一种隧道初期支护系统

本技术涉及隧道初期支护加固，具体涉及一种隧道初期支护系统。

背景技术：

1、目前铁路隧道初期支护主要由锚杆、钢筋网、拱架及喷射混凝土组成，一般有喷射混凝土、喷射混凝土加锚杆、喷射混凝土锚杆与钢架联合支护等形式。其中拱架分为钢拱架和格栅拱架两种。

2、钢拱架分为h型钢拱架、工字钢拱架、槽钢拱架、矿工钢支架、u型钢支架。在公路及铁路隧道施工中工字钢拱架使用比例最大，h型钢拱架次之，矿工钢支架以及u型钢支架一般用于煤矿等巷道的支护中。格栅拱架是由主筋、八字筋、u型钢筋、匝筋、角钢连接板组成，和钢拱架一样按照一定的弧度和长度制作，制作成一个个单元件，然后在施工现场安装，常用于围岩级别较低的地方。

3、深埋隧道内地应力值较高，且地下水渗透压力大，加之活动断裂带、地震、地热和冻土等众多不良地质，在施工过程中极易出现高地温、冻害、突水突泥、塌方冒顶、软岩大变形与岩爆等工程地质问题。恶劣的地质条件对其初期支护结构在延展性、安装与交通运输便捷性、耐腐蚀性等方面提出了更高的要求。传统的钢结构具有自身的局限性，很难完全满足要求。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种隧道初期支护系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种隧道初期支护系统，包括：多个拱架，多个所述拱架沿隧道延伸方向均匀排列，相邻的两个所述拱架之间通过若干个均匀布置的铆钉连接；多个所述拱架的外部设置有筋网，所述筋网通过多个插接在所述隧道的墙体上的锚杆挂设；所述拱架和筋网全部为gfrp材质；每个所述拱架分别包括一上拱架和一下拱架，每个所述上拱架的下端部分别与相应的所述下拱架的两端连接组成环形结构；每个所述拱架的非连接处的截面均为工字型；每个所述上拱架和每个下拱架均由多段gfrp连接而成。

3、可选实施例中，所述上拱架由依次连接的第一上连接段、第二上连接段、第三上连接段、第四上连接段和第五上连接段组成；其中，所述第一上连接段和所述第五上连接段为对称结构，所述第二上连接段和所述第四上连接段为对称结构。

4、可选实施例中，所述下拱架由依次连接的第一下连接段、第二下连接段和第三下连接段组成；其中，所述第一下连接段和所述第三下连接段为对称结构。

5、可选实施例中，所述第一上连接段、第二上连接段、第三上连接段、第四上连接段和第五上连接段分别设置有顶部连接板和底部连接板，相邻上连接段的所述顶部连接板和底部连接板之间通过第一螺栓连接。

6、可选实施例中，所述第一下连接段、第二下连接段和第三下连接段分别设置有前连接板和后连接板；所述第一下连接段的后连接板与所述第二下连接段的前连接板通过第二螺栓连接，所述第二下连接段的后连接板与所述第三下连接段的前连接板通过第二螺栓连接。

7、可选实施例中，所述第一上连接段的侧连接板与所述第一下连接段的前连接板之间设置有垫板，所述第一上连接段的侧连接板、所述垫板和所述第一下连接段的前连接板通过第二螺栓连接；所述第五上连接段的侧连接板与所述第三下连接段的后连接板之间设置有垫板，所述第五上连接段的侧连接板、所述垫板和所述第三下连接段的后连接板通过第二螺栓连接。

8、可选实施例中，每个连接板处连接相邻的上连接段的第一螺栓、连接相邻的下连接段的第二螺栓和连接上连接段和下连接段的第二螺栓均为多个。

9、本实用新型的有益效果在于：

10、该隧道初期支护系统采用gfrp材料代替钢筋网与钢架作为初期支护的主要结构，gfrp拱架采用工字型截面，环向连接方式采用螺栓连接，拱架沿隧道方向连接方式采用gfrp杆+铆钉连接，具有以下优势：

11、(1)轻质高强：gfrp材料相比钢材质量轻(密度约为钢的1/5～1/4)、强度高，可以提供更高的载重比，对于川藏线所处的高海拔、缺氧的环境，gfrp支护结构的施工更方便垂直拼接与运输；

