一种适用于富水地区复合型软岩的支护结构及其施工方法

本发明属于隧道支护工程，具体涉及一种适用于富水地区复合型软岩的支护结构及其施工方法。

背景技术：

1、近年来，我国积极推进以高速铁路为代表的基础设施建设。我国西部地交通需求量大，工程建设项目数量多，是我国的建设重心，但同时西部地区工程地质条件复杂，软弱围岩及山岭高地应力隧道偏多。其中部分地区的软弱围岩具有遇水膨胀、包含节理和夹层较多、水平地应力较大的特点，属于复合型软岩。在开挖时，很容易出现变形较大的问题，尤其是富水地区，极易诱发软岩大变形导致支护破坏隧道坍塌，造成了极大的经济损失和严重的人员伤亡。

2、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种适用于富水地区复合型软岩的支护结构及其施工方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种适用于富水地区复合型软岩的支护结构，所述支护结构自外向内依次为初喷混凝土层、让压层和复喷混凝土层，所述让压层和复喷混凝土层之间设有防水排水层，所述让压层包括：

4、下拱架，多个所述下拱架沿隧道延伸方向均匀分布，所述下拱架的内侧贴紧所述复喷混凝土层；

5、上拱架，多个所述上拱架与多个所述下拱架相对应，所述上拱架贴紧所述初喷混凝土层；

6、缓冲管，在相互对应的一组所述上拱架和所述下拱架之间设有多个缓冲管，所述缓冲管的轴向与所述隧道延伸方向相对应，多个所述缓冲管在所述下拱架的长度方向均布，以在隧道围岩变形时消耗形变应力。

7、优选的，所述下拱架为开口朝向所述上拱架的槽钢，所述上拱架为开口朝向所述下拱架的槽钢，所述下拱架的槽口宽度大于与所述上拱架对应的宽度；

8、所述缓冲管的外径大于所述上拱架的槽口深度。

9、优选的，所述下拱架两侧内壁设有对应所述上拱架的聚氨酯垫层。

10、优选的，所述缓冲管为钢管，壁厚为5-15mm。

11、优选的，让压层覆盖有防水混凝土层，在防水混凝土层内侧设置防水排水层，隧道拱脚处设有对应所述防水排水层的排水沟。

12、优选的，所述防水排水层包括上保护层、防水排水板和下保护层，上保护层和下保护层分别贴紧防水混凝土层和复喷混凝土层，上保护层和下保护层内侧均胶结有一防水排水板；

13、两个所述防水排水板之间均匀分布有多个支撑管，在所述防水排水板上设有多个沿隧道周向延伸的v型槽，所述v型槽连通所述排水沟。

14、优选的，所述支撑管长度与两个防水排水板之间的间距相适配，其两端分别固定在两个所述防水排水板上，多个所述支撑管在所述防水排水板上阵列分布；

15、或者，所述支撑管长度与拱架长度相适配，所述支撑管沿隧道周向延伸，多个所述支撑管在隧道的延伸方向均匀分布。

16、优选的，在隧道延伸方向上相邻的两个所述防水排水层中设有防水垫块，所述防水排水层两个防水排水板分别固定在所述防水垫块的两侧。

17、优选的，所述初喷混凝土层通过可适应变形注浆锚杆进行锚固，所述可适应变形注浆锚杆包括：

18、锚杆；

19、弹簧，所述弹簧的一端固定在所述锚杆外壁，并随所述锚杆伸入注浆孔，另一端对应连接有防漏活塞，使所述防漏活塞具有向注浆孔挤压的运动趋势，以对注浆孔的孔口进行密封；

