一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构

本技术涉及软岩隧道支护，特别是指一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构体系。

背景技术：

1、随着我国交通基础设施建设的快速发展，在城市地下工程施工过程中涌现出了众多大断面、超大断面、近接或下穿等结构的隧道工程案例，严格的变形控制要求，加之工程建设的不确定性和地下环境的复杂性，给施工带来了极大的挑战。故如何在城市复杂环境下实现风险控制已成为地下工程安全施工亟待解决的技术难题。

2、在新奥法理念的基础上，浅埋暗挖法作为城市地下空间的一种重要施工方法，在城市地下隧道工程中发挥着不可替代的作用。目前主要采用分部开挖，但存在作业人员众多、工序交叉繁复、施工效率低、劳动强度大等问题。由于作业空间狭小使得大型机械难以施展，为了能发挥机械化施工的优势，需要适当地对隧道施工工法进行优化，将双侧壁导坑法、crd法、cd法等分部开挖方法尽可能转变为短台阶、大断面甚至全断面开挖方式。工法的改变会致使围岩压力的增加，变形控制难度显著提高，传统的支护方式如钢筋格栅锚喷支护、型钢锚喷支护可能难以达到及时支护和高强支护的要求。

3、同时，隧道工程中喷射混凝土的回弹量较高，普遍在30％左右，材料损失较大。所以“高回弹”是隧道工程施工长期面临的技术难题，造成了材料严重浪费，如何有效减少隧道喷射混凝土回弹量，实现减排降碳、高效绿色施工变得尤为重要。

4、因此，如何提供一种快速高效、安全环保的大断面软岩隧道高强支护体系成为本领域需要解决的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构。

2、本实用新型的具体技术方案如下：

3、一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构，包括系统锚杆、锁脚锚管和钢管格栅拱架，所述系统锚杆间隔地固定在所述钢管格栅拱架侧顶部的外侧壁上，所述锁脚锚管固定在所述钢管格栅拱架的拱脚处外侧壁上；所述钢管格栅拱架的内侧壁固设有混凝土喷层，所述混凝土喷层是由低回弹量的喷射混凝土喷射而形成的。

4、进一步方案，所述钢管格栅拱架是由多段拱架段拼装而成的，相邻拱架段之间通过连接端板连接。

5、更进一步方案，所述拱架段包括上主肢钢管和下主肢钢管，所述上主肢钢管和下主肢钢管均设有多个，其两端焊接在连接端板上，相邻连接端板之间通过螺栓固定连接。

6、优选的，所述上主肢钢管和下主肢钢管之间焊接有π形筋和u形筋。

7、本实用新型的支护结构主要包含系统锚杆、混凝土喷层和钢管格栅拱架，兼顾柔性支护与刚性支护的特点，体现了“刚中有柔，刚柔相济”的支护理念。充分发挥锚杆、喷射混凝土的优势，锚入岩体内部的锚杆与围岩融为一体，及时喷射混凝土封闭围岩，使围岩处于三向受力状态，形成组合结构协调承载，达到提高围岩力学性能，维护围岩稳定的目的。

8、在传统格栅形式的基础上，本实用新型以高强度无缝钢管为主受力件制成的一种新型钢管格栅拱架，相较于传统格栅提高了支护强度及刚度，增加了一次支护宽度，抗侧及抗扭性能明显增强，具有刚度大、强度高、稳定性好的特点，拼装成环后即可有效承载。本实用新型中的支护结构可适用于浅埋暗挖环境敏感段、隧道洞口段、穿越邻近既有结构、断层破碎带等复杂地下工程中，能够满足隧道的支护及稳定性需求。

9、本实用新型中的支护结构为高强度钢管格栅拱架，采用机械化安装作业，大幅度减轻工人劳动强度，降低劳动风险，同时加快了施工进度，保证了工程质量，很好地解决了城市高密集区大断面隧道变形控制、高效支护、快速施工等难题，丰富了我国暗挖隧道支护结构体系。

10、本实用新型中低回弹量的喷射混凝土的制备是先将砂子、碎石、水泥、矿物掺合料投入搅拌机中进行干拌，使混凝上干料混合均匀；再将聚羧酸盐高效减水剂溶于水后一起加入搅拌机中进行湿拌。而聚乙烯醇纤维采用“纤维后掺法”，将聚乙烯醇纤维掺入湿拌好的混凝上中搅拌，至聚乙烯醇纤维在混凝上内分散均匀。使制备的喷射混凝土的强度可以达到30mpa～45mpa，回弹量约为20％左右，比现有技术的喷射混凝土总体降低10％左右。

技术特征：

1.一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构，其特征在于：包括系统锚杆(1)、锁脚锚管(10)和钢管格栅拱架(8)，所述系统锚杆(1)间隔地固定在所述钢管格栅拱架(8)侧顶部的外侧壁上，所述锁脚锚管(10)固定在所述钢管格栅拱架(8)的拱脚处外侧壁上；所述钢管格栅拱架(8)的内侧壁固设有混凝土喷层(2)，所述混凝土喷层(2)是由低回弹量的喷射混凝土喷射而形成的。

2.根据权利要求1所述的一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构，其特征在于：所述钢管格栅拱架(8)是由多段拱架段拼装而成的，相邻拱架段之间通过连接端板(4)连接。

3.根据权利要求2所述的一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构，其特征在于：所述拱架段包括上主肢钢管(6)和下主肢钢管(3)，所述上主肢钢管(6)和下主肢钢管(3)均设有多个，其两端焊接在连接端板(4)上，相邻连接端板(4)之间通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构，其特征在于：所述上主肢钢管(6)和下主肢钢管(3)之间焊接有π形筋(5)和u形筋(7)。

技术总结
本技术公开一种大断面软岩隧道高强钢管格栅锚喷支护结构，支护结构包括系统锚杆、锁脚锚管和钢管格栅拱架，系统锚杆间隔地固定在钢管格栅拱架侧顶部的外侧壁上，锁脚锚管固定在所述钢管格栅拱架的拱脚处外侧壁上；钢管格栅拱架的内侧壁固设有混凝土喷层。本技术的支护结构兼顾柔性支护与刚性支护的特点，锚入岩体内部的锚杆并以混凝土喷层封闭围岩，使围岩处于三向受力状态，形成组合结构协调承载，提高围岩力学性能。

技术研发人员：宋远,李怀宾,李然
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：20230223
技术公布日：2024/1/13