CN113217041A - 一种挤压性变形隧道可让式支护钢架及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挤压性变形隧道可让式支护钢架及其设计方法，涉及一种隧道及地下工程领域，用于应对高地应力软弱围岩中的大变形。该可让式支护钢架为可缩式拱架组，该设计方法能够对所述可缩式拱架组的型号、纵向间距、可伸缩拼接段的数量及最大滑移幅度进行明确，并根据该参数对可缩式拱架组及其对应的隧道结构进行设计。本发明能够使所述可让式支护钢架可以通过自身的滑动结构适应高地应力软弱围岩中的大变形，直至围岩变形稳定，整个变形的过程中均通过所述可伸缩拼接段的滑动实现变形，确保可缩式拱架设计的合理性和适用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道及地下工程领域，具体涉及一种挤压性变形隧道可让式支护钢架及其设计方法。
背景技术
高地应力软弱围岩隧道工程，隧道周边围岩因开挖引起应力重分布，两侧围岩发生塑性剪切滑移，造成向内挤出变形，变形量值往往较大，且由于围岩的流变特性持续时间长，现有研究表明，挤压变形量量值跟围岩地质条件与支护结构密切相关，而围岩地质条件是不可改变因素，因此，在高地应力软弱围岩中修建隧道，优化支护参数、注意支护施做时机、调整施工措施等就成为主要手段。
大刚度支护结构已被实践证明难以控制高地应力软弱围岩中的大变形，针对挤压变形的长期流变特征，可让式支护结构被越来越多的应用到工程中，现有的可让式支护形式有恒阻锚杆、可缩式拱架、限阻器、缓冲结构等。现有的可让式支护结构设计大多集中在让压结构体本身，如锚杆的让压、恒阻滑动机构和形式，限阻器的结构形式，而隧道整个结构的支护体系中，除单个构件自身的让压形式和让压能力外，还需要考虑整个隧道结构与围岩的相互作用，即围岩地质条件与支护结构的统一性，不同的围岩地质条件，其可能发生的挤压变形量值存在差异，需要的支护结构让压范围也不相同。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种支护钢架结构设计方法，能够得出一种可让式钢架，用以应对高地应力软弱围岩中的大变形。本发明提供了解决上述问题的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架及其设计方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，用于设置于隧道内的可缩式拱架组，所述可缩式拱架组包括多个并排设置的可缩式拱架；所述可缩式拱架包括多个首尾连接的支护钢体，相邻所述支护钢体的连接端相互搭接形成可伸缩拼接段且当所述可缩式拱架受到挤压时所述可伸缩拼接段能够产生相对滑移；所述设计方法包括步骤：
采集隧道的相关参数，并根据所述相关参数假定离散垂直荷载qV，水平荷载qH；
预设所述可缩式拱架的纵向间距t、所述可缩式拱架型号，根据所述可缩式拱架型号得出该可缩式拱架的轴向抗压能力Nk，根据所述离散垂直荷载qV、纵向间距t及相关参数得出可伸缩拼接段滑移阻抗Nj，通过比较Nk与Nj的大小确定所述纵向间距t以及所述可缩式拱架型号是否符合要求，当Nj≥Nk时，则判断所述纵向间距t以及所述可缩式拱架型号不符合要求，重设纵向间距t和/或钢架型号，之后继续比较Nk与Nj的大小，直至Nj＜Nk；当Nj＜Nk，则判断所述纵向间距t以及所述可缩式拱架型号符合要求；
结合所述离散垂直荷载qV、水平荷载qH，建立“荷载-结构”模型，得出可缩式拱架的形变压力Pi；根据所述形变压力Pi及相关参数得出可缩式拱架的径向位移量ui；预设可伸缩拼接段的数量n，结合所述径向位移量ui，得出可伸缩拼接段的最大滑移幅度△；
根据得出的所述纵向间距t、可缩式拱架型号、可伸缩拼接段的数量n、最大滑移幅度△设计所述可缩式拱架组。
