一种隧道让压支护装置

本发明属于隧道工程，更具体地说，是涉及一种隧道让压支护装置。

背景技术：

1、随着我国铁路及公路建设的持续快速发展，挤压性围岩大变形隧道工程不断涌现。挤压性围岩是隧道工程建设中的一种典型不良地质，是指在高地应力条件下，隧道周边一定范围内易产生显著塑性变形或流变的岩体，具有高地应力、低强度、强流变的显著特征。挤压性围岩隧道施工中，极易产生大变形现象，具有变形量大、变形速率高、持续时间长的显著变形特征，如施工控制不良，极易出现变形侵限、塌方，甚至二次衬砌破坏失稳现象，使施工变形控制十分困难，施工风险极高。同时由于挤压性围岩的显著流变特性，也为后期运营带来巨大安全隐患。

2、为解决隧道围岩大变形问题，当前常用的方法是采用刚性支护，即一味的增加喷射混凝土厚度、增大钢拱架和锚杆的刚度，虽然抑制了围岩的变形，但是承载力变大，应力集中显著，围岩内部能量无法释放，也不够经济有效，所以这种方法未能有效解决大变形控制问题。为应对挤压大变形问题，支护方式也从“强支硬抗”的刚性支护向分层支护转变，即分两层或者多层喷射混凝土，根据围岩变形情况分期施工，从而达到柔性支护的目的。采用分层支护时，通过柔性支护协调变形，释放围岩应力，减小支护应力，达到控制大变形的作用，但分层支护刚度及时机很难把握。如第一层支护刚度过小会导致变形太大或支护破坏，第一层支护刚度过大会导致围岩应力释放受阻，第二层支护不及时会导致发生变形侵限或塌方事故。

3、随着对挤压大变形问题的研究，基于围岩能量吸收、能量耗散的理念，以及充分发挥围岩自承能力的要求，一种让压支护的形式逐渐被应用。让压支护是指在一定的支护抗力下，支护结构尺寸具有可变性以释放围岩应力，控制围岩塑性区范围，并且能够在完成让压过程后进行强支护，是一种比较合理的支护方式。钢架是支撑围岩的最为有效的手段，广泛应用在大变形隧道中，一般钢架采用刚性连接，在大变形发生后会随着变形的持续增大而发生扭曲甚至剪切破坏，极大的降低了初期支护的承载能力。目前已有的结构形式存在一定的局限性，国内外学者针对隧道结构多数柔性节点设计适用于u型钢、型钢拱架和格栅拱架等支护形式，但是不能有效的控制伸缩量的范围、也不能控制钢架的极限承载能力对钢架进行有效的保护，同时对于盾构隧道中常用的钢管片结构的让压构件设计较少。根据以上问题，需要一种新式隧道让压支护装置，通过内置的让压结构实现既控制围岩变形又释放围岩应力的目的，根据设计阶段预测确定让压量和可控的恒阻荷载，并在让压过程结束后恢复刚性承载。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种隧道让压支护装置，旨在实现支护钢管片结构连接、支护可伸缩、多级让压，有效控制让压时机和让压量的技术效果。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种隧道让压支护装置，置于环形钢管片的接头处，包括：

3、让压主体，所述让压主体的顶部设有活动顶板，所述活动顶板的中部开设有通孔，所述让压主体的内腔顶部设置有压力传导板，所述压力传导板位于所述通孔的下方，上部的钢管片连接所述压力传导板的上端面；

4、升降插装结构，位于所述让压主体的内部，所述升降插装结构包括相互滑动插接的上套管和下套管，所述上套管的上端连接所述压力传导板且下端开口，所述下套管的下端连接所述让压主体的底板且上端开口；

5、承载力调节机构，固设于所述下套管内，所述承载力调节机构具备纵向的弹性势能，用于承载围岩荷载且承载力范围可调节；

6、光纤光栅传感器，设置于所述升降插装结构的顶部和底部以及钢管片的内部。

7、在一种可能的实现方式中，所述让压主体的周向设置有多个让压侧板，相对的两个所述让压侧板均开设有至少两个纵向槽，所述活动顶板的两端均对应开设有至少两个凸起结构，至少两个所述凸起结构一一对应的贯穿至少两个所述纵向槽。

8、在一种可能的实现方式中，所述让压主体内纵向设置有多个让压杆，所述活动顶板和所述压力传导板滑动套设于多个所述让压杆上。

9、在一种可能的实现方式中，所述让压杆包括自下而上依次连接的第一杆段、第二杆段以及第三杆段，所述第一杆段的外径小于第三杆段的外径，所述第二杆段为锥形结构且外径自下而上递增，所述活动顶板上开设有多个锥形孔，多个所述让压杆一一贯穿多个所述锥形孔，所述锥形孔与所述第二杆段的锥形结构相适配，所述第三杆段位于所述活动顶板的上方。

10、在一种可能的实现方式中，所述上套管的上端设置有套管顶板，所述下套管的下端设置有套管底板，所述光纤光栅传感器分别设置于所述套管顶板和所述套管底板上，所述套管底板和所述套管底板分别可拆卸连接所述让压主体。

