基于限阻器的黄土隧道初期支护结构的制作方法

本实用新型属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种基于限阻器的黄土隧道初期支护结构。

背景技术：

随着我国大力推行“一带一路”及西部大开发政策，在我国西北地区大量建设交通基础设施，使穿越黄土地层的隧道工程越来越多。黄土地层具有多孔性、垂直节理发育、透水性强和沉陷性等地质特性，在隧道工程施工中易产生掌子面坍塌和初期支护结构大变形等情况，造成施工安全风险高、难度大。黄土是指在地质时代中的第四纪期间，以风力搬运的黄色粉土沉积物。老黄土是地质年代属于早、中更新世的黄土。包括早更新世的午城黄土和中更新世的离石黄土，土质密实，一般不具有湿陷性。对于处于黄土地层且隧道上部覆盖层大于隧道洞跨(即隧道开挖宽度)2.5倍的深埋隧道进行施工时，由于深埋隧道的埋深大，洞体周侧土层变形大。尤其是对于隧道开挖断面大于100m²的大断面隧道而言，洞体周侧土层变形非常大，因而对隧道初期支护结构的刚度和强度要求较高。另外，由于隧道初期支护结构整体受压，并且周侧土层在拱脚部位产生剪切滑移带，当隧道初期支护结构压应力超出抗压强度后便会导致拱脚产生压剪破坏，因而隧道初期支护结构极易发生破坏。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用多榀通过限阻器纵向连接为一体的格栅钢架对黄土隧道进行初期支护，具有足够的支护强度与刚度，并且支护稳固，同时通过限阻器能释放压力和结构内力，能有效解决黄土隧道初期支护易破坏的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征在于：包括多榀对所施工黄土隧道的隧道洞进行支护的格栅钢架和由一层喷射于隧道洞内壁上的混凝土形成的混凝土喷射层，多榀所述格栅钢架沿所施工黄土隧道的纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述格栅钢架均埋设于混凝土喷射层内；所述格栅钢架为对隧道洞进行全断面支护的竖向支护钢架，所述格栅钢架包括对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙支护架和对隧道洞底部进行支护的仰拱支护架，所述仰拱支护架的左右两端分别与所述拱墙支护架的左右两侧底部紧固连接；所述拱墙支护架的形状与隧道洞的拱墙横断面形状相同，所述仰拱支护架的形状与隧道洞的仰拱横断面形状相同；

每榀所述格栅钢架均由支撑于隧道洞拱部下方的拱部支架、连接于所述拱部支架左侧下方的左边墙支架和连接于所述拱部支架右侧下方的右边墙支架组成，所述左边墙支架和所述右边墙支架呈对称布设；

所述隧道洞内的所有左边墙支架通过多个左侧限阻器紧固连接为一体，每个所述左边墙支架中部均设置有一个所述左侧限阻器，每个所述左边墙支架均通过所述左侧限阻器分为左侧上支架和位于所述左侧上支架正下方的左侧下支架；多个所述左侧限阻器沿隧道纵向延伸方向由后向前连接为一体，每个所述左侧限阻器的后部均连接于一个所述左边墙支架的左侧上支架与左侧下支架之间，每个所述左侧限阻器的前端均与前一个所述左侧限阻器的后端连接；

所述隧道洞内的所有右边墙支架通过多个右侧限阻器紧固连接为一体，每个所述右边墙支架中部均设置有一个所述右侧限阻器，每个所述右边墙支架均通过所述右侧限阻器分为右侧上支架和位于所述右侧上支架正下方的右侧下支架；多个所述右侧限阻器沿隧道纵向延伸方向由后向前连接为一体，每个所述右侧限阻器的后部均连接于一个所述右边墙支架的右侧上支架与右侧下支架之间，每个所述右侧限阻器的前端均与前一个所述右侧限阻器的后端连接；