该方案中，所述纵向间距t即可缩式拱架在隧道之中的间距；所述可缩式拱架型号即可缩式拱架结构及尺寸，在预设所述可缩式拱架型号时，可先明确可缩式拱架的结构，如使支护钢体具有“U”型、“V”型、方型等截面形状，再根据Nk与Nj大小的比较结果改变所述支护钢体的尺寸；所述最大滑移幅度△即在发生围岩中的大变形时，受围岩挤压导致相邻的支护钢体在可伸缩拼接段位置处发生相对滑移，该相对滑移的最大值为所述最大滑移幅度△。
通过该方法得出的所述纵向间距t、可缩式拱架型号、可伸缩拼接段的数量n、最大滑移幅度△，能够在可缩式拱架组的设计过程中，明确所述可缩式拱架的间距及构成所述可缩式拱架的支护钢体结构、尺寸、可伸缩拼接段的数量及发生滑移时的最大幅度，以此辅助该可缩式拱架组的设计，使所述可缩式拱架组具有足够承受围岩变形的性能。
优选的，所述相关参数包括隧道等效直径D、围岩重度γ、岩体单轴抗压强度σcm、以及隧道埋深h。
进一步优选的，根据所述相关参数假定离散垂直荷载qV，水平荷载qH，其方程式为qV＝kDγ，qH＝λqV；
其中，k为垂直荷载系数，可取0.5～1.0，λ为水平荷载系数，可取0～1.0。
进一步优选的，根据所述离散垂直荷载qV、纵向间距t及相关参数得出可伸缩拼接段滑移阻抗Nj，其方程式为Nj＝qVDt/4。
进一步优选的，通过数值模拟软件，建立在离散垂直荷载qV、水平荷载qH作用下可缩式拱架的第一“荷载-结构”模型，通过所述第一“荷载-结构”模型得出所述可缩式拱架上最大轴力的数值及其位置；建立在不同大小的径向压力作用下可缩式拱架的第二“荷载-结构”模型，并使所述第二“荷载-结构”模型上处于同一位置的轴力与所述最大轴力相等，取此时所述径向压力为形变压力pi。
进一步优选的，根据所述形变压力Pi及相关参数得出可缩式拱架的径向位移量ui，其方程式为
其中，所述P0为初始垂直地应力，其方程式为p0＝γh。
进一步优选的，预设可伸缩拼接段的数量n，结合所述径向位移量ui，得出可伸缩拼接段的最大滑移幅度△，其方程式为Δ＝2π(ui-u0)/n；
其中，U0为隧道开挖后支护前的裸洞先期径向变形。
一种挤压性变形隧道可让式支护钢架，包括多个并排设置的可缩式拱架，所述可缩式拱架之间具有纵向间距t；所述可缩式拱架包括多个首尾连接的支护钢体，相邻所述支护钢体的连接端相互搭接形成可伸缩拼接段，所述可伸缩拼接段在整个可缩式拱架中的数量为n个，且当所述可缩式拱架受到挤压时所述可伸缩拼接段能够产生相对滑移，其滑移弧度为△；两个搭接在一起的连接端外侧设有使两个连接端紧密贴合的卡箍；
其中所述纵向间距t、可缩式拱架的型号、所述可伸缩拼接段的数量n、所述最大滑移幅度△的取值通过上述任一一种方法得出。
优选的，所述支护钢体为U型槽钢，所述U型槽钢竖部向外翻折形成水平折边，相邻所述U型槽钢的槽口向下叠合形成所述可伸缩拼接段，所述卡箍包括上卡箍件和下卡箍件，所述上卡箍件和下卡箍件之间合围形成用于夹持所述可伸缩拼接段的紧固间隙，所述上卡箍件和下卡箍件两侧向外翻转形成能够穿设螺栓的紧固平台。
一种隧道，包括设置于围岩内侧的初支混凝土层以及设置于初支混凝土层内侧的二衬混凝土层，所述二衬混凝土层与初支混凝土层之间留有间隙，所述间隙的预留间隔长度大于或等于所述径向位移量ui，所述初支混凝土层内设置有上述任一所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架，所述初支混凝土上还穿设有若干呈环形分布的锚杆，所述锚杆的一端穿过所述初支混凝土层并设有用于支撑所述初支混凝土的垫板，所述锚杆的另一端向远离所述初支混凝土层的方向深入所述围岩。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明根据计算得出可缩式拱架设计的关键参数，使其可以通过自身的滑动结构适应高地应力软弱围岩中的大变形，直至围岩变形稳定，整个变形的过程中均通过所述可伸缩拼接段的滑动实现变形，确保可缩式拱架设计的合理性和适用性，不会由于预留的最大缩动量较小导致无法完全通过滑动适应变形，进而导致支护钢体变形甚至破坏，无法完成对隧道的支护工作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明实施例1步骤流程图；
