一种大变形隧道自适应滑移让压器及其钢拱架的制作方法

本技术涉及隧道施工，特别涉及一种大变形隧道自适应滑移让压器及其钢拱架。

背景技术：

1、随着我国铁路工程的持续发展，隧道建设规模和难度不断加大，穿越软岩和破碎带的隧道工程持续涌现，而过大的围岩变形会引起支护的失效，对现有的强支硬顶支护体系提出了极大的挑战。通常软岩和破碎带地质体具有强度低、孔隙度大、胶结性差，多夹杂松散岩层的特点，在隧道穿越施工过程中，易出现隧道围岩大变形现象，表现为明显的非线性大变形特征。采用传统钢拱架进行初期支护时，易出现局部扭曲、整体折断、法兰节点破坏、搭接部位撕裂折损等问题。因此，隧道围岩开始大变形时，传统钢拱架因其过高的强度只能产生较小的变形量，而随着钢拱架内应力的不断增加，直至超过结构承载极限，导致支护体系整体失效。

2、目前，针对大变形隧道支护的研究以设置隔离层及柔性元件为主。隔离层多采用高压缩性材料设置在结构与围岩之间，其施工成本较大，支护效果难以保证。柔性元件主要为特制的u型可缩钢架及约束混凝土钢架，其中u型钢与隧道常用的h型及工字钢存在差异，u型可缩钢架的拓展性较差且加工精度要求高，成本高昂；约束混凝土钢架的中空钢架内填充混凝土时，难以保证完全填充，未填充段易出现折断，导致支护体系整体失效，且中空钢架内注浆的操作难度大，成本较高。

3、经检索，公开号为cn210483744u、名称为一种适用于大变形软岩隧道的自适应复合衬砌结构的中国专利，该自适应复合衬砌结构由由外向内依次设置的早强初期支护结构层和二次衬砌层构成，早强初期支护结构层由外层和内层构成，其外层和内层均为混凝土一体喷射成型，在外层和内层之间设有让压自适应子结构，二次衬砌层采用钢筋混凝土喷射成型，让压自适应子结构包括泡沫混凝土预制件及多榀相互平行的由多段工字钢以及多个连接相邻两段工字钢的滑移节点构成，在采用以上现有技术中的让压自适应结构对围岩大变形支护中存在以下问题：

4、1、由于该结构滑移运动形式多变，且各形式的阻力值均不相同，会出现装置两端钢构同时滑移、或两端中的其中一端滑移、或两端钢构同时滑移至某距离时一端停止滑移、或一端滑移至某距离时两端钢构同时滑移、或两端钢构同时滑移但不等速等情况，以上中的任一种情况都会使阻力值出现变动，从而导致整体支护结构易失稳。

5、2、由于该让压自适应子结构为多段工字钢及多个连接相邻两段工字钢的滑移节点，其产生恒阻力的摩擦作用面为翼缘的腿内、外侧面，因翼缘的腿内侧面为斜曲面，而内置工字槽钢的腿外侧面为平直面，二者仅在螺栓预紧力作用下接触，摩擦作用面大小实时变化，会使滑移阻力实时变化，容易引起整体支护结构失稳。

技术实现思路

1、针对上述已有技术中存在的问题，本实用新型的一种大变形隧道自适应滑移让压器及其钢拱架通过设置仰拱拱架、顶拱拱架、侧拱拱架，将其通过三个自适应滑移让压器连接，在两两连接的其中一端形成固定端，在另一端通过槽钢上设置的长槽孔形成可调节阻尼值大小的恒阻滑移端，该自适应滑移让压钢拱架通过采用本实用新型提供的方法安装在隧道的围岩处，以起到对隧道的有效支护，在隧道围岩产生大变形时，通过本实用新型的钢拱架连接处设置的自适应滑移让压器在滑移端进行恒阻滑移，从而使该钢拱架产生较大的内应力以适应隧道围岩的大变形，从而使该结构在恒阻滑移时确保结构稳定。

2、本实用新型的技术方案是通过以下技术手段得以实现的：

3、一种大变形隧道自适应滑移让压器及其钢拱架，包括两组开孔垫板、两个槽钢、若干高强螺栓，两组开孔垫板分别设在两个槽钢的两端，两个槽钢拼接形成滑移让压段，滑移让压段设有至少一条长槽孔和至少一组螺栓标准孔。

4、为实现上述技术目的，本实用新型的第一优选方案为：滑移让压段的长槽孔和与其对应的一个拱架通过两组开孔垫板配合高强螺栓夹设连接，形成恒阻滑移端；滑移让压段的螺栓标准孔和与其对应的另一个拱架也通过两组开孔垫板配合高强螺栓夹设连接，形成固定端。

