本發(fā)明屬于隧道施工，更具體地說，是涉及一種互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

1、高地應(yīng)力軟巖大變形隧道圍巖、支護穩(wěn)定問題已成為隧道工程建設(shè)面臨的重大工程問題，軟巖大變形隧道圍巖變形量大、變形速率快、變形持續(xù)時間長等引起的隧道坍塌，支護開裂等問題成為影響隧道施工及運營安全的主要問題之一。隧道讓壓支護措施已成為隧道工程建設(shè)普遍接受的支護措施，但在極高地應(yīng)力下，隧道變形量大，單一讓壓措施難以滿足隧道建設(shè)的需要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)及施工方法，旨在實現(xiàn)針對軟巖大變形隧道的徑向和環(huán)向聯(lián)合讓壓主動承載支護。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)，包括徑向讓壓支護結(jié)構(gòu)和環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)；

3、所述徑向讓壓支護結(jié)構(gòu)包括混凝土緩沖層和徑向支護組件；所述混凝土緩沖層覆蓋在圍巖的表層；所述支護組件包括嵌于所述混凝土緩沖層內(nèi)的預(yù)應(yīng)力錨桿和支護殼體，所述支護殼體為開口朝向圍巖一側(cè)的弧形結(jié)構(gòu)，所述預(yù)應(yīng)力錨桿連接所述支護殼體并固定于圍巖內(nèi)；

4、所述環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)包括多段支護架體、若干個預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)和若干個讓壓支撐結(jié)構(gòu)，所述環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)圍設(shè)成支護環(huán)，且所述預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)和所述讓壓支撐結(jié)構(gòu)均具有沿所述支護環(huán)的切向的自由度。

5、作為本技術(shù)另一實施例，所述混凝土緩沖層包括沿厚度方向依次噴射的一次混凝土緩沖層和二次混凝土緩沖層，所述一次混凝土緩沖層噴覆在圍巖的表面，所述一次混凝土緩沖層包括第一混凝土緩沖層和第二混凝土緩沖層，所述預(yù)應(yīng)力錨桿和所述支護殼體安裝在所述第一混凝土緩沖層的外側(cè)，所述第二混凝土緩沖層噴射在所述第一混凝土緩沖層的外側(cè)，與所述支護殼體和所述環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)嵌接；所述二次混凝土緩沖層噴覆在所述第二混凝土緩沖層和所述支護殼體的外側(cè)，所述二次混凝土緩沖層凝固，將所述支護殼體和所述預(yù)應(yīng)力錨桿包覆于所述混凝土緩沖層內(nèi)。

6、作為本技術(shù)另一實施例，所述支護殼體包括外側(cè)弧形板、內(nèi)側(cè)弧形板和讓壓填充層，所述內(nèi)側(cè)弧形板位于靠近圍巖的一側(cè)，所述內(nèi)側(cè)弧形板和所述外側(cè)弧形板平行設(shè)置，所述內(nèi)側(cè)弧形板和所述外側(cè)弧形板之間形成夾層空間，所述讓壓填充層位于所述夾層空間內(nèi)，所述讓壓填充層具有沿厚度方向屈曲的自由度。

7、作為本技術(shù)另一實施例，所述支護殼體為半球形結(jié)構(gòu)；所述支護殼體的開口端的端面與隧道頂部的圍巖貼合，所述支護殼體的封閉端朝下；所述外側(cè)弧形板和所述內(nèi)側(cè)弧形板朝向開口端的一側(cè)具有封口端板，所述封口端板用于封閉所述夾層空間；所述封口端板靠近所述外側(cè)弧形板的邊緣具有向外側(cè)凸出的外緣凸起，所述外緣凸起貼合于圍巖壁上。

8、作為本技術(shù)另一實施例，所述支護殼體的截面方向與隧道的長度方向呈夾角設(shè)置，兩個交叉連接的所述支護殼體組成的十字交叉梁結(jié)構(gòu)；兩個所述支護殼體內(nèi)的所述夾層空間相連，所述夾層空間內(nèi)的所述預(yù)應(yīng)力錨桿垂直貫穿兩個所述支護殼體的連接處的中心；所述支護殼體的側(cè)周圍設(shè)有豎向端板，所述豎向端板為朝向所述夾層空間內(nèi)凹。

9、作為本技術(shù)另一實施例，所述預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)包括第一定位板、第二定位板和伸縮件，所述伸縮件的兩個端部分別連接所述第一定位板和所述第二定位板，所述伸縮件借助所述第一定位板和所述第二定位板分別連接所述支護架體和所述讓壓支撐結(jié)構(gòu)；所述伸縮件在與所述支護架體組裝施工時始終處于收縮狀態(tài)；所述伸縮件為一個或多個，當所述伸縮件為多個時，多個所述伸縮件均勻分布在兩個所述定位板之間。