图2为本发明实施例3隧道结构示意图；
图3为图2中A处结构示意图；
图4为本发明实施例2可缩式拱架可伸缩拼接段布置图；
图5为图4中B处结构示意图；
图6为图5中I-I截面图；
图7为本发明实施例1假定离散压力计算模型图；
图8为本发明实施例1形变压力计算模型图；
图9为本发明实施例4隧道检测结果图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-可缩式拱架、2-支护钢体、3-可伸缩拼接段、4-卡箍、41-上卡箍件、42-下卡箍件、43-紧固平台、5-初支混凝土层、6-二衬混凝土层、7-围岩、8-锚杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，用于设置于隧道内的可缩式拱架1组，所述可缩式拱架1组包括多个并排设置的可缩式拱架1；所述可缩式拱架1包括多个首尾连接的支护钢体2，相邻所述支护钢体2的连接端相互搭接形成可伸缩拼接段3且当所述可缩式拱架1受到挤压时所述可伸缩拼接段3能够产生相对滑移；所述设计方法如图1所示，包括步骤：
S1、采集隧道的相关参数，所述相关参数包括隧道等效直径D、围岩7重度γ、岩体单轴抗压强度σcm、以及隧道埋深h；并根据所述相关参数假定围岩7离散压力，即离散垂直荷载qV，水平荷载qH，其方程式为qV＝kDγ，qH＝λqV；
其中，k为垂直荷载系数，可取0.5～1.0，λ为水平荷载系数，可取0～1.0。
S2、拟定所述可缩式拱架1的纵向间距t、所述可缩式拱架1型号。
S3、根据所述离散垂直荷载qV、纵向间距t及相关参数得出可伸缩拼接段3滑移阻抗Nj，其方程式为Nj＝qVDt/4。
S4、根据所述可缩式拱架1型号得出该可缩式拱架1的轴向抗压能力Nk，通过比较Nk与Nj的大小确定所述纵向间距t以及所述可缩式拱架1型号是否符合要求，当Nj≥Nk时，则判断所述纵向间距t以及所述可缩式拱架1型号不符合要求，重新从步骤S2开始，重设纵向间距t和/或可缩式拱架1型号，之后继续比较Nk与Nj的大小，直至Nj＜Nk。
S5、当Nj＜Nk时，则判断所述纵向间距t以及所述可缩式拱架1型号符合要求，此时确定可缩式拱架1型号及其纵向间距。
S6、通过数值模拟软件，比如ANSYS软件，建立在离散垂直荷载qV、水平荷载qH作用下可缩式拱架1的第一“荷载-结构”模型，其荷载作用模型如图7所示，通过所述第一“荷载-结构”模型得出所述可缩式拱架1上最大轴力的数值及其位置；建立在不同大小的径向压力作用下可缩式拱架1的第二“荷载-结构”模型，其荷载作用模型如图8所示，并使所述第二“荷载-结构”模型上处于同一位置的轴力与所述最大轴力相等，取此时所述径向压力为形变压力pi。
S7、根据所述形变压力Pi及相关参数得出可缩式拱架1的径向位移量ui，其方程式为
其中，所述P0为初始垂直地应力，其方程式为p0＝γh；
预设可伸缩拼接段3的数量n，结合所述径向位移量ui，得出可伸缩拼接段3的最大滑移幅度△，其方程式为Δ＝2π(ui-u0)/n；
其中，U0为隧道开挖后支护前的裸洞先期径向变形，通常可取15cm；
此时明确所述可缩式拱架1的径向位移量ui、可伸缩拼接段3的数量n及其最大滑移幅度△。
S8、根据得出的所述纵向间距t、可缩式拱架1型号、可伸缩拼接段3的数量n、最大滑移幅度△设计所述可缩式拱架1组。
通过本实施例的方法，能够对属于可让式支护的可缩式拱架1的一些如纵向间距、可缩式拱架1型号、可伸缩拼接段3的数量、最大滑移幅度等结构上的关键内容进行核查并明确，根据这些关键内容对所述可缩式拱架1组进行设计，使其在使用过程中能够通过自身结构承受高地应力软弱围岩7中的大变形，提高可缩式拱架1的应用效果。
实施例2：
一种挤压性变形隧道可让式支护钢架，包括多个并排设置的可缩式拱架1，所述可缩式拱架1之间具有纵向间距t；所述可缩式拱架1如图4到图6所示，包括多个首尾连接的支护钢体2，其相邻所述支护钢体2的连接端相互搭接形成可伸缩拼接段3，所述可伸缩拼接段3在整个可缩式拱架1中的数量为n个，且当所述可缩式拱架1受到挤压时所述可伸缩拼接段3能够产生相对滑移，其滑移弧度为△；两个搭接在一起的连接端外侧设有使两个连接端紧密贴合的卡箍4；
