一种适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构的制作方法

本发明涉及隧洞施工地下工程领域，特别是涉及一种适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构。

背景技术：

1、软岩，也称软弱围岩，由于构造面切割、风化侵蚀，其孔隙较疏松、胶结程度低、强度小，公路隧洞工程中的软岩大变形主要由其地质性质决定，具体表现在开挖后，自稳能力低。具体为，隧洞开挖过程中，支撑隧洞洞身的原位置围岩位置发生了变化，形成了临空洞壁。在这种条件下，围岩会自动调整自身的应力，并向着隧洞净空方向进行变形。在围岩挖走后，缺失了支撑力，此时其他地方的岩石向空洞的地方施加压力，导致软岩变形。

2、现有的对软岩隧洞的初期支护方式主要为：主动加固围岩，掌子面超前预加固，采用用让压锚杆进行应力释放，同时配合大刚度钢架初期支护体系。初期支护流程简要概括为：

3、1、台阶开挖后对掌子面加固，然后施作锚杆。

4、2、拱墙第一层支护施作，具体为安装边墙钢架、挂网、锁脚、复喷。

5、3、仰拱第一层支护施作，具体为安装仰拱钢架、复喷，并将仰拱钢架与边墙钢架连接。

6、但是现有的钢架为刚性部件，缺乏缓冲受力结构，变形量较大的软岩直接作用在支护上后，容易造成初期支护开裂、掉块，钢架扭曲、侵限、导致大量换拱。

7、同时现有钢架安装不正确也会影响钢架整体支护效果，进而难以应对软岩变形，现有钢架安装存在以下问题：

8、1、边墙两侧的钢架在拱脚处垫设混凝土垫块以便稳固支撑在地基上，但混凝土垫块容易破碎、表面不够平整，钢架放置在混凝土垫块后发生倾斜；同时钢架拱脚与混凝土垫块固定不便，安装效率低。

9、2、边墙两侧的钢架与顶部的钢架对接不便，安装误差较大，容易造成钢架扭曲、歪斜、后期难以矫正，影响钢架安装效果。

10、3、边墙钢架与仰拱钢架难以对准固定，影响钢架整体的受力效果，进而影响支护效果。

11、所以继亟需一种隧洞开挖支护结构，可以应对软岩大变形，同时能够方便安装。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，以解决背景技术中存在的问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，包括让压锚杆、钢筋网片和钢架组件，所述让压锚杆位于所述钢架组件和隧洞边墙之间，所述钢架组件包括第一单元、第二单元、第三单元和第四单元，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元连接形成隧洞轮廓形状，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元都设有缓冲组件和支撑组件，所述缓冲组件靠近隧洞墙壁的一侧；

4、所述让压锚杆伸出钻孔外的一端通过连接杆与所述缓冲组件连接；

5、所述第一单元与所述第二单元之间设有套箍，所述第一单元和所述第二单元通过所述套箍对接固定；

6、所述第二单元与所述第三单元之间设有插座组件，所述第二单元和第三单元的一端都设有插头组件，所述第二单元通过所述插座组件和插头组件支撑固定在隧洞台阶上，所述第二单元和所述第三单元通过所述插座组件和插头组件对接固定。

7、进一步地，两个所述第二单元对称布置在所述第一单元的两侧，所述第二单元位于隧洞台阶的两侧，所述第一单元位于隧洞台阶的顶部，所述第三单元对称布置在所述第四单元的两侧，所述第三单元位于所述仰拱的两侧，所述第四单元位于所述仰拱的底部，所述第三单元和所述第四单元焊接固定，所述第二单元和第三单元相对接的一端分别设有挡板。

8、进一步地，所述插座组件包括对称布置的两组卡接单元，所述卡接单元包括卡槽和卡接组件，多个所述卡接组件周向阵列在所述卡槽内，所述卡接组件包括放置腔、复位弹簧和楔形块，所述复位弹簧的一端与所述放置腔的腔底固定，所述复位弹簧的另一端与所述楔形块固定连接，所述楔形块与所述放置腔滑动配合，所述楔形块在复位弹簧的作用下伸出所述放置腔。

9、进一步地，所述插头组件包括圆台、缓冲腔、缓冲弹簧和缓冲块，所述圆台的底部与所述楔形块斜面配合，所述卡槽与所述圆台滑动配合，所述缓冲块与所述缓冲腔滑动配合，所述缓冲弹簧的一端与所述缓冲腔的腔底固定，所述缓冲弹簧的另一端与所述缓冲块的底部固定连接。