20、承压板，所述承压板套接在所述锚杆上，并通过螺母的限定挡止在所述初喷混凝土层的内侧。

21、一种适用于富水地区复合型软岩的支护结构施工方法，包括以下步骤：

22、步骤s1，隧道开挖前对隧道富水区围岩进行超前注浆，开挖完成后对隧道内壁进行混凝土喷射，在混凝土内侧铺设钢筋网以形成初喷混凝土层；

23、步骤s2，在初喷混凝土层内侧进行让压层施工，相邻两榀下拱架或上拱架之间焊接纵筋；

24、步骤s3，在下拱架内侧安装防水排水层，在防水排水层内部喷射混凝土形成复喷混凝土层。

25、有益效果：本发明通过设置让压层适应围岩变形，有效的释放了围岩的能量，从而达到所需要的支护效果。让压层可以通过缓冲管的数量来改变支护结构的支撑能力和耗能极限，将支护方式由原先的单一支护转变为让压合支护联合，支护理念也由之前“强支硬顶”转变为“先让再抗，刚柔结合”，有效提高隧道围岩的支护能力。

26、通过缓冲管(薄壁钢管)对允许让压层适应围岩变形的范围进行限定，有效的释放了围岩的能量，在让压层对应的两个槽钢之间设置聚氨酯垫层，缓冲管和聚氨酯垫层的共同作用可以使让压层既适应隧道的环向和轴向变形。

27、防水排水板之间的支撑管为弹性材质，可以在受压过程中通过形变适应隧道内衬形变，两防水排水板之间可以通过调控支撑管的数量来改变防水排水层的支撑能力，从而可以通过进行支撑管适应性调整，从而应对应力分布不均匀导致的隧道内衬变形，降低了防水排水层因形变被破坏的风险，保证防水排水板的使用寿命，

28、除此之外，防水排水层可以与防水混凝土共同作用，联合防水，可以达到一个较好的防水效果。

技术特征：

1.一种适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，所述支护结构自外向内依次为初喷混凝土层、让压层和复喷混凝土层，所述让压层和复喷混凝土层之间设有防水排水层，所述让压层包括：

2.根据权利要求1所述的适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，所述下拱架为开口朝向所述上拱架的槽钢，所述上拱架为开口朝向所述下拱架的槽钢，所述下拱架的槽口宽度大于与所述上拱架对应的宽度；

3.根据权利要求2所述的适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，所述下拱架两侧内壁设有对应所述上拱架的聚氨酯垫层。

4.根据权利要求3所述的适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，所述缓冲管为钢管，壁厚为5-15mm。

5.根据权利要求1所述的适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，让压层覆盖有防水混凝土层，在防水混凝土层内侧设置防水排水层，隧道拱脚处设有对应所述防水排水层的排水沟。

6.根据权利要求5所述的适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，所述防水排水层包括上保护层、防水排水板和下保护层，上保护层和下保护层分别贴紧防水混凝土层和复喷混凝土层，上保护层和下保护层内侧均胶结有一防水排水板；

7.根据权利要求6所述的适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，所述支撑管长度与两个防水排水板之间的间距相适配，其两端分别固定在两个所述防水排水板上，多个所述支撑管在所述防水排水板上阵列分布；

8.根据权利要求6所述的适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，在隧道延伸方向上相邻的两个所述防水排水层中设有防水垫块，所述防水排水层两个防水排水板分别固定在所述防水垫块的两侧。

9.根据权利要求1所述的适用于富水地区复合型软岩的支护结构，其特征在于，所述初喷混凝土层通过可适应变形注浆锚杆进行锚固，所述可适应变形注浆锚杆包括：

10.一种适用于富水地区复合型软岩的支护结构施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种适用于富水地区复合型软岩的支护结构及其施工方法，支护结构自外向内依次为初喷混凝土层、让压层和复喷混凝土层，让压层和复喷混凝土层之间设有防水排水层，让压层包括下拱架和上拱架，在相互对应的一组上拱架和下拱架之间设有多个缓冲管，缓冲管的轴向与隧道延伸方向相对应，多个缓冲管在下拱架的长度方向均布，以在隧道围岩变形时消耗形变应力。本发明通过设置让压层适应围岩变形，有效的释放了围岩的能量，从而达到所需要的支护效果。将支护方式由原先的单一支护转变为让压合支护联合，支护理念也由之前“强支硬顶”转变为“先让再抗，刚柔结合”，有效提高隧道围岩的支护能力。技术研发人员：王镇森,荣传新,施鑫,冯吉昊,许华桥,吴冬,屠卓,周文龙受保护的技术使用者：安徽理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11