其中所述纵向间距t、可缩式拱架1的型号、所述可伸缩拼接段3的数量n、所述最大滑移幅度△的取值通过权利要求1-7任一所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法得出。
其中所述支护钢体2呈长条形根据需求可以设置为具有“U”型、“V”型、方型等截面形状。
其中所述支护钢体2上固定有用于阻挡相邻支护钢体2的连接端过于滑移的限位件，所述限位件与相邻支护钢体2的连接端初始位置的间距略大于所述最大滑移幅度△，用以提供足够的滑移距离用以适应高地应力软弱围岩7中的大变形，并避免其由于除隧道变形以外的缘故发生过度的滑移。
对于一个或多个实施例，所述支护钢体2为U型槽钢，所述U型槽钢竖部向外翻折形成水平折边，相邻所述U型槽钢的槽口向下叠合形成所述可伸缩拼接段3，所述卡箍4包括上卡箍件41和下卡箍件42，所述上卡箍件41和下卡箍件42之间合围形成用于夹持所述可伸缩拼接段3的紧固间隙，所述上卡箍件41和下卡箍件42两侧向外翻转形成能够穿设螺栓的紧固平台43。
在围岩7发生变形时，所述可缩式拱架1受到挤压，各相邻的支护钢体2在所述可伸缩拼接段3处发生错位滑移，进而使可缩式拱架1的结构缩小，以这种结构上的变化适应围岩7的变形，以此避免由于不能适应围岩7变形造成可缩式拱架1的损坏性破坏。
实施例3：
一种隧道，如图2到图3所示，包括设置于围岩7内侧的初支混凝土层5以及设置于初支混凝土层5内侧的二衬混凝土层6，所述二衬混凝土层6与初支混凝土层5之间留有间隙，所述间隙的预留间隔长度大于或等于所述径向位移量ui，所述初支混凝土层5内设置有所述如权利要求8-9任一所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架，即可缩式拱架1组，所述初支混凝土上还穿设有若干呈环形分布的锚杆8，所述锚杆8的一端穿过所述初支混凝土层5并设有用于支撑所述初支混凝土的垫板，所述锚杆8的另一端向远离所述初支混凝土层5的方向深入所述围岩7。
其中，所述间隙为预留变形量，用于应对由于可伸缩拼接段3的滑移造成的可缩式拱架1整体结构缩小的问题，根据求得的可缩式拱架1的径向位移量ui得出，其预留变形量等于或略大于所述径向位移量ui。所述初支混凝土层5包裹在所述一种挤压性变形隧道可让式支护钢架即上述可缩式拱架1外，预先在可缩式拱架1的可伸缩拼接段3留有间隙，其间隙长度略大于最大滑移幅度△，当等围岩7变形稳定、初支混凝土层5完全受力后再对该间隙进行混凝土填满，此时所述初支混凝土层5与所述二衬混凝土层6较为靠拢，共同对隧道进行支撑。
通过本实施例，使得所述隧道能够通过自身的结构拥有足以应对高地应力软弱围岩7中的大变形的性能，避免由于其设计失误造成隧道变形时支护钢架变形甚至遭到破坏。并在围岩7变形稳定、初支混凝土层5完全受力后足以承担隧道的日常使用。
实施例4：
测得某隧道等效直径D＝14m，地质参数：岩体单轴抗压强度σcm＝1.15MPa，围岩7重度γ＝0.023MN/m3，隧道埋深h＝455m。
(1)围岩7假定离散压力计算
假定离散垂直荷载qV＝kDγ＝0.8×14×23＝257.6kPa，其中取k＝0.8。水平荷载系数λ取为0，则水平荷载qH＝λqV＝0。
(2)可缩式拱架1型号和纵向间距计算
初步拟定可缩式拱架1为29U型钢，纵向间距t＝0.6m，则可伸缩拼接段3滑移阻抗Nj＝qVDt/4＝257.6×14×0.6/4＝540.96kN，29U型钢材料自身轴向抗压能力Nk＝1240.5kN，则Nj<Nk，可缩式拱架1型号和纵向间距合适。
(3)可缩式拱架1径向形变压力计算
通过数值模拟软件ANSYS软件，建立在围岩7假定离散压力qH作用下的第一“荷载-结构”模型与径向形变压力pi作用下的的第二“荷载-结构”模型的钢架轴力，并使其基本等同，最终得到计算结果如下表。
