CN106285724A - 一种隧道让压式支护体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道让压式支护体系，它涉及交通及采矿软岩大变形隧道领域，每个钢拱架的肩部和腰部均设置有可缩式单元，且通过法兰盘与钢拱架连接，可缩式单元是由可缩式构件和矩形橡胶减震器组成，每个钢拱架的两端均设置有可缩式构件，可缩式构件之间预留有变形槽，变形槽内设置有矩形橡胶减震器，矩形橡胶减震器与喷射混凝土层之间设置有隔板，喷射混凝土层上按一定间距设置有数个让压锚杆。它通过将让压锚杆、可缩式构件、钢拱架、矩形橡胶减震器和喷射混凝土组成的联合体与围岩发生统一的协调变形，不仅能够有效地实现保持一定支护阻力维持围岩稳定的同时，允许支护体系产生一定的位移，而且还能达到支护、让压及卸载多重并举的功能。

Description

一种隧道让压式支护体系
技术领域
本发明涉及一种隧道让压式支护体系，属于交通及采矿软岩大变形隧道技术领域。
背景技术
近年来，随着灾后重建项目的大量启动和西部大开发的逐年深入，越来越多的隧道工程穿越大范围软岩地层，尤其是穿越千枚岩地层，例如已建的雪峰山隧道、王家滩隧道、龙溪隧道及在建的成兰铁路隧道等，上述隧道穿越的千枚岩特点为性状差、强度低、遇水易软化，再加上近年来地下工程向长、大、深埋方向发展，穿越高地应力区软岩隧道建设过程中大变形灾害问题凸显，严重危及了隧道施工及运营安全。
国内对软岩隧道大变形问题的研究并不多，目前使用较广泛的是U型钢可缩式拱形支架；赣龙铁路天心山隧道进口段软弱膨胀围岩采用的是柔性可缩性工字钢支架；杨乐、尤春安等在利森水泥长距离输料隧道采用了格栅可缩性支架；上述这些支架各自都存在一些自身的缺陷，缩动效果并不理想，传统的支护方式及工艺难以解决软弱围岩大变形问题。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种隧道让压式支护体系。
本发明的一种隧道让压式支护体系，它包含钢拱架、喷射混凝土层、让压锚杆和可缩式单元，沿隧道纵向由内至外依次设置有钢拱架、喷射混凝土层和让压锚杆，其中钢拱架是由四个单元组成，每个钢拱架的肩部和腰部均设置有可缩式单元，且通过法兰盘与钢拱架连接，可缩式单元是由可缩式构件和矩形橡胶减震器组成，每个钢拱架的两端均设置有可缩式构件，可缩式构件之间预留有变形槽，变形槽内设置有矩形橡胶减震器，矩形橡胶减震器与喷射混凝土层之间设置有隔板，喷射混凝土层上按一定间距设置有数个让压锚杆。
作为优选，所述的钢拱架采用工字钢拼接而成，单榀钢拱架通过法兰盘螺栓连接，纵向两榀钢拱架之间采用纵向连接筋连接。
作为优选，所述的让压锚杆是由螺母、托盘、弹簧、圆形钢筒和杆体组成，杆体的一端插设在圆形钢筒内，其上套设有弹簧，并通过螺母和托盘固定；在围岩发生大变形的过程中，岩土体向径向发生位移带动圆形钢筒移动的同时挤压圆形钢筒内的弹簧而伸长，从而实现伸缩功能，直到为锚杆设定的让压量耗尽才停止伸缩。
作为优选，所述的可缩式构件是由内圆形钢筒和外圆形钢筒组成，内圆形钢筒和外圆形钢筒的底部均与法兰盘连接，其中内圆形钢筒距端部一定距离处设置有一圈等间距一定深度的四个凹槽，凹槽内放置有小弹簧，小弹簧与凸缘体接触，内圆形钢筒的端部与一块端部钢板连接，外圆形钢筒距顶部一定距离依次向下设有等间距四圈外圆形钢筒凹槽，大弹簧放置在外圆形钢筒内，法兰盘的四个角分别设置有螺栓孔；在现场先组装可缩式构件，同时挤压四个凸缘体使其卡入外圆形钢筒的第一圈外圆形钢筒凹槽内，同时使内圆形钢筒的底部与大弹簧接触并使大弹簧处于压缩状态。
