【技術實現步驟摘要】
本技術涉及隧道支護，特別涉及一種隧道初期支護結構。
技術介紹
1、在隧道開挖過程中，巖質不好的圍巖往往強度低，易破碎，容易受到擾動而失穩，有時可能會發生局部或大面積的塌方和冒頂事故，增加施工難度和安全風險。在某些情況下，圍巖還可能含有較高的地應力，開挖時可能引發巖爆，對施工安全構成威脅。為此，隧道支護結構的合理設置對保障施工人員安全及隧道的結構穩定都尤為重要。
2、傳統的初期支護結構主要包括噴射混凝土、鋼拱架、錨桿以及鋼筋網等，這些結構共同構成了隧道初期支護的穩定體系。但隨著隧道工程的發展，面臨的地質情況越發復雜，傳統支護結構因為其施工周期長、缺乏動態適應性、壓力分布不均、效率較低、短時間內支護強度不足的問題，使其已難以滿足日益增長的安全性和適應性要求。
3、同時，目前我國隧道普遍強調鋼拱架等被動支護構件的變形控制作用，傳統的支護措施并不能有效充分發揮圍巖自身的承載能力。
4、因此，為了有效的發揮圍巖的自承載能力，十分有必要設計一種新型支護結構，使其能夠通過控制允許圍巖的變形范圍，在能釋放大部分應力的情況下能夠形成自穩結構。
技術實現思路
1、有鑒于此，本技術提供一種新型隧道初期支護結構，其能夠基于自身的自適應設計在縱向和環向兩個方向上對隧道圍巖的變形及應力進行動態響應。
2、本技術公開一種隧道初期支護結構，包括面向隧道圍巖設置并且在隧道內形成環形的保持層，其特征在于，所述保持層構造為由多個自身具有連續的波峰和波谷的波形保持板在隧道環
3、基于上述結構，在本技術中，當隧道圍巖產生縱向變形及應力時，則能夠借助于保持層的波形保持板在其自身波峰波谷的排列方向上受壓剛度小的力學特性來進行響應，同時當隧道圍巖產生環向變形及應力時，由于保持層的相鄰波形保持板中至少其中之一的環向搭接部上的連接孔為條形伸長孔，使得波形保持板受到環向壓力時能夠產生相對移位，進而能夠適應隧道圍巖在環向上的變形及應力。
4、進一步地，條形伸長孔包括定位孔部和與定位孔部貫通的u形過盈孔部，所述環向連接件能夠自定位孔部伸入以使得相鄰波形保持板的環向搭接部形成連接；所述條形伸長孔和所述環向連接件共同構造為，在波形保持板未受環向壓力時，環向連接件保持在定位孔部中，當波形保持板受到環向壓力并且超過額定壓力時，環向連接件能夠在壓力作用下自定位孔部進入u形過盈孔部并且與u形過盈孔部形成過盈配合。
5、在一個優選的實施例中，條形伸長孔設置在相鄰波形保持板中在環向方向上位于下方的波形保持板的連接部上，相鄰波形保持板中在環向方向上位于上方的波形保持板的連接部上的連接孔為與環向連接件的形狀相適應的適形孔。也就是說，在保持層的兩相鄰波形保持板中，其中一個的環向搭接部上設置為條形伸長孔，而另一個的環向搭接部上僅設置與連接件相適形的連接孔。在這種情況下，其中的條形伸長孔的定位孔部也與連接件的形狀相適形，連接件穿過定位孔部與另一波形保持板上的連接孔形成連接，從而使得兩相鄰波形保持板形成連接；同時，連接件的徑向尺寸大于條形伸長孔的u形過盈孔部的孔口大小，使得連接件能夠被保持在定位孔部內，而當發生環向壓力時，連接件能夠在波形保持板在壓力作用下而產生的位移作用下，而被迫使進入u形過盈孔部內，并且與u形過盈孔部形成過盈配合，進而對隧道圍巖的環向變形及應力產生自適應。
6、進一步地，保持層的每一波形保持板通過錨桿與隧道圍巖形成連接。
7、進一步地，保持層沿隧道縱向設置多個，每一保持層與所述隧道圍巖之間均具有間隙空間；還包括緩沖層，所述緩沖層以填滿所述間隙空間的方式設置在所述保持層與所述隧道圍巖之間，以適應隧道圍巖的徑向變形及應力。即，在優選的實施例中，當隧道圍巖產生徑向變形(或者稱為位移)及應力時，還能借助填充密實在圍巖與保持層之間的緩沖層來進行泄壓適應；也就是說，在本技術中，能夠同時從徑向、縱向和環向這三個方向對圍巖的變形及應力進行動態響應，從而能夠提高隧道支護結構的動態適應性、均勻分布壓力、有效發揮圍巖自承載能力以及縮短施工周期。
8、即，基于前述整體結構，能夠使得本技術的支護結構在受到縱向、徑向和環向上變形應力時仍然能夠保持自穩，而不會因圍巖變形及應力而造成坍塌。
9、進一步地，緩沖層和所述保持層的接觸面上設置有徑向壓力采集裝置，以用于對隧道圍巖的徑向變形壓力進行數據采集；和/或，在隧道縱向上，保持層的相鄰位置處設置有縱向壓力采集裝置，以用于對隧道圍巖的縱向變形壓力進行數據采集。
10、進一步地，還包括壓力數據傳輸裝置和后臺控制裝置，所述壓力數據傳輸裝置能夠接收徑向壓力采集裝置和/或縱向壓力采集裝置所采集的壓力數據，并且將其傳輸至后臺控制裝置；所述后臺控制裝置能夠對所接收的壓力數據進行分析和處理，并且能夠結合壓力數據中的應力至和/或位移值進行自動預警。
11、進一步地，緩沖層由高彈性等粒徑球體在隧道圍巖與保持層之間的空隙內填充而成；所述高彈性等粒徑球體的半徑不大于波形保持板的波寬的十分之一。
12、進一步地，在每一形成環形的保持層在隧道縱向上的兩側端頭處布設充氣式橡膠墊，以在兩側端頭位置處封堵保持層與隧道圍巖之間的間隙，使得高彈性等粒徑球體能夠被注入所述間隙空間。
13、進一步地，其中，在隧道縱向上，在相鄰兩保持層中下一保持層的對應緩沖層構造完成后，將在相鄰兩保持層的相鄰位置處進行封堵端頭的充氣橡膠墊全部放氣撤出，以在相鄰兩保持層之間形成共通的緩沖層。