| 部位(角度) | 300° | 0° | 60° |
| qH荷载下钢架轴力 | 1230.1 | 1227.5 | 896.8 |
| 等效荷载pi＝350.8kPa时钢架轴力 | 1230.1 | 1230.1 | 1226.7 |
以此确定可缩式拱架1的等效形变压力pi＝350.8kPa。
(4)可伸缩拼接段3数量与滑移幅度计算
确定可缩式拱架1径向位移量
假定可伸缩拼接段3数量n＝6，计算接头滑移幅度Δ＝2π(ui-u0)/n＝2×3.14×(37.03-15)/6＝23.07cm
因此，计算得到该隧道可缩式拱架1参数为：型号为U29、纵向间距0.6m、滑移阻抗540.96kN、径向位移量37.03cm，可伸缩拼接段3数量6个，滑移幅度23.07cm。
实际隧道采用支护参数，C25初支混凝土层528cm，型号为U29，纵向间距0.6m，4.5m***锚杆8纵向×环向＝0.6m×1.0m，C40二衬混凝土层650cm，所述初支混凝土层5与二衬混凝土层6之间预留变形量为40cm。隧道支护断面及拱架如图2-图6所示，支护钢体2采用U29，设置6个可伸缩拼接段3，每个可伸缩拼接段3搭接长度为40cm，单个可伸缩拼接段3设计最大缩动量为25cm，总缩动量最大150cm。
隧道监测结果如图9所示，变形水平收敛最大51.05cm，小于两侧预留变形量之和80cm，也小于计算得出的径向位移量，这表明实际荷载小于预估荷载，结构在受力范围之内，却经过观察，所述可缩式拱架1的结构未发生损坏性的破坏，能够承担后续的支护工作。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，其特征在于：用于设置于隧道内的可缩式拱架(1)组，所述可缩式拱架(1)组包括多个并排设置的可缩式拱架(1)；所述可缩式拱架(1)包括多个首尾连接的支护钢体(2)，相邻所述支护钢体(2)的连接端相互搭接形成可伸缩拼接段(3)且当所述可缩式拱架(1)受到挤压时所述可伸缩拼接段(3)能够产生相对滑移；所述设计方法包括步骤：
采集隧道的相关参数，并根据所述相关参数假定围岩(7)离散垂直荷载qV，水平荷载qH；
预设所述可缩式拱架(1)的纵向间距t、所述可缩式拱架(1)型号，根据所述可缩式拱架(1)型号得出该可缩式拱架(1)的轴向抗压能力Nk，根据所述离散垂直荷载qV、纵向间距t及相关参数得出可伸缩拼接段(3)滑移阻抗Nj，通过比较Nk与Nj的大小确定所述纵向间距t以及所述可缩式拱架(1)型号是否符合要求，当Nj≥Nk时，则判断所述纵向间距t以及所述可缩式拱架(1)型号不符合要求，重设纵向间距t和/或钢架型号，之后继续比较Nk与Nj的大小，直至Nj＜Nk；当Nj＜Nk，则判断所述纵向间距t以及所述可缩式拱架(1)型号符合要求；
结合所述离散垂直荷载qV、水平荷载qH，建立“荷载-结构”模型，得出可缩式拱架(1)的形变压力Pi；根据所述形变压力Pi及相关参数得出可缩式拱架(1)的径向位移量ui；预设可伸缩拼接段(3)的数量n，结合所述径向位移量ui，得出可伸缩拼接段(3)的最大滑移幅度△；
根据得出的所述纵向间距t、可缩式拱架(1)型号、可伸缩拼接段(3)的数量n、最大滑移幅度△设计所述可缩式拱架(1)组。
2.根据权利要求1所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，其特征在于，所述相关参数包括隧道等效直径D、围岩(7)重度γ、岩体单轴抗压强度σcm、以及隧道埋深h。
3.根据权利要求2所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，其特征在于，根据所述相关参数假定离散垂直荷载qV，水平荷载qH，其方程式为qV＝kDγ，qH＝λqV；
其中，k为垂直荷载系数，可取0.5～1.0，λ为水平荷载系数，可取0～1.0。
