[发明专利]一种软岩隧道大变形自适应支护结构

说明书

本发明公开了一种软岩隧道大变形自适应支护结构，包括初衬结构和二衬结构，初衬结构的围岩侧设置有覆盖围岩的第一缓冲垫层；初衬结构和二衬结构之间设置有第二缓冲垫层；第一缓冲垫层的刚度小于第二缓冲垫层的刚度。本发明一种软岩隧道大变形自适应支护结构，减少对二衬结构的局部挤压，从而保护二衬结构安全，减少裂缝。同时，在发生局部变形时，在吸收能量时，会将压力分散到其他部位，完成一次应力分散，再由第二缓冲垫层完成二次应力分散，使得应力传导到二衬结构上时，会被大量分散；而由于二衬结构一般均为拱形结构，对于均匀分散的应力有着非常好的抵抗效果，不会出现应力集中现象，从而可以有效减少二衬结构混凝土开裂。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术，具体涉及一种软岩隧道大变形自适应支护结构。

背景技术

隧道围岩软岩大变形是由极限剪应力失稳蠕变导致的时效变形行为，是一种具有累进性和时间效应的蠕变变形，且作用于衬砌上的蠕变应力极大，如果应力得不到妥善释放，或衬砌强度刚度较弱，极易破坏衬砌结构，导致结构失效。

目前隧道应对软岩大变形问题多采用及早施作强支护手段来抑制围岩的变形，强支护包括刚性初期支护和刚性二次衬砌，其会诱发过大的围岩压力，进而产生施工和运营风险。

发明内容

为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种软岩隧道大变形自适应支护结构。

一种软岩隧道大变形自适应支护结构，包括初衬结构和二衬结构，所述初衬结构的围岩侧设置有覆盖围岩的第一缓冲垫层；所述初衬结构和所述二衬结构之间设置有第二缓冲垫层；所述第一缓冲垫层的刚度小于所述第二缓冲垫层的刚度。

现有技术中，软岩隧道大变形不仅仅会带来施工阶段的困难和危险，对于运营隧道同样会造成影响，尤其是在双洞近接施工时，其影响更为明显，软岩大变形可能会在稳定数百天后出现收敛加速，危害隧道运营安全。目前所采用的被动支护体系配合锚杆主动支护虽然可以很好的适应于多种类型的隧道施工，但是其依然采用的是主动加固再刚性支撑的方式进行，应用于软岩大变形的情况时，只能通过刚性二衬进行支撑，在隧道运营过程中，刚性二衬的不均匀受力极容易出现裂缝、渗水甚至掉块造成运营事故。

本申请实施例实施时，在基础的初衬结构和二衬结构上，增加了两个刚度不同的缓冲垫层，其中第一缓冲垫层布设于初衬结构和围岩之间，在具体施工时，可以在开挖完成后施做第一缓冲垫层，并在第一缓冲垫层的基础上施做初衬结构。应当理解的是，无论采用何种开挖方式，如台阶法、微台阶法、CD法等方式，本领域技术人员都可以根据需要进行第一缓冲垫层和初衬结构的施工。在本申请实施例中，还存在设置于初衬结构和二衬结构之间的第二缓冲垫层，在具体施工时，可以在初衬喷射混凝土达到预设强度时，施做第二缓冲垫层并施做二衬结构。应当理解的是，在二衬结构施做前还需要施做防水等结构，其属于现有技术，本申请实施例在此不多做限定。

在本申请实施例中，由于第一缓冲垫层的刚度小于第二缓冲垫层，在运营过程中，当围岩发生变形时挤压第一缓冲垫层，第一缓冲垫层产生形变进行吸能，此时主要的围岩变形能量由第一缓冲垫层吸收；在第一缓冲垫层吸收围岩变形能量达到一定程度时，会挤压拱形的初衬结构，进而挤压第二缓冲垫层，由第二缓冲垫层进行进一步吸能，减少对二衬结构的局部挤压，从而保护二衬结构安全，减少裂缝。同时，由于第一缓冲垫层为覆盖式设计，在发生局部变形时，在吸收能量的同时，会将压力分散到其他部位，完成一次应力分散，再由第二缓冲垫层完成二次应力分散，使得应力传导到二衬结构上时，会被大量分散；而由于二衬结构一般均为拱形结构，对于均匀分散的应力有着非常好的抵抗效果，不会出现应力集中现象，从而可以有效减少二衬结构混凝土开裂。

在一种可能的实现方式中，

所述第一缓冲垫层和所述第二缓冲垫层采用柔性吸能材料或者柔性吸能结构。

在一种可能的实现方式中，

所述第一缓冲垫层采用带有钢筋网的海绵垫层；所述第二缓冲垫层采用钢筋桁架结构。