14、有益效果：在本技術的隧道初期支護結構，以波形保持板作為支護主體，通過波形保持板沿波峰波谷排列方向受壓剛度小的力學特性，能夠實現控制圍巖在縱向的變形及應力；同時，通過保持層內相鄰波形保持板之間的特殊連接方式，動態控制圍巖產生的環向位移及應力。也就是說，本技術的支護結構能夠借助于波形保持板形成的保持層同時從縱向和環向對圍巖的變形及應力進行動態響應，從而能夠提高隧道支護結構的動態適應性、均勻分布壓力、有效發揮圍巖自承載能力以及縮短施工周期。
15、下面結合附圖中所示的實施例以及附圖標記詳細公開本技術的隧道初期支護結構及其施工方法。
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1.一種隧道初期支護結構，包括面向隧道圍巖設置并且在隧道內形成環形的保持層，其特征在于，所述保持層構造為由多個自身具有連續的波峰和波谷的波形保持板在隧道環向上相互連接而成，并且所述波形保持板設置為其自身波峰和波谷的排列方向在隧道的縱向上，以適應隧道圍巖在縱向的變形及應力；
2.根據權利要求1所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述條形伸長孔包括定位孔部和與定位孔部貫通的U形過盈孔部，所述環向連接件能夠自定位孔部伸入以使得相鄰波形保持板的環向搭接部形成連接；
3.根據權利要求2所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述條形伸長孔設置在所述相鄰波形保持板中在環向方向上位于下方的波形保持板的連接部上，所述相鄰波形保持板中在環向方向上位于上方的波形保持板的連接部上的連接孔為與環向連接件的形狀相適應的適形孔。
4.根據權利要求3所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述保持層的每一波形保持板通過錨桿與隧道圍巖形成連接。
5.根據權利要求4所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述保持層沿隧道縱向設置多個，每一保持層與所述隧道圍巖之間均具有間隙空間；
6.根據權利要求5所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述緩沖層和所述保持層的接觸面上設置有徑向壓力采集裝置，以用于對隧道圍巖的徑向變形壓力進行數據采集；
7.根據權利要求6所述的隧道初期支護結構，其特征在于，還包括壓力數據傳輸裝置和后臺控制裝置，所述壓力數據傳輸裝置能夠接收徑向壓力采集裝置和/或縱向壓力采集裝置所采集的壓力數據，并且將其傳輸至后臺控制裝置；
8.根據權利要求7所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述緩沖層由高彈性等粒徑球體在隧道圍巖與保持層之間的空隙內填充而成；
9.根據權利要求8所述的隧道初期支護結構，其特征在于，在每一形成環形的保持層在隧道縱向上的兩側端頭處布設充氣式橡膠墊，以在兩側端頭位置處封堵保持層與隧道圍巖之間的間隙，使得高彈性等粒徑球體能夠被注入所述間隙空間。
10.根據權利要求9所述的隧道初期支護結構，其特征在于，其中，在隧道縱向上，在相鄰兩保持層中下一保持層的對應緩沖層構造完成后，將在相鄰兩保持層的相鄰位置處進行封堵端頭的充氣橡膠墊全部放氣撤出，以在相鄰兩保持層之間形成共通的緩沖層。
...【技術特征摘要】
1.一種隧道初期支護結構，包括面向隧道圍巖設置并且在隧道內形成環形的保持層，其特征在于，所述保持層構造為由多個自身具有連續的波峰和波谷的波形保持板在隧道環向上相互連接而成，并且所述波形保持板設置為其自身波峰和波谷的排列方向在隧道的縱向上，以適應隧道圍巖在縱向的變形及應力；
2.根據權利要求1所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述條形伸長孔包括定位孔部和與定位孔部貫通的u形過盈孔部，所述環向連接件能夠自定位孔部伸入以使得相鄰波形保持板的環向搭接部形成連接；
3.根據權利要求2所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述條形伸長孔設置在所述相鄰波形保持板中在環向方向上位于下方的波形保持板的連接部上，所述相鄰波形保持板中在環向方向上位于上方的波形保持板的連接部上的連接孔為與環向連接件的形狀相適應的適形孔。
4.根據權利要求3所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述保持層的每一波形保持板通過錨桿與隧道圍巖形成連接。
5.根據權利要求4所述的隧道初期支護結構，其特征在于，所述保持層沿隧道縱向設置多個，每一保持層與所述隧道圍巖之間均具有間隙空間；...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋輝星，馮樹彪，夏佳林，孫克國，王藝超，秦晉行，劉琛，孫兆寧，
申請(專利權)人：中鐵十四局集團第二工程有限公司，
類型：新型
國別省市：
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