隧道初期支护结构的制作方法

本发明属于隧道支护领域，具体的是隧道初期支护结构。

背景技术：

1、隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度以及方便施工，隧道开挖后会立即施作刚度较小的初期支护结构层，该初期支护结构层会作为永久承载结构一部分。该初期支护结构层通常包括沿环向支撑的环向初期支护钢架和伸入隧道围岩内的锚杆。

2、之前，初期支护结构中的锚杆沿径向布设于隧道拱部和两侧边墙，即锚杆打设方向垂直于隧道内壁，未考虑锚杆锚固的岩体结构产状，造成隧道局部部位锚固效果差，甚至没有发挥锚杆的作用，且锚杆通常采用短锚杆，锚杆长度为3-5米。

3、目前，该初期支护也应用于下面这种岩层陡倾隧道，这种岩层陡倾隧道如图1所示，其岩层走向与隧道轴线一致，或者岩层走向与隧道轴线小角度(小于或者等于15°)相交，并且，岩层沿竖向的倾向为陡倾或近乎直立。隧道开挖后，两侧边墙岩层形成了梁板效应，在地应力或松弛应力的作用下，两侧边墙向隧道内发生变形，即水平收敛变形严重，而拱顶围岩稳定性很好，拱顶下沉量也很小，如图1所示。这种岩层产状的隧道也采用上述初期支护结构的锚杆布设方式进行支护，即沿隧道环向布设径向打入隧道围岩内的短锚杆。经过分析与现场测试发现，即便采取了初期支护，由于两侧边墙锚杆打入方向没有垂直岩层，造成锚固深度大大减短，锚固效果减弱，进而隧道两侧边墙水平收敛变形严重，内挤超过1米(图1中边墙两侧的虚线为示意的变形线)。此外拱部锚杆打入方向与岩层面一致，起不到锚杆锚固作用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种隧道初期支护结构，控制隧道水平收敛问题。

2、本发明采用的技术方案是：隧道初期支护结构，包括初期支护钢架，隧道沿其环向包括两侧的边墙和顶部的拱顶和与拱顶相对的拱底；隧道岩层走向与隧道轴线方向保持一致，且平行于竖直平面；隧道的边墙、拱顶和拱底中，仅在两侧的边墙设置锚杆，所述锚杆水平伸入围岩持力层内。

3、进一步的，所述锚杆的长度等于0.5～1倍隧道开挖宽度，且锚杆长度为7～12m。

4、进一步的，所述锚杆沿其轴向包括锚固段和端头段，所述锚固段伸入围岩内，所述端头段位于隧道洞内。

5、进一步的，在端头段套装有垫片，所述端头段穿过垫片与拧紧螺母螺纹连接。

6、进一步的，所述锚杆的端头段与初期支护钢架焊接连接。

7、进一步的，所述初期支护钢架为工字钢；所述锚杆的端头段呈l型，包括沿锚固段轴向延伸的延伸段和延伸段端头的垂直于延伸段的弯折段，所述初期支护钢架位于延伸段、弯折段和隧道内壁形成的包围区内，弯折段与初期支护钢架的翼缘板焊接连接。

8、本发明的有益效果是：采用本发明公开的隧道初期支护结构对陡倾隧道进行支护，通过仅在两侧的边墙设置锚杆，所述锚杆水平伸入陡倾岩层内，相当于锚杆垂直于隧道岩层伸入隧道岩层内，即相当于通过锚杆将隧道岩层的各层钉在一起，充分发挥围岩的承载能力，可有效控制隧道水平收敛，同时可减弱隧道支护结构的刚度和强度。

9、仅在两侧的边墙设置锚杆，而在拱顶不设置锚杆，确保各根锚杆均起到固定隧道岩层的各个岩层的作用，且节约了锚杆，利用缩短施工工期。而锚杆水平伸入围岩持力层内，使得每根锚杆均依次穿过岩层，不会出现顺着相邻两层岩层的间隙钉入的问题，使得每根锚杆均起到尽可能大的锚固效果。

技术特征：

1.隧道初期支护结构，包括初期支护钢架(2)，隧道沿其环向包括两侧的边墙(4)和顶部的拱顶(5)和与拱顶(5)相对的拱底(6)；其特征在于：隧道岩层(7)走向与隧道轴线方向保持一致，且平行于竖直平面；隧道的边墙(4)、拱顶(5)和拱底(6)中，仅在两侧的边墙(4)设置锚杆(1)，所述锚杆(1)水平伸入围岩持力层内。

2.如权利要求1所述的隧道初期支护结构，其特征在于：所述锚杆(1)的长度等于0.5～1倍隧道开挖宽度，且锚杆(1)长度为7～12m。

3.如权利要求1或2所述的隧道初期支护结构，其特征在于：所述锚杆(1)沿其轴向包括锚固段(11)和端头段(12)，所述锚固段(11)伸入围岩内，所述端头段(12)位于隧道洞内。

4.如权利要求3所述的隧道初期支护结构，其特征在于：在端头段(12)套装有垫片(8)，所述端头段(12)穿过垫片(8)与拧紧螺母(3)螺纹连接。

5.如权利要求3所述的隧道初期支护结构，其特征在于：所述锚杆(1)的端头段(12)与初期支护钢架(2)焊接连接。

6.如权利要求5所述的隧道初期支护结构，其特征在于：所述初期支护钢架(2)为工字钢；所述锚杆(1)的端头段(12)呈l型，包括沿锚固段(11)轴向延伸的延伸段(12a)和延伸段(12a)端头的垂直于延伸段(12a)的弯折段(12b)，所述初期支护钢架(2)位于延伸段(12a)、弯折段(12b)和隧道内壁形成的包围区内，弯折段(12b)与初期支护钢架(2)的翼缘板焊接连接。

技术总结
本发明隧道初期支护结构，属于隧道支护领域，目的是控制隧道水平收敛问题。包括初期支护钢架，隧道沿其环向包括两侧的边墙和顶部的拱顶和与拱顶相对的拱底；隧道岩层走向与隧道轴线方向一致，且为陡倾岩层；隧道的边墙和拱顶，仅在两侧的边墙设置锚杆，锚杆水平伸入围岩持力层内。该结构，相当于通过锚杆将隧道岩层的各层钉在一起，固定于围岩持力层，由于围岩持力层较为稳固，从而将隧道岩层的各层与围岩持力层固定成一体，充分发挥了围岩的承载能力，可有效控制隧道水平收敛，隧道结构支护刚度和强度也可相应减弱。

技术研发人员：郑建国,林国进,马继,丁尧,安俊吉,牟智恒,向龙,陈行,蔚艳庆,杨枫
受保护的技术使用者：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29