作为优选，所述的可缩式构件的受力变形特征是当岩土体的变形量加大到使可缩式构件预设的阻力时使其发生缩动。
作为优选，所述的可缩式构件为增阻式构件，在发生缩动的过程中，凸缘体在两圈外圆形钢筒凹槽之间时，其阻力是内圆形钢筒底部压缩大弹簧产生，当凸缘体进入下一圈外圆形钢筒凹槽时，其阻力是凸缘体与外圆形钢筒凹槽的接触部分和压缩大弹簧共同产生，直到当阻力足够大以达到阻止围岩变形或设定的让压量耗尽为止该装置才不发生缩动。
本发明的有益效果：它通过将让压锚杆、可缩式构件、钢拱架、矩形橡胶减震器和喷射混凝土组成的联合体与围岩发生统一的协调变形，不仅能够有效地实现保持一定支护阻力维持围岩稳定的同时，允许支护体系产生一定的位移，而且还能达到支护、让压及卸载多重并举的功能。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中钢拱架单元的结构示意图。
图3为本发明中矩形橡胶减震器的安装结构示意图。
图4为本发明中让压锚杆的结构示意图。
图5为本发明中可缩式构件的结构示意图。
图6为本发明中内圆形钢筒的结构示意图。
图7为本发明中外圆形钢筒的结构示意图。
图8为本发明中内圆形钢筒的俯视图。
图9为本发明中外圆形钢筒的俯视图。
1-钢拱架；2-喷射混凝土层；3-让压锚杆；3-1-螺母；3-2-托盘；3-3-圆形钢筒；3-4-圆形钢筒；3-5-杆体；4-可缩式单元；5-可缩式构件；5-1-内圆形钢筒；5-2-外圆形钢筒；5-3-法兰盘；5-4-凹槽；5-5-小弹簧；5-6-凸缘体；5-7-端部钢板；5-8-外圆形钢筒凹槽；5-9-大弹簧；5-10-螺栓孔；6-矩形橡胶减震器；7-隔板。
具体实施方式
如图1-图9所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含钢拱架1、喷射混凝土层2、让压锚杆3和可缩式单元4，沿隧道纵向由内至外依次设置有钢拱架1、喷射混凝土层2和让压锚杆3，其中钢拱架1是由四个单元组成，每个钢拱架1的肩部和腰部均设置有可缩式单元4，且通过法兰盘与钢拱架1连接，可缩式单元4是由可缩式构件5和矩形橡胶减震器6组成，每个钢拱架1的两端均设置有可缩式构件5，可缩式构件5之间预留有变形槽，变形槽内设置有矩形橡胶减震器6，矩形橡胶减震器6与喷射混凝土层2之间设置有隔板7，喷射混凝土层2上按一定间距设置有数个让压锚杆3。
其中，所述的钢拱架1采用工字钢拼接而成，单榀钢拱架1通过法兰盘螺栓连接，纵向两榀钢拱架1之间采用纵向连接筋连接；所述的让压锚杆3是由螺母3-1、托盘3-2、弹簧3-3、圆形钢筒3-4和杆体3-5组成，杆体3-5的一端插设在圆形钢筒3-4内，其上套设有弹簧3-3，并通过螺母3-1和托盘3-2固定；在围岩发生大变形的过程中，岩土体向径向发生位移带动圆形钢筒3-4移动的同时挤压圆形钢筒3-4内的弹簧3-3而伸长，从而实现伸缩功能，直到为锚杆设定的让压量耗尽才停止伸缩；所述的可缩式构件5是由内圆形钢筒5-1和外圆形钢筒5-2组成，内圆形钢筒5-1和外圆形钢筒5-2的底部均与法兰盘5-3连接，其中内圆形钢筒5-1距端部一定距离处设置有一圈等间距一定深度的四个凹槽5-4，凹槽5-4内放置有小弹簧5-5，小弹簧5-5与凸缘体5-6接触，内圆形钢筒5-1的端部与一块端部钢板5