11、在一种可能的实现方式中，所述上套管的外侧壁贴合于所述下套管的内侧壁滑动配合，或所述上套管的内侧壁贴合于所述下套管的外侧壁滑动配合。

12、在一种可能的实现方式中，所述上套管的横截面和所述下套管的横截面呈圆形或多边形，且所述上套管和所述下套管均有金属材料或高分子材料制成。

13、在一种可能的实现方式中，所述承载力调节机构为高强度弹簧，所述高强度弹簧纵向设置且下端固定于所述下套管的底部。

14、在一种可能的实现方式中，所述光纤光栅传感器呈网状分布于钢管片的内部。

15、本发明提供的一种隧道让压支护装置的有益效果在于：与现有技术相比，上部的钢管片贯穿活动顶板的通孔作用于压力传导板，下部的钢管片作用于让压主体的底部，升降插装结构的上套管和下套管在承载力调节机构的作用下可相互插接滑动，承载力调节机构具备纵向的弹性势能，用于承载围岩荷载且承载力范围可调节。光纤光栅传感器设置于升降插装结构的顶部和底部以及钢管片的内部。本发明提供的一种隧道让压支护装置，上下两钢管片接头处，通过设置让压主体及相互滑动插接的上套管和下套管，围岩荷载作用于压力传导板传导至升降插装结构上，使承载力调节机构受载后产生多级缩进并实现多级让压和多级恒阻，解决了挤压大变形隧道钢管片因承受荷载过大发生破坏，从而降低支护承载能力的技术问题；在实现让压可缩支护的同时，升降插装结构的顶部和底部以及钢管片内部放置分布式光纤光栅传感器，监测衬砌的变形量，对支护结构的安全性进行实时监测，在变形过大时可以及时报警，确保安全。

技术特征：

1.一种隧道让压支护装置，其特征在于，置于环形钢管片(4)的接头处，包括：

2.如权利要求1所述的一种隧道让压支护装置，其特征在于，所述让压主体(1)的周向设置有多个让压侧板(9)，相对的两个所述让压侧板(9)均开设有至少两个纵向槽(10)，所述活动顶板(2)的两端均对应开设有至少两个凸起结构(11)，至少两个所述凸起结构(11)一一对应的贯穿至少两个所述纵向槽(10)。

3.如权利要求1所述的一种隧道让压支护装置，其特征在于，所述让压主体(1)内纵向设置有多个让压杆(12)，所述活动顶板(2)和所述压力传导板(3)滑动套设于多个所述让压杆(12)上。

4.如权利要求3所述的一种隧道让压支护装置，其特征在于，所述让压杆(12)包括自下而上依次连接的第一杆段(13)、第二杆段(14)以及第三杆段(15)，所述第一杆段(13)的外径小于第三杆段(15)的外径，所述第二杆段(14)为锥形结构且外径自下而上递增，所述活动顶板(2)上开设有多个锥形孔(16)，多个所述让压杆(12)一一贯穿多个所述锥形孔(16)，所述锥形孔(16)与所述第二杆段(14)的锥形结构相适配，所述第三杆段(15)位于所述活动顶板(2)的上方。

5.如权利要求1所述的一种隧道让压支护装置，其特征在于，所述上套管(5)的上端设置有套管顶板(17)，所述下套管(6)的下端设置有套管底板，所述光纤光栅传感器(8)分别设置于所述套管顶板(17)和所述套管底板上，所述套管底板和所述套管底板分别可拆卸连接所述让压主体(1)。

6.如权利要求1所述的一种隧道让压支护装置，其特征在于，所述上套管(5)的外侧壁贴合于所述下套管(6)的内侧壁滑动配合，或所述上套管(5)的内侧壁贴合于所述下套管(6)的外侧壁滑动配合。

7.如权利要求6所述的一种隧道让压支护装置，其特征在于，所述上套管(5)的横截面和所述下套管(6)的横截面呈圆形或多边形，且所述上套管(5)和所述下套管(6)均有金属材料或高分子材料制成。

8.如权利要求1所述的一种隧道让压支护装置，其特征在于，所述承载力调节机构(7)为高强度弹簧，所述高强度弹簧纵向设置且下端固定于所述下套管(6)的底部。

9.如权利要求1所述的一种隧道让压支护装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器(8)呈网状分布于钢管片(4)的内部。

技术总结本发明提供了一种隧道让压支护装置，属于隧道工程技术领域，包括让压主体、升降插装结构、承载力调节机构以及光纤光栅传感器。本发明提供的一种隧道让压支护装置，上下两钢管片接头处，通过设置让压主体及相互滑动插接的上套管和下套管，围岩荷载作用于压力传导板传导至升降插装结构上，使承载力调节机构受载后产生多级缩进并实现多级让压和多级恒阻，解决了挤压大变形隧道钢管片因承受荷载过大发生破坏，从而降低支护承载能力的技术问题；在实现让压可缩支护的同时，升降插装结构的顶部和底部以及钢管片内部放置分布式光纤光栅传感器，监测衬砌的变形量，对支护结构的安全性进行实时监测，在变形过大时可以及时报警，确保安全。技术研发人员：高阳,崔鹏飞,任序,徐伟铭,杨斌,牛群,张骞,徐飞受保护的技术使用者：石家庄铁道大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27