本發(fā)明屬于隧道工程，更具體地說，是涉及一種隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架及施工方法。

背景技術(shù)：

1、我國西部交通路網(wǎng)的建設(shè)，建設(shè)在復(fù)雜地質(zhì)區(qū)段的隧道工程越來越多，軟弱圍巖大變形隧道帶來的圍巖坍塌、支護結(jié)構(gòu)開裂變形等問題已成為隧道工程建設(shè)面臨的重大工程問題之一，面對隧道大變形問題，讓壓支護已成為解決隧道大變形重要支護措施。現(xiàn)有隧道支護措施包括：雙層支護、單層讓壓支護等幾種形式。但現(xiàn)有讓壓支護多為被動支護，無法將預(yù)應(yīng)力支架和讓壓支架組合，無法滿足支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架及施工方法，旨在實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力支架和讓壓支架的有效結(jié)合，提高支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架及施工方法，包括支護架體和適應(yīng)結(jié)構(gòu)，所述支護架體為多段，相鄰兩段所述支護架體之間借助適應(yīng)結(jié)構(gòu)連接；所述適應(yīng)結(jié)構(gòu)包括依次連接的預(yù)應(yīng)力裝置和讓壓裝置，所述預(yù)應(yīng)力裝置包括具有沿其長度方向伸縮的趨向的預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)；所述讓壓裝置包括具有沿其長度方向屈曲的趨向的讓壓支撐結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)的預(yù)施應(yīng)力小于讓壓支撐結(jié)構(gòu)的讓壓起始力。

3、作為本申請另一實施例，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，所述伸縮件沿伸縮方向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裝置；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(dāng)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。

4、作為本申請另一實施例，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，所述讓壓元件借助第一承壓板和所述第二承壓板分別連接所述讓壓裝置和下一段所述支護架體。

5、作為本申請另一實施例，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。

6、作為本申請另一實施例，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。

7、作為本申請另一實施例，所述屈曲件的內(nèi)側(cè)均設(shè)有截面為半圓形的支板。

8、作為本申請另一實施例，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。

9、作為本申請另一實施例，所述預(yù)應(yīng)力裝置和所述讓壓裝置均包括可伸縮外殼，所述可伸縮外殼包括兩個法蘭安裝板和套筒結(jié)構(gòu)，所述套筒結(jié)構(gòu)包括內(nèi)筒和外筒，所述外筒套設(shè)在所述內(nèi)筒的外側(cè)并沿所述內(nèi)筒的長度方向滑動；所述可伸縮外殼的內(nèi)腔用于容納所述預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)或所述讓壓支撐結(jié)構(gòu)。

10、本發(fā)明提供的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架的有益效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架通過在相鄰兩段支護架體之間增加預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)和讓壓支撐結(jié)構(gòu)，利用預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)的放張，對圍巖施加支撐力，形成主動支護力；利用讓壓支撐結(jié)構(gòu)的壓縮變形和預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)的回縮，承載圍巖壓力；實現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力裝置和讓壓裝置的有效結(jié)合，提高支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；此外，預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)的預(yù)施應(yīng)力不會驅(qū)動讓壓支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變。

11、還提供一種隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架的施工方法，采用了上述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，包括以下步驟：

12、s1、隧道開挖，安裝支護架體、預(yù)應(yīng)力裝置和讓壓裝置構(gòu)成支護環(huán)；

13、s2、放張預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)，支護環(huán)直徑外伸變大，支護環(huán)主動向圍巖施加支撐力，形成主動支護力；

14、s3、當(dāng)圍巖壓力大于主動力時，預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)受載，開始壓縮變形，隨圍巖向開挖輪廓面擠壓變形，隧道鋼架環(huán)直徑縮??；

15、s4、當(dāng)圍巖壓力大于讓壓裝置讓壓起始力時，讓壓裝置開始壓縮變形；

16、s5、在預(yù)應(yīng)力裝置及讓壓裝置持續(xù)共同壓縮變形下，直至圍巖壓力與支護力達到受力平衡，使支護環(huán)實現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。

17、作為本申請另一實施例，讓壓裝置的讓壓起始力大于隧道松馳荷載并小于鋼架自身支護承載能力；讓壓裝置的最大讓壓力小于鋼架自身支護承載能力。

18、本發(fā)明提供的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架施工方法的有益效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架施工方法采用了上述隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，具有其所具備的所有的有益效果；通過在隧道中安裝支護環(huán)，通過預(yù)應(yīng)力裝置和讓壓裝置協(xié)同作用，以預(yù)施應(yīng)力向圍巖施加主動支護力，以鋼架預(yù)應(yīng)力裝置與自適應(yīng)讓壓裝置共同壓縮變形實現(xiàn)的讓壓釋能，使圍巖能量能夠持續(xù)釋放，直至圍巖壓力與支護力達到平衡，使支護結(jié)構(gòu)實現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。