所述左侧限阻器和右侧限阻器的数量均与隧道洞内格栅钢架的数量相同，所述左侧限阻器和右侧限阻器的结构相同且二者均为钢板型限阻器；所述钢板型限阻器包括上连接钢板、位于上连接钢板正下方的下连接钢板和多个由前至后连接于上连接钢板与下连接钢板之间的限阻钢板，所述上连接钢板与下连接钢板呈平行布设，多个所述限阻钢板均与上连接钢板呈垂直布设。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：所述隧道洞内的所有左侧限阻器均布设于同一水平面上，所述隧道洞内的所有右侧限阻器均布设于同一水平面上。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：每榀所述格栅钢架中所述拱墙支护架的左右两侧拱脚外侧均设置有锁脚锚管。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：所述锁脚锚管由内至外逐渐向下倾斜且其与水平面之间的夹角为30°～45°。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：所述上连接钢板、下连接钢板和限阻钢板均为长方形钢板。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：所述限阻钢板与上连接钢板和下连接钢板之间均以焊接方式固定连接。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：每个所述左边墙支架中所述左侧上支架底部均支撑于上连接钢板的后部上方，所述左侧下支架顶部均支撑于下连接钢板的后部下方；每个所述左侧限阻器的上连接钢板前端均与前一个所述左侧限阻器的上连接钢板后端连接，每个所述左侧限阻器的下连接钢板前端均与前一个所述左侧限阻器的下连接钢板后端连接；

每个所述右边墙支架中所述右侧上支架底部均支撑于上连接钢板的后部上方，所述右侧下支架顶部均支撑于下连接钢板的后部下方；每个所述右侧限阻器的上连接钢板前端均与前一个所述右侧限阻器的上连接钢板后端连接，每个所述右侧限阻器的下连接钢板前端均与前一个所述右侧限阻器的下连接钢板后端连接。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：每个所述上连接钢板的后部上方均设置有前后两个用于连接所述左侧上支架或所述右侧上支架的上连接接头，两个所述上连接接头呈平行布设且二者均与上连接钢板呈垂直布设，所述左侧上支架底部和所述右侧上支架底部均卡装于两个所述上连接接头之间；

每个所述下连接钢板的后部下方均设置有前后两个用于连接所述左侧下支架或所述右侧下支架的下连接接头，两个所述下连接接头呈平行布设且二者均与下连接钢板呈垂直布设，所述左侧下支架顶部和所述右侧下支架顶部均卡装于两个所述下连接接头之间。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：每个所述上连接钢板的前部上方均由后向前设置有多根上连接钢筋，多根所述上连接钢筋均埋设于混凝土喷射层内；每个所述下连接钢板的前部下方均由后向前设置有多根下连接钢筋，多根所述下连接钢筋均埋设于混凝土喷射层内。

上述基于限阻器的黄土隧道初期支护结构，其特征是：多榀所述格栅钢架均呈竖直向布设，所述上连接钢板和下连接钢板呈水平布设，所述限阻钢板呈竖直向布设。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且投入施工成本较低。

2、施工简便，将预先加工成型的格栅钢架与钢板型限阻器进行拼接后，便可进行格栅钢架的支立施工；待带钢板型限阻器的格栅钢架支立完成后，便可进行混凝土喷射，完成隧道洞的初期支护施工。

3、使用效果好，采用多榀通过限阻器纵向连接为一体的格栅钢架对黄土隧道进行初期支护，具有足够的支护强度与刚度，并且支护稳固，同时通过限阻器能释放压力和结构内力，能有效解决黄土隧道初期支护易发生变形破坏的问题。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型钢板型限阻器的连接状态示意图。

附图标记说明:

1—隧道洞； 2—格栅钢架； 3—混凝土喷射层；

4—钢板型限阻器； 4-1—上连接钢板； 4-2—下连接钢板；

4-3—限阻钢板； 5—上连接接头； 6—下连接接头；

7—上连接钢筋； 8—下连接钢筋。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型包括多榀对所施工黄土隧道的隧道洞1进行支护的格栅钢架2和由一层喷射于隧道洞1内壁上的混凝土形成的混凝土喷射层3，多榀所述格栅钢架2沿所施工黄土隧道的纵向延伸方向由后向前进行布设，多榀所述格栅钢架2均埋设于混凝土喷射层3内；所述格栅钢架2为对隧道洞1进行全断面支护的竖向支护钢架，所述格栅钢架2包括对隧道洞1的拱墙进行支护的拱墙支护架和对隧道洞1底部进行支护的仰拱支护架，所述仰拱支护架的左右两端分别与所述拱墙支护架的左右两侧底部紧固连接；所述拱墙支护架的形状与隧道洞1的拱墙横断面形状相同，所述仰拱支护架的形状与隧道洞1的仰拱横断面形状相同；

