一种用于高地应力软岩隧道大变形控制的让压初支结构的制作方法

本实用新型属于隧道支护技术领域，具体涉及一种用于高地应力软岩隧道大变形控制的让压初支结构。

背景技术：

随着我国中西部地区交通基础设施建设需求的日益增长，大量深埋长大隧道应运而生，其中不可避免地将遭遇大量高地应力软岩地层，给隧道支护设计与施工带来重大挑战。隧道穿越深埋软弱地层时，高地应力、开挖强卸荷与扰动作用将导致围岩发生较为严重的挤压变形，且随着围岩变形量的增大，致使初期支护出现衬砌开裂侵限、锚杆拉断、钢拱架扭曲等严重病害，影响整个支护结构体系的施工并造成重大经济损失。

为了充分发挥围岩的自承载能力，部分学者基于“先让后抗”支护理念提出了让压支护技术，其中以让压锚杆与可缩性钢拱架最为典型。然而，目前已有的让压锚杆普遍存在作业效率低、施工成本高等缺陷，无法较好地满足隧道施工进度及成本要求。可缩性钢拱架主要利用拱架接头摩擦吸收围岩变形释放的能量，从而起到让压目的；然而目前所采用的可缩性钢架接头刚度较小，在较大的围岩压力作用下容易发生破坏从而导致拱架的整体失稳。为了能够实现高地应力软岩隧道初期支护的有效让压，并保证初支体系的整体稳定性，需要设计一种施工简便、实用性强的让压初支结构。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于高地应力软岩隧道大变形控制的让压初支结构，以便解决上述提到的技术问题。

本实用新型的技术方案是：

一种用于高地应力软岩隧道大变形控制的让压初支结构，包括：

多个方形钢管；

多个变形缝，沿隧道的纵向设置在隧道的喷混凝土层上，每个变形缝内分别卡装一个所述方形钢管；

多个平行设置的钢拱架，沿隧道的横向设置，每个钢拱架均包括：至少一个拱架一和至少两个拱架二，拱架一和拱架二之间设置有拱架接头，拱架接头通过连接件分别与拱架一和拱架二连接，所述拱架一和拱架二的端部之间的距离可调，所述拱架接头与方形钢管固定。

优选的，所述拱架接头包括：

筒体，其两端口的内径尺寸分别与拱架一和拱架二的端部匹配；

多个滑槽，平行设置在所述筒体的其中一个侧面上，靠近其中一个端口设置；

多个安装孔，均布设置在滑槽所在侧面上，紧靠另一个端口设置。

优选的，所述拱架接头与锁脚锚杆固定，所述锁脚锚杆固定在隧道的洞壁上。

优选的，所述锁脚锚杆之间均布设置有多个固定在隧道的洞壁上的系统锚杆。

优选的，所述锁脚锚杆、系统锚杆均与铺设在喷混凝土层内的钢筋网固定。

优选的，所述钢拱架的两端分别与仰拱固定连接。

优选的，所述方形钢管上开设有多个注浆孔，所述注浆孔设置在紧靠隧道内壁的侧面。

本实用新型提供的一种用于高地应力软岩隧道大变形控制的让压初支结构，其有益效果有：

该让压初支结构可根据大变形预测等级灵活调整拱架接头数量与方形钢管截面尺寸，因此具有较强的实用性；初支体系中所采用的工字型钢拱架、方形钢管、锚杆等为隧道支护常用构件，无需额外定制；方形钢管受压缩变形较为稳定，一定程度上能够保证围岩收敛变形过程中混凝土喷层与方形钢管不发生扭曲破坏，且在变形后可通过预留注浆孔进行注浆填充，进一步提高初支体系的稳定性；此外，型钢拱架、拱架接头与方形钢管连接简易、施工便捷，具有较高的可行性，实用性强，值得推广。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的内壁局部放大图；

图3为本实用新型的钢拱架接头的正视图；

图4为本实用新型的钢拱架接头的俯视图。

附图标记：

1、让压初支结构；2、钢拱架；2-1、拱架一；2-2、拱架二；3、仰拱；4、钢筋网；5、喷混凝土层；6、拱架接头；7、滑槽；8、螺栓；9、方形钢管；10、焊缝；11、注浆孔；12、锁脚锚杆；13、系统锚杆。

