[发明专利]一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法

说明书

本发明公开了一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法。所述支护结构包括紧贴岩壁架设的柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆、环向薄钢带、纵向薄钢带、环向钢拱架、纵向厚钢带；所述环向钢拱架、环向薄钢带环绕内壁，等间隔交替沿隧道轴向设置；所述环向钢拱架包括环向钢拱架片和具有缓冲作用的环向让压构件；所述纵向薄钢带、纵向厚钢带等间隔交替沿隧道轴向设置，与环向钢拱架、环向薄钢带形成网状结构；所述纵向薄钢带和环向薄钢带的交叉处设置有贯穿入围岩内部的多级恒阻大变形锚杆。本发明公开的三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构具有耗能、防冲击、防碎石弹射的特点，能够实现对隧道硬岩强岩爆冲击的有效控制。

技术领域

本发明涉及一种隧道围岩支护结构，具体涉及一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法。

背景技术

随着以川藏铁路工程和滇中引水工程等为代表的新一轮西部基础设施的建设开发，及资源开采持续向深部进军，我国将建设大量深埋高应力隧(巷)道工程。深埋高应力硬岩隧(巷)道工程将频繁遭遇岩爆灾害，如贯穿秦岭的引汉济渭工程秦岭隧洞、贯穿天山的新疆ABH输水隧洞工程和锦屏二级水电站引水隧洞工程等均频繁遭遇岩爆灾害。现有研究认为，岩爆是在开挖或其他外界扰动下，地下工程岩体中聚积的弹性变形势能突然释放，导致围岩爆裂、弹射的动力现象，可分为应变岩爆和矿震岩爆。硬岩岩爆和软岩大变形是深埋高应力隧道工程频繁遭遇的两种灾害，相比于软岩大变形，硬岩岩爆具有更高的突发性、随机性和危害性等特征，因而其带来的灾害更大、损失更为严重，如损毁支护结构和掘进设备，带来重大经济损失，延滞隧道工程建设时间，甚至造成人员伤亡等。

根据岩爆破坏深度、沿隧洞纵向破坏长度、块体平均弹射速率和声响特征等的不同，可对岩爆灾害进行等级划分，分为轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆和极强岩爆。对于轻微岩爆和中等岩爆，现有支护结构即能进行较好地控制，如采用传统刚性锚杆、布置环向钢拱架、在钢拱架背后架设沿纵向方向的钢筋排等。而对于强烈岩爆和极强岩爆而言，传统刚性支护难以起到很好的控制效果，强烈的岩爆往往会造成锚杆断裂、钢拱架扭曲甚至整体垮塌、岩块发生动力弹射造成人员伤亡等，因此，应强调支护结构对岩爆的适应性和吸能特征，即能够吸收破裂块体的大部分动能，而非单纯依靠强力去抵御，基于此，新型吸能支护应运而生，典型如吸能锚杆等，它具有吸能、自身能够发生滑移大变形且具有一定支护强度等特征。

现有吸能锚杆基本原理是在锚杆钻孔孔底或孔口或孔外设置滑移装置或屈服构件，实现锚杆沿轴向的滑移或收缩，适应围岩的大变形，可采用结构滑移式大变形或构件大收缩或材料自身大变形的形式。然而，单纯依靠这类大变形锚杆在控制强烈岩爆及极强岩爆方面效果不佳，究其原因在于强烈岩爆发生后，往往是锚杆周边整体围岩发生脱落、弹射崩出，造成锚杆尾部悬空从而失去支护效力。因此，对于强烈岩爆甚至极强岩爆，为防止破裂岩块的冲击灾害，新型支护结构的提出显得迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提出一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，以解决现有支护结构在控制强烈岩爆及极强岩爆动力冲击效果不佳的问题。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，包括紧贴岩壁架设的柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆、环向薄钢带、纵向薄钢带、环向钢拱架、纵向厚钢带；

所述环向钢拱架、环向薄钢带环绕内壁，等间隔交替沿隧道轴向设置；所述环向钢拱架包括环向钢拱架片和环向让压构件，环向钢拱架片与环向让压构件交替连接形成环形结构；所述环向让压件为可缩式缓冲结构；

所述纵向薄钢带、纵向厚钢带等间隔交替沿隧道轴向设置，与环向钢拱架、环向薄钢带形成网状结构；所述纵向厚钢带与环向钢拱架的交叉处固定连接；所述纵向薄钢带和环向薄钢带的交叉处设置有贯穿入围岩内部的多级恒阻大变形锚杆。

本发明所述三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构中的“三柔”体现为柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆和环向让压构件，“两刚”则体现为将钢拱架进行纵向相连的纵向厚钢带和纵环相连的薄钢带。