[实用新型]一种隧道钢拱架防屈服伺服系统

说明书

本实用新型属于隧道施工技术领域，涉及一种隧道钢拱架防屈服伺服系统，该伺服系统包括用于向隧道钢拱架提供竖向支撑工作压力的支撑头、用于实时监测隧道钢拱架的竖向支撑压力和拱脚位移及应变的监测传感器、数控泵站以及总控设备；数控泵站分别与监测传感器以及支撑头相连；总控设备与数控泵站无线连接；监测传感器置于支撑头上；支撑头通过隧道钢拱架支撑在岩面初喷面上。本实用新型可通过伺服装置和隧道钢拱架的配合，释放围岩形变压力，控制钢拱架的内力值，防止钢拱架内力过大产生屈服失稳，同时基于伺服系统实时控制系统的变形值和变形速率，实现围岩形变量的完全控制。

技术领域

本实用新型属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种隧道钢拱架防屈服伺服系统。

背景技术

隧道修建过程中，围岩变形造成的隧道支护结构失效问题是隧道施工安全隐患之一。采用新奥法施工时，由于围岩变形趋势的不确定性，难免会存在支护结构施作过早的情况，此时围岩应力尚未完全释放、围岩收敛变形仍会出现较大增长。为抵抗隧道变形，岩面初喷后，需架立钢拱架抵抗围岩的变形挤压荷载。当围岩变形过大时，围岩挤压力极大增加，钢拱架在形变挤压力下的内力急剧增长，拱脚处因内力过大易产生屈服，当钢拱架出现屈服时，围岩变形趋势难以得到抑制，易出现隧道塌方事故。故大变形隧道施工中，因地应力难以控制情况难以保证，需提升钢拱架支护的可靠性，在变形控制过程中需防止支撑结构内力过大出现的屈服，进一步引发工程事故。

为避免钢拱架的拱脚出现屈服而引发支护失效，现阶段相关的技术人员提出了两种解决思路：其一是采用增强支护刚度的方式抑制围岩的进一步变形，如增加锚杆和锁脚钢管、加密钢拱架等辅助施工方式，或是建立临时支撑体系，以分担钢拱架原有的围岩变形荷载，如符志华等发明了一种浅埋隧道应急液压应力补偿支撑装置，可在围岩变形较大处做临时支撑以补偿需求抗力，以减小围岩变形量，并可用于支撑处的位移监测。采用此手段，可分担原有钢拱架所受挤压力，防止钢拱架受力屈服，有效抑制围岩变形，但此方式将围岩的变形荷载分摊到新的支护结构体系上，施工成本急剧增加。其二是采用增加支护柔度的方式，使钢拱架在变形下仍留有足够的抗力而不出现屈服，从而让围岩内部应力得以缓慢释放，发挥围岩的自承载能力，直至挤压力小于钢拱架抗力，围岩变形趋于收敛。增加支护柔度一般从钢拱架结构入手，如田晔玮提出了一种隧道可缩式钢支撑支护结构，在拱架节点建立油缸缓冲机构连接，增加了隧道变形预留量，保护了隧道应力轮廓线。采用柔性支撑的方式，虽然可通过变形释放围岩应力，但钢拱架的刚度过无法合理调整，围岩变形的趋势可能无法得到抑制，易出现隧道坍塌，故采用此方式控制难度大大增加。因新奥法采用柔性支护的理念，将围岩应力释放后再进行支撑在受力上更具合理性，可减少施工成本，降低结构负担，但是在大变形隧道中柔性支护的可控性却未能得到合理解决。

因此，针对大变形隧道下的钢拱架，研制一种变形、应力可控的围岩变形控制装置，已成为隧道施工所急需。

实用新型内容

针对背景技术中存在的上述不足，本实用新型提供了一种隧道钢拱架防屈服伺服系统，可通过伺服装置和隧道钢拱架的配合，释放围岩形变压力，控制钢拱架的内力值，防止钢拱架内力过大产生屈服失稳，同时基于伺服系统实时控制系统的变形值和变形速率，实现围岩形变量的完全控制。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种隧道钢拱架防屈服伺服系统，所述隧道钢拱架防屈服伺服系统包括用于向隧道钢拱架提供竖向支撑工作压力并控制隧道钢拱架工作状态的支撑头、用于实时监测隧道钢拱架的竖向支撑压力和拱脚位移及应变的监测传感器、用于接收、传递监测数据并依据监测数据反馈为千斤顶提供对应油压的数控泵站以及用于设置相应的参数指令并监测数控泵站正常运行的总控设备；所述数控泵站分别与监测传感器以及支撑头相连；所述总控设备与数控泵站无线连接；所述监测传感器置于支撑头上；所述支撑头通过隧道钢拱架支撑在岩面初喷面上。