每榀所述格栅钢架2均由支撑于隧道洞1拱部下方的拱部支架、连接于所述拱部支架左侧下方的左边墙支架和连接于所述拱部支架右侧下方的右边墙支架组成，所述左边墙支架和所述右边墙支架呈对称布设；

所述隧道洞1内的所有左边墙支架通过多个左侧限阻器紧固连接为一体，每个所述左边墙支架中部均设置有一个所述左侧限阻器，每个所述左边墙支架均通过所述左侧限阻器分为左侧上支架和位于所述左侧上支架正下方的左侧下支架；多个所述左侧限阻器沿隧道纵向延伸方向由后向前连接为一体，每个所述左侧限阻器的后部均连接于一个所述左边墙支架的左侧上支架与左侧下支架之间，每个所述左侧限阻器的前端均与前一个所述左侧限阻器的后端连接；

所述隧道洞1内的所有右边墙支架通过多个右侧限阻器紧固连接为一体，每个所述右边墙支架中部均设置有一个所述右侧限阻器，每个所述右边墙支架均通过所述右侧限阻器分为右侧上支架和位于所述右侧上支架正下方的右侧下支架；多个所述右侧限阻器沿隧道纵向延伸方向由后向前连接为一体，每个所述右侧限阻器的后部均连接于一个所述右边墙支架的右侧上支架与右侧下支架之间，每个所述右侧限阻器的前端均与前一个所述右侧限阻器的后端连接；

所述左侧限阻器和右侧限阻器的数量均与隧道洞1内格栅钢架2的数量相同，所述左侧限阻器和右侧限阻器的结构相同且二者均为钢板型限阻器4；所述钢板型限阻器4包括上连接钢板4-1、位于上连接钢板4-1正下方的下连接钢板4-2和多个由前至后连接于上连接钢板4-1与下连接钢板4-2之间的限阻钢板4-3，所述上连接钢板4-1与下连接钢板4-2呈平行布设，多个所述限阻钢板4-3均与上连接钢板4-1呈垂直布设。

本实施例中，多榀所述格栅钢架2呈均匀布设，相邻两榀所述格栅钢架2之间的间距为0.5m～0.8m。

实际施工时，可根据具体需要，对相邻两榀所述格栅钢架2之间的间距进行相应调整。

本实施例中，所述隧道洞1内的所有左侧限阻器均布设于同一水平面上，所述隧道洞1内的所有右侧限阻器均布设于同一水平面上。

本实施例中，所施工黄土隧道为深埋隧道且其为隧道开挖断面大于100m²的大断面隧道，所述深埋隧道指的是隧道上部覆盖层大于隧道洞跨(即隧道开挖宽度)2.5倍的隧道。

为有效控制所施工黄土隧道的隧道洞1发生变形，采用多榀所述格栅钢架2具有有效的支护强度和支护刚度，支护效果好。支护完成后，隧道洞1的沉降及收敛不明显，能满足黄土隧道的初期支护需求，避免黄土隧道内初支发生破坏并造成侵限段落。

本实施例中，每榀所述格栅钢架2中所述拱墙支护架的左右两侧拱脚外侧均设置有锁脚锚管。

并且，所述锁脚锚管由内至外逐渐向下倾斜且其与水平面之间的夹角为30°～45°。为进一步效果支护效果，每榀所述格栅钢架2中所述拱墙支护架的左右两侧拱脚外侧均设置有两个所述锁脚锚管。

