一种软岩隧洞可排水让位支护结构及施工方法

1.本发明涉及软岩地下工程技术领域，尤其是一种软岩隧洞可排水让位支护结构及施工方法。


背景技术：

2.软岩具有强度低，变形模量小，流变效应明显，易产生大变形等特点，隧洞穿越软岩地层时，存在软弱岩土体大变形、浅埋洞段塌方冒顶、断层洞段涌水突泥等围岩变形破坏和地质灾害问题，特别是埋深较大的软岩洞段极易由于软岩大变形导致隧洞侵限等事故。
3.在隧道工程施工过程，允许围岩和初期支护发生一定程度的变形，最大限度的发挥围岩的自承能力，从而减小支护刚度，降低造价。传统的地下工程围岩控制方法对于复杂地质条件下地下工程，当隧洞围岩发生变形时，隧洞内移会挤压围岩时，容易造成锚杆断裂，钢拱架受力基中等问题；再加上软岩遇水软化作用明显，合理的增加支护结构的排水功能也是一个较好的选择；再者，收集典型的软弱围岩大变形工程资料，围岩变形量能达到500mm以上，传统让压支护结构主要用于缓解高地应力带来的冲击荷载，起到让压、防止锚杆破断的作用，但是让压量小，一般让压量在50mm以下。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种软岩隧洞可排水让位支护结构及施工方法，能够充分释放围岩变形能，排出围岩中的水，控制软岩大变形。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种软岩隧洞可排水让位支护结构，包括：可缩性钢拱架1、让位锚杆2、可缩性结构3、喷混凝土层5和锁脚锚杆6；若干可排水式让位锚杆2钻入隧洞周围围岩中，并交叉错落式分布在隧洞的拱顶和边墙，采用沿隧洞方向设置的多节可缩性钢拱架1，可缩性钢拱架1每节节点之间设置有针对不同岩性和地质构造的可缩性结构3，两侧设有锁脚锚杆6，钢拱架内侧设置有若干钢筋拉杆，各榀钢拱架之间通过所述钢筋拉杆连接，隧洞的边墙及顶拱内壁设置有覆盖钢拱架的挂网喷混凝土层5。
6.优选的，相邻的可缩性钢拱架1设置有若干高强螺栓31并与高强恒阻板32挤压，并同时利用若干卡缆扣33箍紧重合段。增强相邻可缩性钢拱架1之间的径向摩擦力，高强恒阻板32设置有轨道，可以使高强螺栓33穿过，从而通过两节可缩性钢拱架1重合段的不断增加，增加相邻可缩性钢拱架1的环向位移，达到可缩性钢拱架1让位的效果。
7.优选的，相邻的可缩性钢拱架1上设有楔形块，使之在施工时便与围岩充分接触。
8.优选的，可排水让位锚杆2包括：杆体21、高强螺母22、让位构件和托盘26，杆体21上布置有排水孔27和螺纹28，让位构件包括挤压头23和套筒25，高强螺母22利用杆体21的螺纹28固定挤压头23的位置，套筒25包括外侧套筒251、中间套筒252和内侧套筒253，三个套筒焊接在托盘26上，固定其位置，外侧套筒251强度较高，中间套筒252偏软，内侧套筒253强度降低，选用橡胶增加与挤压头23的摩擦力，挤压头23为倒梯形并嵌在套筒25内，其下沿最小直径小于内侧套筒253直径，上沿最大直径在内侧管壁及中间管壁直径之间。当让位锚
杆受力达到设定的让位起始荷载后，让位构件开始生效，并经过较长的位移后限制让位构建继续变形。
9.相应的，一种软岩隧洞可排水让位支护结构的施工方法，包括如下步骤：
10.步骤1、根据工程勘察资料、围岩等级，设计隧洞断面尺寸、支护及施工方案；
11.步骤2、隧洞开挖，开挖完成一个循环开挖进尺后，立即对所述隧洞顶拱及边墙预喷素混凝土层，随后在所述隧洞顶拱、边墙及底板4位置架设可缩性钢拱架1，并注意可缩性钢拱架1可缩性节点的安装，所述钢拱架架设后应立即挂网喷混凝土层5；
12.步骤3、可排水式让位锚杆2打入围岩中并交叉错落式分布在隧洞的顶拱和边墙，利用可排水式让位锚杆2可以有效的处理地下水，降低衬砌水压力，在隧洞内形成围岩稳定受力圈，对所述隧洞顶拱及边墙采用eva复合防水板进行覆盖；
13.步骤4、在所述隧洞顶拱、边墙及底板4部位立模浇筑厚衬砌混凝土，待所述衬砌混凝土浇筑完成并达到70％设计强度后，对所述隧洞顶拱部位所述衬砌混凝土和围岩之间进行回填灌浆。
14.本发明的有益效果为：通过钢拱架对开挖后的隧洞提供内部支撑并利用可排水让位锚杆为围岩提供主动支护，通过让位移可以很好的改善围岩受力，降低软岩流变作用带来的风险，并满足新奥法施工要求；钢筋拉杆分布于钢拱架内外两侧，各榀钢拱架之间通过所述钢筋拉杆连接，并通过浇筑挂网喷混凝土层，形成整体支护钢拱架结构；钢拱架还设有锁脚锚杆插入岩体，将钢拱架和岩体紧密固定，在隧洞内形成围岩稳定受力圈，避免或减少了隧洞支护问题造成的塌方事故，可应对软岩隧洞的支护需求，可操作性强，并且能够适应多数施工要求。