10、进一步地，所述缓冲块的顶部设有铰接座和万向球，所述铰接座位于所述缓冲块内，所述万向球的一端伸入所述铰接座并与所述铰接座铰接，所述万向球的另一端与所述挡板连接。

11、进一步地，所述缓冲组件包括第一弧形板和波形板，所述支撑组件包括第二弧形板、支撑架和第三弧形板，所述第一弧形板的凸出部朝向靠近隧洞墙壁的一侧，所述第三弧形板和所述第一弧形板的朝向相同，所述第二弧形板和所述第一弧形板的朝向相反，所述第一弧形板和所述第二弧形板分别固定在所述波形板的两侧，所述第二弧形板和所述第三弧形板固定在所述支撑架的两侧，所述缓冲组件和支撑组件的形状贴合隧洞的轮廓形状。

12、进一步地，所述套箍与所述第一弧形板的外圆尺寸相适配，所述缓冲组件和所述支撑组件位于所述套箍内，所述第一弧形板与所述套箍的内壁贴合，所述第三弧形板的两侧与所述套箍的内壁抵接，所述套箍为开口结构，所述套箍的开口处设有锁紧螺栓，所述套箍靠近所述第一单元的一侧设有喇叭口，所述第二单元靠近所述套箍的一侧设有限位块。

13、进一步地，相邻两组所述钢架组件之间通过横杆连接，所述横杆的一端与所述支撑架固定，所述让压锚杆呈梅花形布置并与所述横杆错开，所述让压锚杆位于相邻两组所述钢架组件之间。

14、进一步地，所述插座组件预埋在隧洞台阶两侧，所述插座组件靠近所述第四单元的一侧设有可拆卸的活动板，所述活动板的尺寸大于所述卡槽的尺寸。

15、进一步地，所述钢筋网片铺设在所述钢架组件远离隧洞墙壁的一侧。

16、本发明的有益效果是：

17、1）提高对软岩大变形的支护效果。通过缓冲块和缓冲弹簧可以对隧洞顶部的荷载起到一定程度的缓冲，围岩内部变形时，让压锚杆会向外移动，与让压锚杆连接的连接杆会将让压锚杆受到的力传递给缓冲组件，进而提高让压锚杆的让压效果，有效对抗软岩的变形。

18、2）通过波形板和第一弧形板起到缓冲对抗作用，释放变形能量，减少对钢架组件的受力，有效防止钢架扭曲变形，提高钢架的使用寿命。

19、3）第二单元通过插座组件和插头组件支撑固定在隧洞台阶上，可以将第一单元顶部的荷载转移到双侧墙壁上，并通过第二单元将荷载传递到插座组件上，从而确保隧洞工程的承重能力。

20、4）当下台阶和仰拱开挖后，此时上台阶预埋的插座组件露出，此时将活动板取下，可以将第三单元与下方的卡接单元对接，进而完成第二单元和第三单元的对接锁紧，提高对接的精准度，提高对接效率。

21、5）第一单元插入套箍内，由于套箍的一端为喇叭口，方便第一单元插入，避免常规对接的不便，可以提高对接速度。

技术特征：

1.一种适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，包括让压锚杆（2）、钢筋网片（3）和钢架组件（1），所述让压锚杆（2）位于所述钢架组件（1）和隧洞边墙之间，其特征在于：所述钢架组件（1）包括第一单元（11）、第二单元（12）、第三单元（13）和第四单元（14），所述第一单元（11）、第二单元（12）、第三单元（13）和第四单元（14）连接形成隧洞轮廓形状，所述第一单元（11）、第二单元（12）、第三单元（13）和第四单元（14）都设有缓冲组件和支撑组件，所述缓冲组件靠近隧洞墙壁的一侧；

2.根据权利要求1所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：两个所述第二单元（12）对称布置在所述第一单元（11）的两侧，所述第二单元（12）位于隧洞台阶（4）的两侧，所述第一单元（11）位于隧洞台阶（4）的顶部，所述第三单元（13）对称布置在所述第四单元（14）的两侧，所述第三单元（13）位于隧洞仰拱（5）的两侧，所述第四单元（14）位于所述隧洞仰拱（5）的底部，所述第三单元（13）和所述第四单元（14）焊接固定，所述第二单元（12）和第三单元（13）相对接的一端分别设有挡板（10）。