12、(2)耐腐蚀：初期支护长期暴露在高温、高压水等环境中，传统钢材极易被锈蚀造成承载力降低。gfrp结构具有良好的耐腐蚀能力，可有效延长初期支护的工作寿命。

13、(3)延展性好：初期支护需要允许与围岩产生一定的协同变形，从而充分释放围岩承载力。传统钢支护结构变形能力差，无法很好地匹配围岩层的变形。gfrp因具有很好的延展性，其初支结构对围岩的变形具备良好的适应能力，可大大提高结构的整体性和稳定性。

14、(4)采用铆钉连接的方式，简化结构安装工序，提高施工速度，同时该连接方式具有良好的力学性能，可以有效提高结构连接的可靠性和抗振能力。

15、该gfrp初期支护结构体系将能够使隧道初期支护结构更好地利用围岩自身承载力、提升稳定性、提高使用寿命、提升施工效率、增强对极端地质条件的适应能力。

技术特征：

1.一种隧道初期支护系统，包括：多个拱架(1)，多个所述拱架(1)沿隧道延伸方向均匀排列，相邻的两个所述拱架(1)之间通过若干个均匀布置的铆钉(2)连接；多个所述拱架(1)的外部设置有筋网(4)，所述筋网(4)通过多个插接在所述隧道的墙体上的锚杆(3)挂设；

2.根据权利要求1所述的隧道初期支护系统，其特征在于，所述上拱架(11)由依次连接的第一上连接段(111)、第二上连接段(112)、第三上连接段(113)、第四上连接段(114)和第五上连接段(115)组成；其中，所述第一上连接段(111)和所述第五上连接段(115)为对称结构，所述第二上连接段(112)和所述第四上连接段(114)为对称结构。

3.根据权利要求2所述的隧道初期支护系统，其特征在于，所述下拱架(12)由依次连接的第一下连接段(121)、第二下连接段(122)和第三下连接段(123)组成；其中，所述第一下连接段(121)和所述第三下连接段(123)为对称结构。

4.根据权利要求3所述的隧道初期支护系统，其特征在于，所述第一上连接段(111)、第二上连接段(112)、第三上连接段(113)、第四上连接段(114)和第五上连接段(115)分别设置有顶部连接板(1111)和底部连接板(1112)，相邻上连接段的所述顶部连接板(1111)和底部连接板(1112)之间通过第一螺栓(1113)连接。

5.根据权利要求4所述的隧道初期支护系统，其特征在于，所述第一下连接段(121)、第二下连接段(122)和第三下连接段(123)分别设置有前连接板(1211)和后连接板；所述第一下连接段(121)的后连接板与所述第二下连接段(122)的前连接板(1211)通过第二螺栓(1213)连接，所述第二下连接段(122)的后连接板与所述第三下连接段(123)的前连接板(1211)通过第二螺栓(1213)连接。

6.根据权利要求5所述的隧道初期支护系统，其特征在于，所述第一上连接段(111)的侧连接板(1114)与所述第一下连接段(121)的前连接板(1211)之间设置有垫板(1212)，所述第一上连接段(111)的侧连接板(1114)、所述垫板(1212)和所述第一下连接段(121)的前连接板(1211)通过第二螺栓(1213)连接；所述第五上连接段(115)的侧连接板(1114)与所述第三下连接段(123)的后连接板之间设置有垫板(1212)，所述第五上连接段(115)的侧连接板(1114)、所述垫板(1212)和所述第三下连接段(123)的后连接板通过第二螺栓(1213)连接。

7.根据权利要求6所述的隧道初期支护系统，其特征在于，每个连接板处连接相邻的上连接段的第一螺栓(1113)、连接相邻的下连接段的第二螺栓(1213)和连接上连接段和下连接段的第二螺栓(1213)均为多个。

技术总结
本技术涉及隧道初期支护加固技术领域，提供了一种隧道初期支护系统。包括：多个拱架，多个所述拱架沿隧道延伸方向均匀排列，相邻的两个所述拱架之间通过若干个均匀布置的铆钉连接；多个所述拱架的外部设置有筋网，所述筋网通过多个插接在所述隧道的墙体上的锚杆挂设；所述拱架、铆钉、锚杆和筋网全部为GFRP材质。有益效果在于：该GFRP初期支护结构体系将能够使隧道初期支护结构更好地利用围岩自身承载力、提升稳定性、提高使用寿命、提升施工效率、增强对极端地质条件的适应能力。

技术研发人员：陈安,孙静,孙泽舟
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：20230909
技术公布日：2024/4/7