一种隧道可拆卸减阻耗能支护结构及其施工方法

本发明涉及隧道支护，尤其是涉及一种隧道可拆卸减阻耗能支护结构及其施工方法。

背景技术：

1、隧道开挖支护时，周围岩土体会挤压施作的的支护结构，导致支护结构承担较大的压力，从而产生一定的变形，由于隧道支护结构所用的混凝土属于脆性材料，当变形过大时就会导致其发生开裂、坍塌等风险。在允许变形范围内，围岩作用在支护结构的压力随着变形的增大而减小，因此需要一种支护结构，在提供支护力的同时可以允许较大的变形不发生结构破坏，从而充分释放围岩压力，这种支护结构一般被称为让压结构。

2、最为常见的做法是将衬砌某一位置的刚性衬砌替换为高度可压缩变形的元件或采用可滑动钢拱架，其原理属于增阻让压支护或恒阻让压支护，即随着元件的压缩，提供的支护反力逐渐增大。这类新型支护结构在一般的隧道中可以较好的发挥作用，然而存在以下两个局限性，一是无法在支护施作后立即提供很大的支护力，可能会导致围岩松散，隧道变形失控；二是无法重复利用，长距离使用时造价过高。基于此，亟需一种在支护结构施作后即可提供较大的支护力，并具有高度可变形能力和重复利用性的新型支护结构，以此应对现存的支护难题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是传统支护结构无法在施作后立即提供很大的支护力，且无法重复利用，长距离使用时造价过高。

2、为解决上述的技术问题，本发明技术方案提供一种隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其中，包括：

3、平行设置的上钢垫板和下钢垫板；

4、与所述下钢垫板连接且顶部与所述上钢垫板保持有距离的h型钢；

5、可拆卸地连接在所述上钢垫板和所述下钢垫板之间且位于所述h型钢两侧的一对压缩减阻支撑；以及

6、所述压缩减阻支撑中设有恒阻拉伸组件；

7、当所述恒阻拉伸组件的最大静摩擦力大于其受到的传导力时，所述上钢垫板和所述下钢垫板保持稳定；

8、当所述恒阻拉伸组件的最大静摩擦力小于其受到的传导力时，所述上钢垫板靠近所述下钢垫板，直至所述上钢垫板与所述h型钢接触。

9、可选地，所述压缩减阻支撑包括：

10、平行设置的上盖板和下盖板；

11、分别连接在所述上盖板两侧的一对上斜撑；

12、分别连接在所述下盖板两侧的一对下斜撑，且所述下斜撑与所述上斜撑连接；以及

13、连接在所述上斜撑和所述下斜撑之间的所述恒阻拉伸组件。

14、可选地，所述上斜撑通过第一转轴可转动地与所述上盖板连接，所述下斜撑通过第二转轴可转动地与所述下盖板连接，所述上斜撑与所述下斜撑通过第三转轴可相互转动地连接。

15、可选地，所述上盖板、所述下盖板均通过螺栓分别与所述上钢垫板、所述下钢垫板可拆卸地连接。

16、可选地，所述恒阻拉伸组件包括：

17、分别连接在一对所述上斜撑和一对所述下斜撑之间的一对所述第三转轴上的一对端头垫块；

18、设置于所述端头垫块中的恒阻夹具；以及

19、穿过所述端头垫块且连接所述恒阻夹具的钢丝绳。

20、可选地，所述恒阻夹具和所述钢丝绳之间紧密连接并形成静摩擦力。

21、可选地，当所述恒阻夹具和所述钢丝绳之间的最大静摩擦力大于所述恒阻夹具受到的传导力时，所述上钢垫板和所述下钢垫板保持稳定；

22、当所述恒阻夹具和所述钢丝绳之间的最大静摩擦力小于所述恒阻夹具受到的传导力时，所述恒阻夹具与所述钢丝绳之间相对滑动以释放与传导力对应的压力，所述上钢垫板靠近所述下钢垫板，直至所述上钢垫板与所述h型钢接触。

