[发明专利]隧道软弱围岩支护方法及支护结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道开挖过程中对隧道软弱围岩的支护方法及支护结构。

背景技术

目前城市软弱围岩(一般为国家地铁施工规范中所指IV级并包括IV级以上的分类围岩)隧道初支施工的工序时间长，效率低，开挖、安设拱架、喷砼、初支背后注浆，这些因素使围岩暴露的时间很长，软弱围岩预留核心土无法及时安装临时仰拱，结构无法及时闭合，等闭合后也需要几天的时间，隧道开挖后围岩应力得到充分的释放，等初支结构能够提供支护应力时已经是十几个小时甚至是一两天或更长时间之后，无法及时提供有效的应力，使隧道围岩的应力恶化，围岩变形加剧，围岩结构易遭破坏，所以隧道沉降发生率较大，加剧了隧道施工的风险，经常造成隧道周围环境的沉降超标，甚至造成地表建筑破坏或地表坍塌，而城市的环境要求非常高，特别是城市低层建筑物的基础形式和房屋结构抵抗变形能力很弱，雨污水管道、燃气、热力、上水等各种管线的抗变形能力也很差，为了满足地面建筑物、地下管线等的安全需求，对城市暗挖隧道的施工提出了新的要求，必须保证地面及地下各种建筑物的安全环境要求，但目前的被动式的隧道施工技术都无法很好的保证这方面的要求。隧道施工安全风险大，城市暗挖隧道施工已成为城市施工的高危行业。

中国专利200710027739.1公开了一种浅埋暗挖工程施工方法，该方法在已开挖的隧道断面挂网并预喷砼，在隧道断面安装可调预应力钢拱架，在钢拱架与预喷射砼间塞垫刚性垫块并使他们紧密接触，给钢拱架施加预应力，然后喷射砼固定钢拱架。该方法是通过给钢拱架施加一个朝向围岩的预应力，该预应力通过垫块和混凝土施加给围岩，来抵挡围岩的收敛变形，但由于给钢拱架施加预应力后，钢拱架会具有回复变形的趋势，即背离围岩方向变形的趋势，该趋势会降低钢拱架以及混凝土形成的支撑结构抵抗围岩变形的能力，并且给围岩的应力是点应力，因此，围岩的变形程度依然较大。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可主动对隧道围岩稳固支撑的隧道软弱围岩支护方法及支护结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：隧道软弱围岩支护方法，包括以下步骤：

A、先沿隧道延伸方向间隔布置初支钢架，所述初支钢架安装在隧道围岩上；

B、然后在初支钢架与围岩之间设置施力装置，通过施力装置对初支钢架施加背离围岩方向的预应力并同时对围岩施加背离初支钢架的预应力；

C、将步骤B中施加有预应力的相邻两个初支钢架之间浇注或喷射混凝土，形成混凝土结构，所述混凝土结构分别与相邻两个初支钢架以及围岩相连；

D、最后将施力装置从初支钢架与围岩之间取出。

进一步的是：步骤A中所述初支钢架沿隧道围岩的横截面周向安装。

进一步的是：步骤D中，所述施力装置取出后，向初支钢架与围岩之间浇注或喷射混凝土，使初支钢架通过混凝土与围岩相连。

进一步的是：所述施力装置为气囊，步骤B中，通过气囊充气对初支钢架施加背离围岩方向的预应力，同时对围岩施加背离初支钢架的预应力。

进一步的是：所述混凝土为速凝早强混凝土。

隧道软弱围岩支护结构，包括隧道围岩，所述隧道围岩上沿隧道延伸方向间隔设置有一组初支钢架，初支钢架与围岩之间设置有施力装置；相邻两个初支钢架之间设置有混凝土结构，所述混凝土结构分别与相邻两个初支钢架以及围岩相连。

进一步的是：所述施力装置为气囊。

进一步的是：所述初支钢架沿隧道围岩的横截面周向安装。

本发明的有益效果是：通过施力装置对初支钢架施加背离围岩的预应力并同时对围岩施加背离初支钢架的预应力，对围岩能够及时提供主动支护，减少围岩应力的释放；当将施力装置取出后，初支钢架失去施力装置的支撑，具有释放预应力的趋势，但此时由于初支钢架受到位于相邻两个初支钢架之间的混凝土结构的限位作用，使得初支钢架将预应力通过上述混凝土结构施加在围岩上，进而可以抑制围岩释放内部应力，从而可对围岩起到良好的支撑作用，可有效防止围岩的变形，控制地层沉降。

附图说明

图1为初支钢架与气囊和围岩的位置关系示意图；

图2为施力装置对初支钢架以及围岩施加预应力的示意图；

图3为图2中A区域的放大图；

图4为取出施力装置后位于相邻两个初支钢架之间的混凝土结构的受力情况示意图；

图5为将初支钢架与围岩之间浇注或喷射混凝土后受力情况示意图。

图中标记为：1-围岩，2-气囊，3-初支钢架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。