一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造
【专利摘要】一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造，以有效改善初期支护受力性能，避免钢架发生屈曲失稳，保证初期支护结构强度充分发挥。包括覆盖洞周围岩的喷射混凝土层，以及沿隧道开挖方向间隔埋设于喷射混凝土层内的钢架。所述钢架为横截面呈矩形的箱形钢架，该箱形钢架由一对相互垂直且焊接为一体的翼缘板、腹板构成，箱形钢架内除拱顶段外灌注填充混凝土。
【专利说明】
一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造
技术领域
[0001]本发明涉及隧道，特别涉及一种隧道初期支护构造。
【背景技术】
[0002]目前，暗挖隧道基本上均按新奥法原理施工，采用复合式衬砌支护，包括初期支护和二次衬砌。其中，初期支护和围岩共同组成的支护系统是主要承载结构，二次衬砌主要作为安全储备。
[0003]初期支护主要由喷射混凝土层、锚杆以及钢筋网片联合支护组成(简称喷锚支护)，当隧道通过不良地质段以及软弱破碎带时，一般会采取在喷混凝土中设置工字钢、H型钢等辅助措施。
[0004]近年来，对六沾、兰渝、成兰、云桂、长昆等铁路调研发现，对于部分通过软弱破碎围岩、断层破碎带、软岩高地应力地段的隧道，初期支护中型钢钢架经常发生屈曲失稳而导致初期支护破坏。究其原因，由于型钢钢架为工字形或H形，其截面在X方向和Y方向抗弯刚度相差较大，再由于难以保证工字钢或H型钢靠隧道侧翼缘与腹板连接处喷射混凝土密实，造成喷混凝土对钢架的握裹力不能有效发挥。因此在高地应力地段，特别是当初期支护喷混凝土开裂后，对钢架的约束能力减弱，由于截面抗弯刚度不对称，由于平面外失稳而导致钢架发生屈曲。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造，以有效改善初期支护受力性能，避免钢架发生屈曲失稳，保证初期支护结构强度充分发挥。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]本发明的一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造，包括覆盖洞周围岩的喷射混凝土层，以及沿隧道开挖方向间隔埋设于喷射混凝土层内的钢架，其特征是:所述钢架为横截面呈矩形的箱形钢架，该箱形钢架由一对相互垂直且焊接为一体的翼缘板、腹板构成，箱形钢架内除拱顶段外灌注填充混凝土。
[0008]本发明的有益效果是，箱形钢架截面抗弯刚度对称，不会发生平面外失稳，同时消除传统初期支护中工字钢架或H型钢架与喷射混凝土有死角不密实的问题，保证喷混凝土对钢架的有效握裹，充分发挥钢管喷射混凝土的结构强度；由于隧道周边受力不一致，根据支护结构受力情况，对受力较大的位置，可先于箱形钢架内灌注混凝土，增大截面抗弯刚度及抗压强度，从而实现匹配围岩压力的“不均衡”支护结构。
【附图说明】
[0009]本说明书包括如下五幅附图:
[0010]图1是本发明一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造的立面布置图；
[0011]图2沿图1中1-1线的剖面图；
[0012]图3是本发明一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造中箱形钢架的横断面示意图；
[0013]图4是本发明一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造的横断面示意图；
[0014]图5是本发明一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造的横断面示意图；
[0015]图中示出构件、部位名称及所对应标记:洞周围岩10;喷射混凝土20、初喷混凝土层20a、复喷混凝土层20b;箱形钢架30，翼缘板30a、腹板30b、混凝土 31、拱顶段32、左侧边墙段33、右侧边墙段34、仰拱段35;预留变形缝40、二次衬砌50。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0017]参照图1和图2，一种内设箱形钢架的隧道初期支护构造，包括覆盖洞周围岩10的喷射混凝土层20，以及沿隧道开挖方向间隔埋设于喷射混凝土层20内的钢架。参照图3，所述钢架为其横截面呈矩形的箱形钢架30，该箱形钢架30由一对相互垂直且焊接为一体的翼缘板30a、腹板30b构成，，箱形钢架30内除拱顶段32外灌注填充混凝土 (31)。