23、可选地，所述上斜撑和所述下斜撑之间的角度变化范围为30°～70°。

24、可选地，所述钢丝绳的直径范围为0.5cm～1.5cm。

25、为解决上述的技术问题，本发明技术方案还提供一种基于上述隧道可拆卸减阻耗能支护结构的施工方法，其中，所述施工方法包括以下步骤：

26、步骤1：将上钢垫板和下钢垫板分别与隧道轮廓面中对应的钢支撑端头焊接，并安装压缩减阻支撑和h型钢；

27、步骤2：随着围岩的挤压，所述上钢垫板靠近所述下钢垫板，直至所述上钢垫板与所述h型钢接触；

28、步骤3：拆除所述压缩减阻支撑并重复步骤1至步骤3。

29、本发明技术方案的有益效果是：

30、本发明的隧道可拆卸减阻耗能支护结构在支护结构施作瞬间，即可提供较大的支护力，防止围岩的早期松动，促进围岩内力的调整和重分布；当围岩压力进一步增大时，恒阻夹具与钢丝绳发生滑动，此时的支护阻力减小并允许支护结构发生较大变形，充分释放围岩压力；当钢垫板与h型钢接触后，支护阻力再次迅速提升，促进围岩变形尽快稳定；该支护结构具有刚、柔、刚的特性，可以有效控制围岩压力巨大导致的支护结构破坏的问题；此外，该结构可以轻松拆卸并重复利用，极大减少了工程造价。

31、本发明通过设置恒阻夹具夹在钢丝绳上，可以根据不同的拉力设计值替换对应的恒阻夹具型号和钢丝绳直径，便于该结构适用于不同围岩压力下的支护。

32、本发明通过设置上斜撑、下斜撑和水平的钢丝绳，将竖向支护结构的压力转化为水平钢丝绳的拉力，该拉力的大小随着上斜撑与下斜撑之间的相对夹角减小而变小，实现了减阻变形的能力。

33、本发明通过设置h型钢，在压缩减阻支撑变形达到一定程度后，即可利用h型钢辅助提供更大的支护力，防止支护结构变形难以控制，充分发挥了此结构刚、柔、刚的特性。

34、本发明通过设置压缩减阻支撑与钢垫板的螺栓的连接，便于压缩减阻支撑的拆卸，因此本发明具有重复利用的能力。

技术特征：

1.一种隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，所述压缩减阻支撑包括：

3.根据权利要求2所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，所述上斜撑通过第一转轴可转动地与所述上盖板连接，所述下斜撑通过第二转轴可转动地与所述下盖板连接，所述上斜撑与所述下斜撑通过第三转轴可相互转动地连接。

4.根据权利要求3所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，所述上盖板、所述下盖板均通过螺栓分别与所述上钢垫板、所述下钢垫板可拆卸地连接。

5.根据权利要求4所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，所述恒阻拉伸组件包括：

6.根据权利要求5所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，所述恒阻夹具和所述钢丝绳之间紧密连接并形成静摩擦力。

7.根据权利要求6所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，当所述恒阻夹具和所述钢丝绳之间的最大静摩擦力大于所述恒阻夹具受到的传导力时，所述上钢垫板和所述下钢垫板保持稳定；

8.根据权利要求7所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，所述上斜撑和所述下斜撑之间的角度变化范围为30°～70°。

9.根据权利要求8所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构，其特征在于，所述钢丝绳的直径范围为0.5cm～1.5cm。

10.一种基于权利要求1所述的隧道可拆卸减阻耗能支护结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

技术总结本发明技术方案公开了一种隧道可拆卸减阻耗能支护结构及其施工方法，包括上钢垫板、下钢垫板和H型钢；连接在上钢垫板和下钢垫板之间的压缩减阻支撑；以及恒阻拉伸组件；当所述恒阻拉伸组件的最大静摩擦力小于其受到的传导力时，所述上钢垫板靠近所述下钢垫板，直至所述上钢垫板与所述H型钢接触。可在支护结构施作瞬间，提供较大的支护力，防止围岩的早期松动，促进围岩内力的调整和重分布；围岩压力进一步增大时，恒阻夹具与钢丝绳发生滑动，支护阻力减小并允许支护结构发生较大变形，充分释放围岩压力；当钢垫板与H型钢接触后，支护阻力再次迅速提升，促进围岩变形尽快稳定；该支护结构可以有效控制围岩压力巨大导致的支护结构破坏的问题。技术研发人员：谢雄耀,唐亘跻,李守仁,周彪受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18