一种适用于隧道大变形的自适应调压柔性支护装置

本实用新型涉及隧洞工程技术领域，特别涉及一种适用于隧道大变形的自适应调压柔性支护装置。

背景技术：

隧洞工程经常会穿越诸多不良地层，如软弱围岩、断层带等，施工和运营期间容易遭遇挤压大变形和碎胀大变形，给隧洞工程安全造成了重大挑战。

目前，国际通行的隧道支护方案仍以喷射混凝土+锚杆+钢拱架的联合支护为主，当遭遇挤压、碎胀等大变形时，常采用增大喷射混凝土厚度、增加钢拱架密度或刚度等刚性支护方案。但由于刚性支护允许变形小，施工成本高，且一旦刚性支护破坏，将无法再具有控制围岩变形的作用，而且，受围岩不均匀大变形的影响，此类支护方案易导致衬砌结构承受不利的偏压荷载，严重危害衬砌结构的安全。

国内外各式各样的柔性让压支护均在隧洞挤压、碎胀等大变形中取得了一定的效果，然而现有技术尚不能在高承载力、大变形量及荷载稳定三个方面同时满足要求，且易导致衬砌结构呈现偏压应力状态。

技术实现要素：

本申请提供了一种适用于隧道大变形的自适应调压柔性支护装置，解决或部分解决了现有技术尚不能在高承载力、大变形量及荷载稳定三个方面同时满足要求的技术问题；实现了可较好地满足在高承载力、大变形量及荷载稳定三个方面的要求，最大程度保证隧洞的稳定性，能承受较高的围岩应力，避免承受不利于衬砌结构受力的偏压荷载。

本申请所提供的一种适用于隧道大变形的自适应调压柔性支护装置，包括：围岩基座、初支、水囊、支撑桩及二衬，其中，

所述围岩基座设置在隧洞内底部；

所述初支设置在所述隧洞的内壁；

所述二衬设置在所述围岩基座上；

所述水囊设置在所述初支与所述二衬之间，所述水囊充满填充液后两端抵靠在所述围岩基座上；

所述支撑桩设置在所述水囊的端部，所述支撑桩一端深入并固定在所述围岩基座上，另一端固定在所述二衬上，所述支撑桩用于固定所述二衬；

所述围岩基座、初支、水囊及所述二衬都沿隧洞纵向布置。

作为优选，所述围岩基座、所述初支及所述二衬与所述水囊接触部位都填充有柔性材料。

作为优选，所述隧洞可沿纵向分段布置多个所述自适应调压柔性支护装置，相邻所述自适应调压柔性支护装置之间设置有隔断，所述支撑桩位于在所述隔断位置。

作为优选，所述水囊上设置有注水口及受压排水口，用于向所述水囊注入及排放填充液；所述受压排水口上设置有排压阀；所述二衬上对应所述注水口设置有注水孔，对应所述受压排水口设置有排水孔。

作为优选，包括多个所述受压排水口，分别沿所述隧洞横向断面对称布置；所述注水口设置在所述水囊上对应所述隧洞拱顶的位置。

作为优选，所述水囊还设置有水压测量计。

作为优选，所述二衬开设有检修门。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请可根据工程实际需求，在隧洞二衬与围岩之间布设水囊，通过设定不同的水压为隧洞工程提供不同的支护应力；并通过水囊上的排压阀实现隧洞在大变形过程中水囊内水压力值的恒定，保障隧洞二衬的安全。因此，本柔性装置可最大程度保证隧洞的稳定性，能承受较高的围岩应力，避免衬砌结构承受不利的偏压荷载。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例提供的自适应调压柔性支护装置的横向断面示意图；

图2为本申请实施例提供的自适应调压柔性支护装置的垂直纵向断面示意图；

图3为本申请实施例提供的自适应调压柔性支护装置的水平纵向断面示意图；

图4为本申请实施例提供的自适应调压柔性支护装置安装方法的流程示意图。

(附图中各标号代表的部件依次为：1初支、2水囊、3受压排水口、4注水口、5二衬、6围岩基座、7检修门、8隔断、9排压阀、10水压测量计、11支撑桩)

