用于高地应力挤压性软弱岩的隧道围岩变形支护结构的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程领域，具体的是用于高地应力挤压性软弱岩的隧道围岩变形支护结构。


背景技术：

2.在修建隧道及地下工程中，工程地质状况及水文地质情况是人们面临的首要对象。在一般情况下，隧道的修建速度和质量好坏取决于对地质状况的认识和掌握程度。当地质状况较好时，工程进展就顺利，工程的工期、质量以及造价等都能按计划正常进行。当地质条件变差，遇到如挤压性软弱围岩等特殊及不良地质地段时，工程就会受阻，表现为工期的延长、质量的下降以及工程造价的剧增，同时还有可能出现大的安全事故，导致人员的伤亡、设备的损坏等现象的发生。目前在挤压性软弱围岩中修建隧道的情况越来越多。但在施工过程中，存在因地质条件不确定性以及施工中开挖方法和支护措施不合理等各种原因，造成隧道出现大变形现象，从而影响了施工的安全、工期和工程投入。
3.其中，因地质造成隧道出现大变形现象的主要体现在以下两个方面：
4.其一、膨胀性围岩的膨胀作用，如粘土类矿物蒙脱石、高岭土、绿泥石等，吸水后体积可膨胀10％一30％；硬石膏遇水后发生化学反应，体积增大60％；芒硝遇水后体积增大150％左右。当含有这些物质的围岩在开挖后遇水或吸收空气中的水份，发生体积的膨胀，从而使隧道或洞室的周边产生大变形。
5.其二、软弱围岩在高地应力作用下发生的挤压性变形。由于地应力较高，而岩石的强度较低，洞室在开挖后，周边将出现大范围的塑性破坏区，塑性区内的岩体发生剪切和挤压作用，迫使围岩中的质点向开挖空间进行移动，从而出现了大变形。
6.自二十世纪八十年代初，新奥法全面传入我国以来，铁路、公路隧道的施工技术得以迅速发展，并不断提高。修建长大隧道的能力也逐渐增强，处理软弱围岩隧道大变形的手段也在不断完善。目前，隧道施工技术较先进的国家，针对软弱围岩隧道大变形所采取的施工技术措施已较完善，如采用的超前支护措施(主要是深孔注浆、超前锚杆、长大管棚等)、强支护措施(钢架支护、钢纤维、碳纤维喷射混凝土)和特殊支护措施(包括可压缩支护、可替换支护)等在八十年代初期就已完成。
7.近二三十年来，由资料显示，国内外某些典型的围岩的强度低而原始地应力较高(即应力强度比很大)的隧道，其大变形的整治几乎均采用了长锚杆或锚索的方式，采用配有长锚杆的柔性支护，既能通过变形释放一部分地应力，又加固了围岩，控制了变形，工程实践显示成功。
8.近年来，高地应力作用下的挤压性软弱围岩隧道大变形在我国已日益引起重视，主要原因是：一方面挤压性软弱围岩的变形量特别大(几十厘米至一百多厘米)，洞壁位移后往往侵入模筑混凝土衬砌净空，使施工处理十分困难；另一方面，随着我国隧道建设的发展，大变形工点日益增多，然而我们目前使用的隧道设计和施工规范，针对软弱围岩大变形问题仅作出了一些基本的规定和要求，内容较简单，不论设计还是施工方面都没有一套可
靠的办法。目前采用的常规锚杆支护的结构已无法缓解隧道围岩大变形的问题。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是为了解决目前高地应力作用下的挤压性软弱围岩隧道变形大的问题，提供一种用于高地应力挤压性软弱岩的隧道围岩变形支护结构，缓解隧道围岩变形。
10.本实用新型采用的技术方案是：用于高地应力挤压性软弱岩的隧道围岩变形支护结构，包括初期支护钢拱架和将初期支护钢拱架锁定于隧道围岩的锁角锚杆；还包括加强锚杆和铺设于隧道围岩内壁的全环钢板，所述钢板位于初期支护钢拱架内侧，所述加强锚杆的一端依次穿过初期支护钢拱架和钢板锚固于隧道围岩内，加强锚杆的另一端经过锁紧结构与初期支护钢拱架相连接。