4.根据权利要求3所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，其特征在于，根据所述离散垂直荷载qV、纵向间距t及相关参数得出可伸缩拼接段(3)滑移阻抗Nj，其方程式为Nj＝qVDt/4。
5.根据权利要求4所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，其特征在于，通过数值模拟软件，建立在离散垂直荷载qV、水平荷载qH作用下可缩式拱架(1)的第一“荷载-结构”模型，通过所述第一“荷载-结构”模型得出所述可缩式拱架(1)上最大轴力的数值及其位置；建立在不同大小的径向压力作用下可缩式拱架(1)的第二“荷载-结构”模型，并使所述第二“荷载-结构”模型上处于同一位置的轴力与所述最大轴力相等，取此时所述径向压力为形变压力pi。
6.根据权利要求5所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，其特征在于，根据所述形变压力Pi及相关参数得出可缩式拱架(1)的径向位移量ui，其方程式为
其中，所述P0为初始垂直地应力，其方程式为p0＝γh。
7.根据权利要求6所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法，其特征在于，预设可伸缩拼接段(3)的数量n，结合所述径向位移量ui，得出可伸缩拼接段(3)的最大滑移幅度△，其方程式为Δ＝2π(ui-u0)/n；
其中，U0为隧道开挖后支护前的裸洞先期径向变形。
8.一种挤压性变形隧道可让式支护钢架，其特征在于，包括多个并排设置的可缩式拱架(1)，所述可缩式拱架(1)之间具有纵向间距t；所述可缩式拱架(1)包括多个首尾连接的支护钢体(2)，相邻所述支护钢体(2)的连接端相互搭接形成可伸缩拼接段(3)，所述可伸缩拼接段(3)在整个可缩式拱架(1)中的数量为n个，且当所述可缩式拱架(1)受到挤压时所述可伸缩拼接段(3)能够产生相对滑移，其滑移弧度为△；两个搭接在一起的连接端外侧设有使两个连接端紧密贴合的卡箍(4)；
其中所述纵向间距t、可缩式拱架(1)的型号、所述可伸缩拼接段(3)的数量n、所述最大滑移幅度△的取值通过权利要求1-7任一所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架设计方法得出。
9.根据权利要求8所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架，其特征在于：所述支护钢体(2)为U型槽钢，所述U型槽钢竖部向外翻折形成水平折边，相邻所述U型槽钢的槽口向下叠合形成所述可伸缩拼接段(3)，所述卡箍(4)包括上卡箍件(41)和下卡箍件(42)，所述上卡箍件(41)和下卡箍件(42)之间合围形成用于夹持所述可伸缩拼接段(3)的紧固间隙，所述上卡箍件(41)和下卡箍件(42)两侧向外翻转形成能够穿设螺栓的紧固平台(43)。
10.一种隧道，其特征在于：包括设置于围岩(7)内侧的初支混凝土层(5)以及设置于初支混凝土层(5)内侧的二衬混凝土层(6)，所述二衬混凝土层(6)与初支混凝土层(5)之间留有间隙，所述间隙的预留间隔长度大于或等于所述径向位移量ui，所述初支混凝土层(5)内设置有如权利要求8-9任一所述的一种挤压性变形隧道可让式支护钢架，所述初支混凝土上还穿设有若干呈环形分布的锚杆(8)，所述锚杆(8)的一端穿过所述初支混凝土层(5)并设有用于支撑所述初支混凝土的垫板，所述锚杆(8)的另一端向远离所述初支混凝土层(5)的方向深入所述围岩(7)。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115081149A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-20 | 交通运输部公路科学研究所 | 一种公路隧道让压支护结构可缩接头设置方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000186332A (ja) * | 1998-12-18 | 2000-07-04 | Ishikawajima Constr Materials Co Ltd | 大断面トンネル及びその構築方法 |