技術(shù)特征：

1.隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，其特征在于，包括支護架體(1)和適應(yīng)結(jié)構(gòu)，所述支護架體(1)為多段，相鄰兩段所述支護架體(1)之間借助適應(yīng)結(jié)構(gòu)連接；所述適應(yīng)結(jié)構(gòu)包括依次連接的預(yù)應(yīng)力裝置(2)和讓壓裝置(3)，所述預(yù)應(yīng)力裝置(2)包括具有沿其長度方向伸縮的趨向的預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)；所述讓壓裝置(3)包括具有沿其長度方向屈曲的趨向的讓壓支撐結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)的預(yù)施應(yīng)力小于讓壓支撐結(jié)構(gòu)的讓壓起始力。

2.如權(quán)利要求1所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，其特征在于，所述預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)包括第一定位板(9)、第二定位板(10)和伸縮件，所述伸縮件沿伸縮方向的兩個端部分別連接所述第一定位板(9)和所述第二定位板(10)，所述伸縮件借助所述第一定位板(9)和所述第二定位板(10)分別連接所述支護架體(1)和所述讓壓裝置(3)；所述伸縮件在與所述支護架體(1)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(dāng)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。

3.如權(quán)利要求1所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，其特征在于，所述讓壓支撐結(jié)構(gòu)包括第一承壓板(11)、第二承壓板(12)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(11)和所述第二承壓板(12)，所述讓壓元件借助第一承壓板(11)和所述第二承壓板(12)分別連接所述讓壓裝置(3)和下一段所述支護架體(1)。

4.如權(quán)利要求3所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，其特征在于，所述讓壓元件包括兩個對稱設(shè)置的內(nèi)凹讓壓板(15)；所述第一承壓板(11)和所述第二承壓板(12)之間形成讓壓空間，所述內(nèi)凹讓壓板(15)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。

5.如權(quán)利要求4所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，其特征在于，兩個所述內(nèi)凹讓壓板(15)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(16)；兩個所述屈曲件的開口端分別朝向所述第一承壓板(11)和所述第二承壓板(12)，兩個所述屈曲件的封閉端貼合。

6.如權(quán)利要求5所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，其特征在于，所述屈曲件的內(nèi)側(cè)均設(shè)有截面為半圓形的支板(17)。

7.如權(quán)利要求3所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，其特征在于，所述讓壓元件為金屬塊體(13)，所述金屬塊體(13)沿長度方向設(shè)有多排讓位孔(14)，所述讓位孔(14)的直徑自所述第一承壓板(11)至所述第二承壓板(12)的方向逐漸減小或逐漸增大。

8.如權(quán)利要求1所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，其特征在于，所述預(yù)應(yīng)力裝置(2)和所述讓壓裝置(3)均包括可伸縮外殼，所述可伸縮外殼包括兩個法蘭安裝板(4)和套筒結(jié)構(gòu)，所述套筒結(jié)構(gòu)包括內(nèi)筒(5)和外筒(6)，所述外筒(6)套設(shè)在所述內(nèi)筒(5)的外側(cè)并沿所述內(nèi)筒(5)的長度方向滑動；所述可伸縮外殼的內(nèi)腔用于容納所述預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)或所述讓壓支撐結(jié)構(gòu)。

9.隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架的施工方法，其特征在于，采用了如權(quán)利要求1-8任意一項所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，包括以下步驟：

10.如權(quán)利要求9所述的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架的施工方法，其特征在于，讓壓裝置(3)的讓壓起始力大于隧道松馳荷載并小于鋼架自身支護承載能力；讓壓裝置(3)的最大讓壓力小于鋼架自身支護承載能力。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架及施工方法，屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架包括支護架體和適應(yīng)結(jié)構(gòu)，相鄰兩段支護架體之間借助適應(yīng)結(jié)構(gòu)連接；適應(yīng)結(jié)構(gòu)包括依次連接的預(yù)應(yīng)力裝置和讓壓裝置，預(yù)應(yīng)力裝置包括具有沿其長度方向伸長的趨向的預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)；讓壓裝置包括具有沿其長度方向屈曲的趨向的讓壓支撐結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)的預(yù)施應(yīng)力小于讓壓支撐結(jié)構(gòu)的讓壓起始力。本發(fā)明提供的隧道預(yù)應(yīng)力自適應(yīng)讓壓鋼架，利用預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)的放張，對圍巖施加支撐力，形成主動支護力；利用讓壓支撐結(jié)構(gòu)的壓縮變形和預(yù)應(yīng)力放張結(jié)構(gòu)的回縮，承載圍巖壓力；實現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力裝置和讓壓裝置的有效結(jié)合，提高支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：王清江,劉志春,李昊,李國良,李寧,王文正,楊會軍,林雪冰,郭小龍,高新強,胡指南,孫明磊,吳斐,馬凱蒙,高琳,王鵬程,張振波,王悅
受保護的技術(shù)使用者：石家莊鐵道大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19