝固后，通过凝固后的混凝土对隧道起到刚性支护的作用。
65.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。