| RU2407893C1 (ru) * | 2009-07-29 | 2010-12-27 | Научно-производственная компания "ИННОВАТОР-НС" | Замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей |
| CN106285724A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-01-04 | 成都理工大学 | 一种隧道让压式支护体系 |
| CN209244581U (zh) * | 2018-10-15 | 2019-08-13 | 中国建筑土木建设有限公司 | 一种用于防治公路隧道岩爆的复合支护*** |
| CN209244586U (zh) * | 2018-10-09 | 2019-08-13 | 中国建筑土木建设有限公司 | 一种可伸缩式隧道拱架 |
| CN211652036U (zh) * | 2020-01-10 | 2020-10-09 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种钢拱架受力监测*** |
-
2021
- 2021-06-25 CN CN202110714374.XA patent/CN113217041A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000186332A (ja) * | 1998-12-18 | 2000-07-04 | Ishikawajima Constr Materials Co Ltd | 大断面トンネル及びその構築方法 |
| RU2407893C1 (ru) * | 2009-07-29 | 2010-12-27 | Научно-производственная компания "ИННОВАТОР-НС" | Замок узла податливости металлической рамной податливой крепи из шахтных спецпрофилей |
| CN106285724A (zh) * | 2016-10-14 | 2017-01-04 | 成都理工大学 | 一种隧道让压式支护体系 |
| CN209244586U (zh) * | 2018-10-09 | 2019-08-13 | 中国建筑土木建设有限公司 | 一种可伸缩式隧道拱架 |
| CN209244581U (zh) * | 2018-10-15 | 2019-08-13 | 中国建筑土木建设有限公司 | 一种用于防治公路隧道岩爆的复合支护*** |
| CN211652036U (zh) * | 2020-01-10 | 2020-10-09 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种钢拱架受力监测*** |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 王建宇: "对形变压力的认识――隧道围岩挤压性变形问题探讨" * |
| 王建宇;胡元芳;刘志强: "高地应力软弱围岩隧道挤压型变形和可让性支护原理" * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115081149A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-20 | 交通运输部公路科学研究所 | 一种公路隧道让压支护结构可缩接头设置方法 |
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