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见附图1～3，本申请所提供的适用于隧道大变形的自适应调压柔性支护装置，包括：围岩基座6、初支1、水囊2、支撑桩11及二衬5，其中，围岩基座6设置在隧洞底部；初支1设置在隧洞的内壁；二衬5设置在围岩基座6上；水囊2设置在初支1与二衬5之间，水囊2充满填充液后两端抵靠在围岩基座6上；支撑桩设置在水囊的端部，支撑桩一端深入并固定在围岩基座6上，另一端固定在二衬5上，支撑桩11用于固定二衬5；围岩基座6、初支1、水囊2及二衬5都沿隧洞纵向布置。

进一步的，围岩基座6、初支1及二衬5与水囊2接触部位都填充有柔性材料，使各个接触部位尽量光滑平整，避免隧洞初支局部尖锐部位破坏水囊2，柔性材料可以采用石棉、土工布等，用于保护水囊，避免被尖锐石块或岩体刺破。

隧洞可沿纵向分段布置多个自适应调压柔性支护装置，相邻自适应调压柔性支护装置之间设置有隔断8，支撑桩11位于在隔断8位置；作为优选的实施例，每一个自适应调压柔性支护装置的长度可以设置为2～3m，合适的长度既可保证支撑强度和支护效果，也能避免过长后造成的施工、安装困难，设备故障排查困难。

水囊2材质可采用厚壁橡胶，容许的变形量可按照工程设计时预设的挤压大变形或碎胀大变形的极限值进行设置。

水囊2上设置有注水口4及受压排水口3，用于向水囊2注入及排放填充液；受压排水口3上设置有排压阀9；二衬5上对应注水口4设置有注水孔，对应受压排水口3设置有排水孔。包括多个受压排水口3，具体可以为4个，分别沿隧洞横向断面对称布置；注水口4设置在水囊2上对应隧洞拱顶的位置。水囊2还设置有水压测量计10。

当隧洞围岩出现大变形时，围岩变形挤压水囊2，使得水囊2内水压升高；同时，水囊2内水压升高后，水囊2内的水通过排压阀9，经受压排水口3，排出部分水分，使得水囊2内水压降至初始设定水压值，从而保障二衬5的受力安全；水压测量计10可实时检查水囊2内的水压值，从而可判断受压排水口3和排压阀9是否通畅，也可据此对水囊2内进行补水或放水。

进一步的，二衬5开设有检修门7，当监测到水囊2、受压排水口3及注水口4出现问题时，可通过检修门7处进入进行检修。

本柔性装置为可较好地满足在高承载力、大变形量及荷载稳定三个方面的要求。同时，本发明装置可根据工程实际需求，在隧洞二衬与围岩之间布设厚壁橡胶水囊，通过设定不同的水压为隧洞工程提供不同的支护应力；并通过水囊上的排压阀实现隧洞在大变形过程中水囊内水压力值的恒定，保障隧洞二衬的安全。因此，本柔性装置可最大程度保证隧洞的稳定性，能承受较高的围岩应力，避免衬砌结构承受不利的偏压荷载。

基于同样的发明构思，本申请还提供了一种适用于隧道大变形的自适应调压柔性支护装置的安装方法，参见附图4，包括以下步骤：

步骤一：隧洞开挖，预留围岩基座6，并沿隧洞的初支部位施工初支1；随掌子面开挖，按设置的隔断8间距安装支撑桩11；

步骤二：将未充水的水囊2牵平放置在初支1与二衬5之间的设计位置；

步骤三：封闭受压排水口3，通过注水口4向水囊2注水；

步骤四：水囊2注水至一定预设压力后，进行二衬5的修筑，二衬5修筑完成后，继续注水将水囊中水压增至指定压力，自适应调压柔性支护装置安装完成。

进一步的，当需进行多个自适应调压柔性支护装置的安装时，前一个自适应调压柔性支护装置的二衬5修筑完成后，进行隔断8设置，再根据隧洞的纵向长度及开挖进尺，依次重复上述步骤一到步骤四，完成后一个自适应调压柔性支护装置的安装。

在安装过程中，将柔性材料填充在水囊2与围岩基座6、初支1及二衬5的接触部位；步骤二完成时，使水囊2的两端抵至围岩基座6，受压排水口3及注水口4通过临时支撑进行固定。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。