11.进一步的，所述加强锚杆沿其轴向包括插入隧道围岩的插入段和外露于隧道围岩的连接段；所述锁紧结构包括设置于连接段的外螺纹、套装于连接段上的钢片和与连接段螺纹连接的螺母；所述钢片抵靠初期支护钢拱架内侧，并经螺母抵靠钢板内侧。
12.进一步的，在加强锚杆的插入段固定连接有膨胀螺栓。
13.进一步的，所述加强锚杆成对布置，各对中的两根加强锚杆呈内端逐渐分开的八字形分布。
14.进一步的，所述锁角锚杆插入隧道围岩的插入部固定连接有膨胀螺栓。
15.本实用新型的有益效果是：本实用新型公开的用于高地应力挤压性软弱岩的隧道围岩变形支护结构，通过在初期支护钢拱架的内侧全环铺设钢板，对隧道围岩起到一定的支撑作用，在一定程度上减小了隧道围岩变形。加强锚杆的设置提升了隧道围岩的强度。而且，通过加强锚杆将初期支护钢拱架和钢板连接在一起，形成一个整体，提高了初期支护钢拱架的抗弯承载力，降低了支护结构不均匀变形概率，提高了抑制隧道围岩变形的能力。
附图说明
16.图1为本实用新型结构示意图；
17.图2为本实用新型节点图；
18.图3为加强锚杆结构示意图。
19.图中，初期支护钢拱架1、锁角锚杆2、加强锚杆3、插入段3a、连接段3b、钢板4、钢片5、螺母6、膨胀螺栓7。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明如下：
21.用于高地应力挤压性软弱岩的隧道围岩变形支护结构，如图1所示，包括初期支护钢拱架1和将初期支护钢拱架1锁定于隧道围岩的锁角锚杆2；还包括加强锚杆3和铺设于隧道围岩内壁的全环钢板4，所述钢板4位于初期支护钢拱架1内侧，所述加强锚杆3的一端依次穿过初期支护钢拱架1和钢板4锚固于隧道围岩内，加强锚杆3的另一端经过锁紧结构与初期支护钢拱架1相连接。
22.本实用新型公开的用于高地应力挤压性软弱岩的隧道围岩变形支护结构，初期支
护钢拱架1内侧是指初期支护钢拱架1与隧道围岩相邻的一侧，而与隧洞内相邻的一侧为初期支护钢拱架1的外侧。通过在初期支护钢拱架1的内侧全环铺设钢板4，即钢板4包围初期支护钢拱架1整圈。钢板4铺设于隧道围岩内壁，对隧道围岩起到一定的支撑作用，在一定程度上减小了隧道围岩变形。加强锚杆3的设置提升了隧道围岩的强度。而且，通过加强锚杆3 将初期支护钢拱架1和钢板4连接在一起，形成一个整体，提高了初期支护钢拱架1的抗弯承载力，降低了支护结构不均匀变形概率，提高了抑制隧道围岩变形的能力。
23.加强锚杆3与初期支护钢拱架1之间可以采用焊接连接，但是焊接对成本和人员要求高，且对于瓦斯隧道等，焊接施工作业风险大。为了避免上述问题，优选的，如图2所示，所述加强锚杆3沿其轴向包括插入隧道围岩的插入段3a和外露于隧道围岩的连接段3b；所述锁紧结构包括设置于连接段3b的外螺纹、套装于连接段3b上的钢片5和与连接段3b螺纹连接的螺母6；所述钢片5抵靠初期支护钢拱架1内侧，并经螺母6抵靠钢板4内侧。
24.为了提高加强锚杆3的锚固作用，优选的，如图3所示，在加强锚杆3的插入段3a固定连接有膨胀螺栓7。该设置，当加强锚杆3的插入段3a埋入隧道围岩后，能通过膨胀螺栓7 的膨胀作用，产生锁紧力，使得加强锚杆3与隧道围岩的摩擦力增大，从而增强加强锚杆3 的锚固作用。
25.加强锚杆3可以沿着隧道环向均匀分布，但是，为了更利于提升围岩的强度，优选的，所述加强锚杆3成对布置，各对中的两根加强锚杆3呈内端逐渐分开的八字形分布。加强锚杆3呈八字形插入隧道围岩内，对隧道围岩的加强效果更好，更利于增加支护结构的整体刚度。
26.为了进一步增大初期支护钢拱架1的刚度和强度，所述锁角锚杆2插入隧道围岩的插入部固定连接有膨胀螺栓7。通过膨胀螺栓7的膨胀作用，产生锁紧力，使得锁脚锚杆2与隧道围岩的摩擦力增大，从而增大初期支护钢拱架1的支护刚度和强度，提高锁脚锚杆2的锚固作用。