具体实施方式

本实用新型提供了一种用于高地应力软岩隧道大变形控制的让压初支结构，下面结合图1到图4的结构示意图，对本实用新型进行说明。

实施例1

一种用于高地应力软岩隧道大变形控制的让压初支结构，包括：多个变形缝、多个方形钢管9和多个平行设置的钢拱架2。

其中，多个变形缝，沿隧道的纵向开设在隧道的喷混凝土层5上。

多个方形钢管9分别一一对应的卡装在所述变形缝内。

沿隧道的横向设置有多个平行设置的钢拱架2。

其中，每个钢拱架2由至少一个拱架一2-1和至少两个拱架二2-2组合拼装而成，在拱架一2-1和拱架二2-2的端接头处设置有拱架接头6，拱架接头6与方形钢管9固定，拱架接头6通过连接件分别与拱架一2-1和拱架二2-2连接，拱架一2-1和拱架二2-2的端部之间的距离可通过拱架接头6实现可调。

其中，连接件可以是螺钉或者螺栓的其中一种。

具体的，本实用新型中应用的拱架接头6的结构包括：

与方形钢管9固定的筒体，其两端口的内径尺寸分别与拱架一2-1和拱架二2-2的端部匹配，所述筒体的其中一个侧面上平行设置有多个滑槽7，多个滑槽7靠近其中一个端口设置。

多个安装孔，均布设置在滑槽7所在侧面上，紧靠另一个端口设置。

进一步的，拱架接头6与锁脚锚杆12固定，锁脚锚杆12固定在隧道的洞壁上。

进一步的，锁脚锚杆12之间均布设置有多个固定在隧道的洞壁上的系统锚杆13。

进一步的，锁脚锚杆12、系统锚杆13均与铺设在喷混凝土层5内的钢筋网4固定。

进一步的，钢拱架2的两端分别与仰拱3固定连接。

进一步的，方形钢管9上开设有多个注浆孔11，注浆孔11设置在紧靠隧道内壁的侧面，用于在隧道变形稳定后，通过注浆孔11对方形钢管9内进行注浆充填来提高初支体系的稳定性。

具体的，如图1所示，本实用新型的结构主要包括：

钢拱架2、拱架接头6、方形钢管9、钢筋网4、喷混凝土层5、锁脚锚杆12和系统锚杆13，共同构成让压初支结构1，下面结合具体实施方式对该实用新型的让压初支结构1的主要工作原理详细叙述。

钢筋网4设置在喷混凝土层5中，用锁脚锚杆12和系统锚杆13固定其位置。

如图2所示，拼装式工字型钢拱架2通过拱架接头6拼装连接形成单榀完整拱架，其中，拱架二2-2的上端部分插入拱架接头6，并采用螺栓8将钢拱架2的翼缘与其连接紧固；如图3和图4所示，拱架一2-1的下端部分插入拱架接头6，并采用螺栓8将钢拱架2的翼缘与拱架接头6连接，拱架接头6上采用长条形滑槽7，从而允许拱架一2-1与拱架接头6之间能够发生一定的轴向相对位移，并通过长条形滑槽7的长度调节单个接头的最大允许位移量。

在隧道初喷混凝土层5的纵向设置变形缝，并采用方形钢管9填充，如图3所示，方形钢管9通过焊接的形式与相邻两榀拱架的拱架接头6连接，其中，只在方形钢管9的下边缘与接头连接处设置焊缝10，方形钢管9的上下面均与喷混凝土层5紧密贴合。

如图1所示，每榀完整拱架设置4个拱架接头6（也可根据软岩大变形隧道的挤压性等级预测适当增加或减少），并在拱架接头6上打设锁脚锚杆12，从而增强拱架的整体稳定性。

每榀完整钢拱架2与仰拱3闭合成环，结合系统锚杆13、喷混凝土层5、纵向连接方形钢管9，共同作用形成一种用于高地应力软岩隧道大变形控制的让压初支结构。

当隧道遭遇软岩大变形时，围岩发生收敛变形导致初衬喷混凝土层5环向挤压方形钢管9的上下表面，方形钢管9受压变形并释放一定围岩压力，从而使围岩-支护体系达到新的平衡状态；与此同时，围岩收敛挤压钢拱架2致使拱架一2-1与拱架二2-2在拱架接头6中发生相对位移；特别地，如图2所示，由于拱架一2-1通过长条形滑槽7与拱架接头6进行连接，从而保证方形钢管9受压缩变形与相邻连接的拱架变形协调。在方形钢管9沿隧道内壁的侧面上部设置若干注浆孔11，当隧道变形稳定后，通过注浆孔11对方形钢管9内进行注浆充填，可进一步提高初支体系的稳定性。

本实用新型技术原理简单，所用部件中除拱架接头需设计定制外，其余均为常规构建，结构安装简便且易于操作，能够较好地解决高地应力软岩隧道大变形问题，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本实用新型的较佳具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。