3.根据权利要求2所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：所述插座组件（6）包括对称布置的两组卡接单元，所述卡接单元包括卡槽（61）和卡接组件，多个所述卡接组件周向阵列在所述卡槽（61）内，所述卡接组件包括放置腔（62）、复位弹簧（63）和楔形块（64），所述复位弹簧（63）的一端与所述放置腔（62）的腔底固定，所述复位弹簧（63）的另一端与所述楔形块（64）固定连接，所述楔形块（64）与所述放置腔（62）滑动配合，所述楔形块（64）在复位弹簧（63）的作用下伸出所述放置腔（62）。

4.根据权利要求3所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：所述插头组件（7）包括圆台（71）、缓冲腔（72）、缓冲弹簧（73）和缓冲块（74），所述圆台（71）的底部与所述楔形块（64）斜面配合，所述卡槽（61）与所述圆台（71）滑动配合，所述缓冲块（74）与所述缓冲腔（72）滑动配合，所述缓冲弹簧（73）的一端与所述缓冲腔（72）的腔底固定，所述缓冲弹簧（73）的另一端与所述缓冲块（74）的底部固定连接。

5.根据权利要求4所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：所述缓冲块（74）的顶部设有铰接座（75）和万向球（76），所述铰接座（75）位于所述缓冲块（74）内，所述万向球（76）的一端伸入所述铰接座（75）并与所述铰接座（75）铰接，所述万向球（76）的另一端与所述挡板（10）连接。

6.根据权利要求1所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：所述缓冲组件包括第一弧形板（91）和波形板（94），所述支撑组件包括第二弧形板（92）、支撑架（95）和第三弧形板（93），所述第一弧形板（91）的凸出部朝向靠近隧洞墙壁的一侧，所述第三弧形板（93）和所述第一弧形板（91）的朝向相同，所述第二弧形板（92）和所述第一弧形板（91）的朝向相反，所述第一弧形板（91）和所述第二弧形板（92）分别固定在所述波形板（94）的两侧，所述第二弧形板（92）和所述第三弧形板（93）固定在所述支撑架（95）的两侧，所述缓冲组件和支撑组件的形状贴合隧洞的轮廓形状。

7.根据权利要求6所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：所述套箍（8）与所述第一弧形板（91）的外圆尺寸相适配，所述缓冲组件和所述支撑组件位于所述套箍（8）内，所述第一弧形板（91）与所述套箍（8）的内壁贴合，所述第三弧形板（93）的两侧与所述套箍（8）的内壁抵接，所述套箍（8）为开口结构，所述套箍（8）的开口处设有锁紧螺栓（82），所述套箍（8）靠近所述第一单元（11）的一侧设有喇叭口（81），所述第二单元（12）靠近所述套箍（8）的一侧设有限位块（121）。

8.根据权利要求6所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：相邻两组所述钢架组件（1）之间通过横杆（96）连接，所述横杆（96）的一端与所述支撑架（95）固定，所述让压锚杆（2）呈梅花形布置并与所述横杆（96）错开，所述让压锚杆（2）位于相邻两组所述钢架组件（1）之间。

9.根据权利要求1所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：所述插座组件（6）预埋在隧洞台阶（4）两侧，所述插座组件（6）靠近所述第四单元（14）的一侧设有可拆卸的活动板（65），所述活动板（65）的尺寸大于所述卡槽（61）的尺寸。

10.根据权利要求1所述的适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，其特征在于：所述钢筋网片（3）铺设在所述钢架组件（1）远离隧洞墙壁的一侧。

技术总结本发明公开了一种适用于软岩大变形隧洞开挖支护结构，涉及隧洞施工地下工程领域，包括钢架组件，所述钢架组件包括第一单元、第二单元、第三单元和第四单元，所述第一单元、第二单元、第三单元和第四单元都设有缓冲组件和支撑组件；让压锚杆伸出钻孔外的一端通过连接杆与所述缓冲组件连接；所述第一单元与所述第二单元之间设有套箍；所述第二单元与所述第三单元之间设有插座组件，所述第二单元和第三单元的一端都设有插头组件，所述第二单元和所述第三单元通过所述插座组件和插头组件对接固定。本发明可以提高对软岩大变形的支护效果，有效防止钢架扭曲变形，提高钢架的使用寿命，同时提高钢架的安装效率。技术研发人员：霍福山,李怀国,刘雪山,林华,刘伦,范磊,马强,刘东,王闯,李昱,梁强,普晓华,赵信,肖波,李兴时受保护的技术使用者：中国水利水电第一工程局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15