[0018]参照图4，所述箱形钢架30由对接的左侧边墙段33、拱顶段32和右侧边墙段34构成，左侧边墙段33和右侧边墙段34内灌注填充混凝土 31。参照图5，所述钢管钢架30由对接的左侧边墙段33、拱顶段32和、右侧边墙段34和仰拱段35构成，左侧边墙段33、右侧边墙段34级仰拱段35内灌注填充混凝土 31。即根据支护结构受力情况，对受力较大的位置，可先于箱形钢架内灌注混凝土，增大截面抗弯刚度及抗压强度，从而实现匹配围岩压力的“不均衡”支护结构。
[0019]参照图2，所述喷射混凝土层20由初喷混凝土层20a和复喷混凝土层20b复合构成，初喷混凝土层20a覆盖洞周围岩10，复喷混凝土层20b覆盖箱形钢架30。初喷混凝土层20a的厚度根据初期支护强度要求一般不小于4cm，架立箱形钢架30后，复喷混凝土层20b。
[0020]参照图1及图2，本发明的一种内设箱形钢架的初期支护构造与传统的初期支护喷射混凝土中埋设工字型钢架或H型钢架的支护结构相比较有如下实质性区别:
[0021 ] 1、由于箱形钢架30截面为方形，截面抗弯刚度对称，不会发生平面外失稳，提高了初期支护结构的整体稳定性；
[0022]2、箱形钢架30消除传统初期支护中工字钢或H型钢与喷射混凝土有死角不密实的问题，保证喷混凝土对箱形钢架的有效握裹，充分发挥箱形钢架喷射混凝土的结构强度。
[0023]3、可根据隧道周边围岩压力情况，如果需要增加某段支护的强度和刚度，可以通过在箱形钢架30内灌注混凝土而方便地实现，避免了传统上依靠不断增加工字钢架或H型钢架高度的做法。
[0024]参照图4，隧道开挖后，以拱墙范围初期支护设置箱形钢架的结构为例，拱顶段32箱形钢架30内不灌注混凝土，与传统工字型或H型钢支护相比，可减小支护结构自身重力，减小结构内力。而对左侧边墙段33、右侧边墙段34的箱形钢架30在安装之前先灌注混凝土，增大支护结构截面刚度及抗压强度，减小偏心距，从而大大改善初期支护结构受力性能。
[0025]参照图5，隧道开挖后，以全环初期支护设置箱形钢架的结构为例，拱顶段32箱形钢架30内不灌注混凝土，与传统工字型或H型钢支护相比，可减小支护结构自身重力，减小结构内力。而对左侧边墙段33、右侧边墙段34及仰拱段35的箱形钢架30在安装之前先灌注混凝土，增大支护结构截面刚度及抗压强度，减小偏心距，从而大大改善初期支护结构受力性能。
[0026]以上所述只是用图解说明本发明一种内设箱形钢架的初期支护构造的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
【主权项】
1.一种内设箱形钢架的初期支护构造，包括覆盖洞周围岩(10)的喷射混凝土层(20)，以及沿隧道开挖方向间隔埋设于喷射混凝土层(20)内的钢架，其特征是:所述钢架为其横截面呈矩形的箱形钢架(30)，该箱形钢架(30)由一对相互垂直且焊接为一体的翼缘板(30a)、腹板(30b)构成，箱形钢架(30)内除拱顶段(32)外灌注填充混凝土(31)。2.如权利要求1所述的一种内设箱形钢架的初期支护构造，其特征是:所述箱形钢架(30)由对接的左侧边墙段(33)、拱顶段(32)和右侧边墙段(34)构成，左侧边墙段(33)和右侧边墙段(34)内灌注填充混凝土(31)。3.如权利要求1所述的一种内设箱形钢架的初期支护构造，其特征是:所述箱形钢架(30)由对接的左侧边墙段(33)、拱顶段(32)、右侧边墙段(34)和仰拱段(35)构成，左侧边墙段(33)、右侧边墙段(34)和仰拱段(35)内灌注填充混凝土(31)。4.如权利要求1、2或3所述的一种内设箱形钢架的初期支护构造，其特征是:所述喷射混凝土层(20)由初喷混凝土层(20a)和复喷混凝土层(20b)复合构成，初喷混凝土层(20a)覆盖洞周围岩(1)，复喷混凝土层(20b)覆盖箱形钢架(30)。
【文档编号】E21D11/10GK106050261SQ201610409573
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】卿伟宸, 钟昌桂, 吴华, 高杨, 朱勇, 张磊, 郑伟, 孟祥磊, 曾宏飞, 黄华, 郑尚峰, 王芳
【申请人】中铁二院工程集团有限责任公司