本实施例中，所述锁脚锚管的长度不小于4m。

所述锁脚锚管是支撑格栅钢架2稳定并防止其沉降的重要构件，同时对隧道开挖后所产生的水平压力也起着有效的稳定作用，以增强隧道的安全性。同时，对所述锁脚锚管的长度和倾斜角度进行限定，能进一步确保隧道洞1的支护稳固性。本实施例中，所述锁脚锚管与格栅钢架2之间以焊接方式进行连接，能确保所述锁脚锚管与格栅钢架2之间固定牢固。同时，所述锁脚锚管采用砂浆填充密实，增加其刚度。

本实施例中，所述上连接钢板4-1、下连接钢板4-2和限阻钢板4-3均为长方形钢板。

并且，所述限阻钢板4-3与上连接钢板4-1和下连接钢板4-2之间均以焊接方式固定连接。

实际进行连接时，每个所述左边墙支架中所述左侧上支架底部均支撑于上连接钢板4-1的后部上方，所述左侧下支架顶部均支撑于下连接钢板4-2的后部下方；每个所述左侧限阻器的上连接钢板4-1前端均与前一个所述左侧限阻器的上连接钢板4-1后端连接，每个所述左侧限阻器的下连接钢板4-2前端均与前一个所述左侧限阻器的下连接钢板4-2后端连接；

每个所述右边墙支架中所述右侧上支架底部均支撑于上连接钢板4-1的后部上方，所述右侧下支架顶部均支撑于下连接钢板4-2的后部下方；每个所述右侧限阻器的上连接钢板4-1前端均与前一个所述右侧限阻器的上连接钢板4-1后端连接，每个所述右侧限阻器的下连接钢板4-2前端均与前一个所述右侧限阻器的下连接钢板4-2后端连接。

为使连接简便、可靠，并且使格栅钢架2的支护效果更稳固，防止格栅钢架2发生变形破坏，每个所述上连接钢板4-1的后部上方均设置有前后两个用于连接所述左侧上支架或所述右侧上支架的上连接接头5，两个所述上连接接头5呈平行布设且二者均与上连接钢板4-1呈垂直布设，所述左侧上支架底部和所述右侧上支架底部均卡装于两个所述上连接接头5之间；

每个所述下连接钢板4-2的后部下方均设置有前后两个用于连接所述左侧下支架或所述右侧下支架的下连接接头6，两个所述下连接接头6呈平行布设且二者均与下连接钢板4-2呈垂直布设，所述左侧下支架顶部和所述右侧下支架顶部均卡装于两个所述下连接接头6之间。

为确保钢板型限阻器4与混凝土喷射层3连接牢靠，每个所述上连接钢板4-1的前部上方均由后向前设置有多根上连接钢筋7，多根所述上连接钢筋7均埋设于混凝土喷射层3内；每个所述下连接钢板4-2的前部下方均由后向前设置有多根下连接钢筋8，多根所述下连接钢筋8均埋设于混凝土喷射层3内。

本实施例中，多榀所述格栅钢架2均呈竖直向布设，所述上连接钢板4-1和下连接钢板4-2呈水平布设，所述限阻钢板4-3呈竖直向布设。

本实施例中，所述上连接接头5和下连接接头6均为L形接头，所述上连接接头5与上连接钢板4-1之间以及下连接接头6与下连接钢板4-2之间均通过连接螺栓进行紧固连接。

为确保连接简便、可靠，所述上连接钢板4-1与上连接钢筋7之间以及下连接钢板4-2与下连接钢筋8之间均以焊接方式进行连接。

采用本实用新型对隧道洞1进行支护后，采用通过钢板型限阻器4进行纵向连接的多榀格栅钢架2对隧道洞1进行初期支护后，具有足够的支护强度与刚度，并且支护稳固。

同时，通过钢板型限阻器4能释放压力和结构内力，能有效解决黄土隧道初期支护易发生变形破坏的问题。未设置钢板型限阻器4时，隧道洞1的预留变形量数值为10cm～15cm；设置钢板型限阻器4后，隧道洞1的预留变形量数值为20cm～25cm。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。