-7连接，外圆形钢筒5-2距顶部一定距离依次向下设有等间距四圈外圆形钢筒凹槽5-8，大弹簧5-9放置在外圆形钢筒5-2内，法兰盘5-3的四个角分别设置有螺栓孔5-10；在现场先组装可缩式构件5，同时挤压四个凸缘体5-6使其卡入外圆形钢筒5-2的第一圈外圆形钢筒凹槽5-8内，同时使内圆形钢筒5-1的底部与大弹簧5-9接触并使大弹簧5-9处于压缩状态；所述的可缩式构件5的受力变形特征是当岩土体的变形量加大到使可缩式构件5预设的阻力时使其发生缩动；所述的可缩式构件5为增阻式构件，在发生缩动的过程中，凸缘体5-6在两圈外圆形钢筒凹槽5-8之间时，其阻力是内圆形钢筒5-1底部压缩大弹簧5-9产生，当凸缘体5-6进入下一圈外圆形钢筒凹槽5-8时，其阻力是凸缘体5-6与外圆形钢筒凹槽5-8的接触部分和压缩大弹簧5-9共同产生，直到当阻力足够大以达到阻止围岩变形或设定的让压量耗尽为止该装置才不发生缩动。
本具体实施方式通过将让压锚杆、可缩式构件、钢拱架、矩形橡胶减震器和喷射混凝土组成的联合体与围岩发生统一的协调变形，不仅能够有效地实现保持一定支护阻力维持围岩稳定的同时，允许支护体系产生一定的位移，而且还能达到支护、让压及卸载多重并举的功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种隧道让压式支护体系，其特征在于：它包含钢拱架(1)、喷射混凝土层(2)、让压锚杆(3)和可缩式单元(4)，沿隧道纵向由内至外依次设置有钢拱架(1)、喷射混凝土层(2)和让压锚杆(3)，其中钢拱架(1)是由四个单元组成，每个钢拱架(1)的肩部和腰部均设置有可缩式单元(4)，且通过法兰盘与钢拱架(1)连接，可缩式单元(4)是由可缩式构件(5)和矩形橡胶减震器(6)组成，每个钢拱架(1)的两端均设置有可缩式构件(5)，可缩式构件(5)之间预留有变形槽，变形槽内设置有矩形橡胶减震器(6)，矩形橡胶减震器(6)与喷射混凝土层(2)之间设置有隔板(7)，喷射混凝土层(2)上按一定间距设置有数个让压锚杆(3)。
2.根据权利要求1所述的一种隧道让压式支护体系，其特征在于：所述的钢拱架(1)采用工字钢拼接而成，单榀钢拱架(1)通过法兰盘螺栓连接，纵向两榀钢拱架(1)之间采用纵向连接筋连接。
3.根据权利要求1所述的一种隧道让压式支护体系，其特征在于：所述的让压锚杆(3)是由螺母(3-1)、托盘(3-2)、弹簧(3-3)、圆形钢筒(3-4)和杆体(3-5)组成，杆体(3-5)的一端插设在圆形钢筒(3-4)内，其上套设有弹簧(3-3)，并通过螺母(3-1)和托盘(3-2)固定。
4.根据权利要求1所述的一种隧道让压式支护体系，其特征在于：所述的可缩式构件(5)是由内圆形钢筒(5-1)和外圆形钢筒(5-2)组成，内圆形钢筒(5-1)和外圆形钢筒(5-2)的底部均与法兰盘(5-3)连接，其中内圆形钢筒(5-1)距端部一定距离处设置有一圈等间距一定深度的四个凹槽(5-4)，凹槽(5-4)内放置有小弹簧(5-5)，小弹簧(5-5)与凸缘体(5-6)接触，内圆形钢筒(5-1)的端部与一块端部钢板(5-7)连接，外圆形钢筒(5-2)距顶部一定距离依次向下设有等间距四圈外圆形钢筒凹槽(5-8)，大弹簧(5-9)放置在外圆形钢筒(5-2)内，法兰盘(5-3)的四个角分别设置有螺栓孔(5-10)。
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