10、作為本技術(shù)另一實施例，所述讓壓支撐結(jié)構(gòu)包括第一承壓板、第二承壓板和讓壓元件；所述讓壓元件的兩個受力端分別連接所述第一承壓板和所述第二承壓板，所述讓壓元件借助所述第一承壓板和所述第二承壓板分別連接所述讓壓支撐結(jié)構(gòu)和下一段所述支護架體。

11、作為本技術(shù)另一實施例，所述讓壓元件包括兩個對稱設(shè)置的內(nèi)凹讓壓板；所述第一承壓板和所述第二承壓板之間形成讓壓空間，所述內(nèi)凹讓壓板位于所述讓壓空間的邊緣并在受壓狀態(tài)下朝向所述讓壓空間的中心方向凸出形變；

12、兩個所述內(nèi)凹讓壓板之間還設(shè)有成對設(shè)置的屈曲件，兩個所述屈曲件均為弧形板；兩個所述屈曲件的開口端分別朝向所述第一承壓板和所述第二承壓板，兩個所述屈曲件的封閉端貼合。

13、作為本技術(shù)另一實施例，所述讓壓元件為金屬塊體，所述金屬塊體沿長度方向設(shè)有多排讓位孔，所述讓位孔的直徑自所述第一承壓板至所述第二承壓板的方向逐漸減小或逐漸增大。

14、本發(fā)明提供的互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)的有益效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)，支護環(huán)內(nèi)具有環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)和徑向讓壓支護結(jié)構(gòu)，環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)和讓壓支撐結(jié)構(gòu)分別協(xié)同實現(xiàn)支護環(huán)的環(huán)向的預(yù)應(yīng)力的放張和讓壓回縮；徑向讓壓支護的預(yù)應(yīng)力錨桿和支護殼體分別協(xié)同實現(xiàn)支護環(huán)的徑向的預(yù)應(yīng)力的放張和讓壓回縮；在隧道變形時，通過沿徑向和環(huán)向聯(lián)合讓壓協(xié)同變形，確保徑向與環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，同步進入讓壓極限狀態(tài)，提高了支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；解決了現(xiàn)有單一讓壓措施無法滿足軟巖大變形隧道的支護措施。

15、還提供一種互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)施工方法，其特征在于，采用了上述的互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)，并包括以下步驟：

16、s1、隧道上臺階開挖，開挖輪廓面噴第一層徑向讓壓混凝土；

17、s2、在第一層徑向讓壓混凝土表面安裝預(yù)應(yīng)力錨桿及支護殼體，施加錨桿預(yù)應(yīng)力；同時安裝支護架體，施作鎖腳錨桿，組裝預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)和讓壓支撐結(jié)構(gòu)；

18、s3、噴第二層徑向讓壓混凝土，將支護殼體及支護架體嵌在第二層徑向讓壓混凝土中，形成鋼架嵌入結(jié)構(gòu)；

19、s4、隧道下臺階開挖，針對下臺階開挖輪廓面重復(fù)步驟s1和步驟s2中的支護架體、預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)和讓壓支撐結(jié)構(gòu)的安裝；

20、s5、讓壓支護結(jié)構(gòu)成環(huán)形，放張預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)，使讓壓支護結(jié)構(gòu)向圍巖擠壓變形，讓壓支護結(jié)構(gòu)直徑外伸變大，形成主動支護力；

21、s6、噴二次混凝土緩沖層，形成整體支護結(jié)構(gòu)；

22、s7、圍巖持續(xù)向開挖輪廓面擠壓變形，當圍巖壓力大于主動力時，預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)承受荷載，開始壓縮變形，隨圍巖向開挖輪廓面擠壓變形，讓壓支護結(jié)構(gòu)直徑縮??；同時，預(yù)應(yīng)力錨桿承受荷載，壓縮變形；

23、s8、圍巖持續(xù)向開挖輪廓面擠壓變形，圍巖對支護壓力持續(xù)增大，當圍巖壓力大于讓壓支撐結(jié)構(gòu)的讓壓起始力時，讓壓支撐結(jié)構(gòu)開始壓縮變形；同時，支護殼體受壓變形；環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)和徑向讓壓支護結(jié)構(gòu)協(xié)同變形，直至圍巖壓力與支護力達到受力平衡。

24、本發(fā)明提供的互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)施工方法的有益效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)施工方法采用了上述互嵌式隧道讓壓支護結(jié)構(gòu)，具有其所具有的所有的有益效果；在隧道變形時，通過沿徑向和環(huán)向聯(lián)合讓壓協(xié)同變形，確保徑向與環(huán)向讓壓支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全，同步進入讓壓極限狀態(tài)，提高了支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；解決了現(xiàn)有單一讓壓措施無法滿足軟巖大變形隧道的支護措施。