5、通过以上技术方案，本实用新型的第二优选方案为：钢拱架是由两个顶拱拱架、两个侧拱拱架以及仰拱拱架组成的与隧道截面相适配的拱架结构；两个顶拱拱架、一个侧拱拱架和与其相邻的一个顶拱拱架之间均设有自适应滑移让压器。

6、与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果如下：

7、1、本实用新型通过设置仰拱拱架、两个顶拱拱架、两个侧拱拱架以及三个自适应滑移让压器，将拱顶位的自适应滑移让压器的两端与两个顶拱拱架连接，两个拱侧位的自适应滑移让压器一端与顶拱拱架连接、另一端与侧拱拱架连接，再将仰拱拱架的两端分别与侧拱拱架的下端连接，形成与隧道围岩截面相适配的闭环钢拱架结构，通过在拱架的相互连接位设置滑移端，实现拱架的恒阻滑移，整体闭环钢拱架结构在大变形隧道的围岩压力作用下实现自适应滑移让压，解决了传统型钢拱架可压缩量较小以至于在大变形隧道内其整体稳定性不能保证的问题，提高了限制围岩破裂损伤区扩展的约束能力，避免了因隧道大变形导致的钢拱架局部扭曲、整体折断、法兰节点破坏、搭接部位撕裂折损等问题，降低了隧道支护体系整体失效的风险。

8、2、本实用新型的自适应滑移让压器设置两组开孔垫板、两个槽钢和若干高强螺栓，两个槽钢均为一端开设螺栓标准孔、另一端开设长槽孔，通过将若干个高强螺栓穿过槽钢的螺栓标准孔、拱架的腹板的连接孔后固定形成固定端，将若干个高强螺栓穿过槽钢的长槽孔、拱架的腹板的连接孔后形成恒阻滑移端，使得钢拱架的两个顶拱拱架、两个侧拱拱架可以在受到隧道大变形的作用力下，自适应滑移让压器的滑移端带着拱架的腹板在槽钢的长槽孔中沿槽道实现恒阻滑移，释放钢拱架的部分内应力，可有效避免隧道大变形引起的钢拱架局部扭曲或部分折断的问题，从而使其对隧道围岩形成稳定支护。

技术特征：

1.一种大变形隧道自适应滑移让压器，其特征在于，包括两组开孔垫板(5)、两个槽钢(6)、若干高强螺栓(7)，两组开孔垫板(5)分别设在两个槽钢(6)的两端，两个槽钢(6)拼接形成滑移让压段，滑移让压段设有至少一条长槽孔(61)和至少一组螺栓标准孔(62)。

2.根据权利要求1所述的一种大变形隧道自适应滑移让压器，其特征在于，滑移让压段的长槽孔(61)和与其对应的一个拱架通过两组开孔垫板(5)配合高强螺栓(7)夹设连接，形成恒阻滑移端；滑移让压段的螺栓标准孔(62)和与其对应的另一个拱架也通过两组开孔垫板(5)配合高强螺栓(7)夹设连接，形成固定端。

3.一种大变形隧道自适应滑移让压钢拱架，其特征在于，钢拱架是由两个顶拱拱架(2)、两个侧拱拱架(3)以及仰拱拱架(1)组成的与隧道截面相适配的拱架结构；两个顶拱拱架(2)、一个侧拱拱架(3)和与其相邻的一个顶拱拱架(2)之间均设有如权利要求1-2任一项所述的自适应滑移让压器(4)。

技术总结
本技术提供一种大变形隧道自适应滑移让压器及钢拱架，属于隧道施工技术领域，针对目前已有的结构中滑移阻力实时变化会导致整体结构失稳的问题，本技术通过拱顶位的自适应滑移让压器两端与两个顶拱拱架连接，拱侧位自适应滑移让压器一端与顶拱拱架连接，另一端与侧拱拱架连接，仰拱拱架的两端与两个侧拱拱架连接，形成与隧道截面相适配的闭环钢拱架结构；自适应滑移让压器一端与拱架的腹板两侧固定连接，另一端与拱架的腹板两侧形成恒阻滑移端。本技术通过高强摩擦型螺栓施加预紧力，在槽钢与钢拱架间提供恒阻滑移摩擦力，释放围岩变形压力，控制钢拱架的内力值，避免钢拱架因内力过大产生屈服失稳，保证隧道支护体系整体稳定性。

技术研发人员：杨腾添,李恒,孙亮亮,耿翱鹏,曹亮,李玉子,王丽静,赵子江
受保护的技术使用者：中国铁建大桥工程局集团有限公司
技术研发日：20230329
技术公布日：2024/1/15