附图说明
15.图1为本发明的软岩隧洞可排水让位支护结构示意图。
16.图2为本发明的可缩性钢拱架节点结构示意图。
17.图3为本发明的可排水让位锚杆示意图。
18.图4为本发明的可排水让位锚杆剖面示意图。
19.其中，1、可缩性钢拱架；2、让位锚杆；3、可缩性结构；4、底板；5、喷混凝土层；6、锁脚锚杆；21、杆体；22、高强螺母；23、挤压头；25、套筒；251、外层套筒；252、中层套筒；253、里层套筒；26、托盘；27、排水孔；28、螺纹；31、高强螺栓；32、高强恒阻板；33、卡缆扣。
具体实施方式
20.如图1
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4所示，一种软岩隧洞可排水让位支护结构，包括：可缩性钢拱架1、让位锚杆2、可缩性结构3、喷混凝土层5和锁脚锚杆6；若干可排水式让位锚杆2钻入隧洞周围围岩中，并交叉错落式分布在隧洞的拱顶和边墙，采用沿隧洞方向设置的多节可缩性钢拱架1，可缩性钢拱架1每节节点之间设置有针对不同岩性和地质构造的可缩性结构3，两侧设有锁脚锚杆6，钢拱架内侧设置有若干钢筋拉杆，各榀钢拱架之间通过所述钢筋拉杆连接，隧洞的边墙及顶拱内壁设置有覆盖钢拱架的挂网喷混凝土层5。
21.相邻的可缩性钢拱架1设置有若干高强螺栓31并与高强恒阻板32挤压，并同时利用若干卡缆扣33箍紧重合段。增强相邻可缩性钢拱架1之间的径向摩擦力，高强恒阻板32设
置有轨道，可以使高强螺栓33穿过，从而通过两节可缩性钢拱架1重合段的不断增加，增加相邻可缩性钢拱架1的环向位移，达到可缩性钢拱架1让位的效果。
22.相邻的可缩性钢拱架1上设有楔形块，使之在施工时便与围岩充分接触。
23.可排水让位锚杆2包括：杆体21、高强螺母22、让位构件和托盘26，杆体21上布置有排水孔27和螺纹28，让位构件包括挤压头23和套筒25，高强螺母22利用杆体21的螺纹28固定挤压头23的位置，套筒25包括外侧套筒251、中间套筒252和内侧套筒253，三个套筒焊接在托盘26上，固定其位置，外侧套筒251强度较高，中间套筒252偏软，内侧套筒253强度降低，选用橡胶增加与挤压头23的摩擦力，挤压头23为倒梯形并嵌在套筒25内，其下沿最小直径小于内侧套筒253直径，上沿最大直径在内侧管壁及中间管壁直径之间。当让位锚杆受力达到设定的让位起始荷载后，让位构件开始生效，并经过较长的位移后限制让位构建继续变形。
24.设置有高强螺帽31，与高强让位挤压头23，并设置三层套筒25，从内向外套筒强度逐渐增加，充分利用最内侧套筒的耗能作用与最外侧套筒的挤压作用，在恒定锚杆受力情况下让围岩充分变形。
25.托盘26采用大面积的q500钢材，保证锚杆受力的稳定性。
26.相应的，一种软岩隧洞可排水让位支护结构的施工方法，包括如下步骤：
27.步骤1、根据工程勘察资料、围岩等级，设计隧洞断面尺寸、支护及施工方案；
28.步骤2、隧洞开挖，开挖完成一个循环开挖进尺后，立即对所述隧洞顶拱及边墙预喷素混凝土层，随后在所述隧洞顶拱、边墙及底板4位置架设可缩性钢拱架1，并注意可缩性钢拱架1可缩性节点的安装，所述钢拱架架设后应立即挂网喷混凝土层5；
29.步骤3、可排水式让位锚杆2打入围岩中并交叉错落式分布在隧洞的顶拱和边墙，利用可排水式让位锚杆2可以有效的处理地下水，降低衬砌水压力，在隧洞内形成围岩稳定受力圈，对所述隧洞顶拱及边墙采用eva复合防水板进行覆盖；
30.步骤4、在所述隧洞顶拱、边墙及底板4部位立模浇筑厚衬砌混凝土，待所述衬砌混凝土浇筑完成并达到70％设计强度后，对所述隧洞顶拱部位所述衬砌混凝土和围岩之间进行回填灌浆。
31.本发明主要通过钢拱架对开挖后的隧洞提供内部支撑并利用可排水让位锚杆为围岩提供主动支护，可以很好的改善锚杆及钢拱架受力，满足新奥法施工要求。钢筋拉杆分布于钢拱架内外两侧，各榀钢拱架之间通过所述钢筋拉杆连接，并通过浇筑挂网喷混凝土层，形成整体支护钢拱架结构。钢拱架还设有锁脚锚杆插入岩体，将钢拱架和岩体紧密固定，在隧洞内形成围岩稳定受力圈，避免或减少了隧洞支护问题造成的塌方事故。本发明的技术方案可应对软岩隧洞的支护需求，可操作性强，并且能够适应多数施工要求。