用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系及安裝方法技術

本發明專利技術公開了用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系及安裝方法，尤其涉及一套隧道穿越溶洞的軟弱破碎地層，溶洞頂部易掉塊、塌方的隧道支護體系及安裝方法；包括用以承接破碎圍巖的承接板，和與承接板連接的若干支座，所述承接板通過支座與兩榀或兩榀以上的鋼拱架連接，所述支護體系能在不進行大量充填的前提下，通過承接板將上部沖擊荷載轉移至鋼拱架。本發明專利技術實現了上部沖擊荷載自適應瞬間轉移，為硐室長期穩定提供有效的保證。解決了巖溶地層隧道穿越溶洞程中，傳統形式(充填、吹砂)處理方法造成生態系統破壞，增加支護結構上覆荷載，對支護結構的沖擊失穩破壞等問題。

【技術實現步驟摘要】
用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系及安裝方法
本專利技術涉及一套適用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系及安裝方法，尤其涉及一套隧道穿越溶洞的軟弱破碎地層，溶洞頂部易掉塊、塌方的隧道支護體系及安裝方法。
技術介紹
我國經濟正飛速健康發展，為順利實現經濟結構體系的轉化，打通連接各地區的經濟命脈的血管——高速公路、鐵路、地鐵，已迫在眉睫。近年來無論是為加大對西部開發的力度，還是緩解城市交通壓力而正如火如荼修建的城市地鐵，如多地下交通工程都要面對隧道開挖后對圍巖的支護問題；尤其是我國西南地區為多山嶺地帶的巖溶地層，經常需要開挖超長的易發突水突泥的巖溶隧道，該類隧道圍巖軟弱破碎，地質條件極差，時常在隧道線路上遇到大型的溶洞，怎樣對穿越溶洞隧道在長期高應力以及車輛動載作用下實施有效的圍巖支護，還面臨許多新的挑戰。目前對于自身穩定性極差的溶洞，其較常見的處理方式是進行充填或者吹砂后，施做隧道傳統的支護結構。然而，對富水，圍巖破碎，節理裂隙發育，穩定性較差的大型溶洞，進行大規模充填不但造成資源的浪費而且還破壞了原有生態平衡；吹砂回填加重了隧道支護結構上覆的荷載，不利于支護結構的穩定；同時，溶洞頂部的掉塊以及塌方等對隧道支護結構的瞬間沖擊破壞是不容忽視的一個重要問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系及安裝方法。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：包括用以承接破碎圍巖的承接板，和與承接板連接的若干支座，所述承接板通過支座與兩榀或兩榀以上的鋼拱架連接，所述支護體系能在不進行大量充填的前提下，通過承接板將上部沖擊荷載轉移至鋼拱架。所述支座包括承接板支座和彈簧支座，所述承接板的一端通過連接軸與承接板支座連接；所述承接板的中部，設有與之相連的另一端連接有彈簧支撐軸的若干個彈簧，所述彈簧支撐軸與彈簧支座固接；所述承接板可以繞所述連接軸轉動。所述彈簧通過中置軸與承接板連接。所述彈簧支撐軸上，在連接彈簧的相應位置設有凹槽，所述彈簧放在凹槽內與彈簧支撐軸連接。一套適用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系的安裝方法，包括以下步驟：步驟1：確定溶洞狀況，對溶洞進行前期處理；步驟2：將彈簧一端與承接板中部的中置軸進行連接；在鋼拱架預定位置處焊接支座和彈簧支座；步驟3：將鋼拱架立到設計位置，將連接軸和彈簧支撐軸安裝到對應支座上；步驟4：安裝組裝完成的承接板到設計位置，完成隧道初期支護結構的安裝。其中，所述步驟1中：所述確定溶洞狀況，包括結合硐室開挖順序，區分溶洞的形狀以及規模，確定含水狀況及與外部水源的聯系。所述步驟1中，所述對溶洞進行前期處理，包括確保溶洞內沒有積水，對于有水且外部水源不斷流入的情況，抽出積水，并對溶洞采用注漿或者明管導排措施。所述步驟1中，所述對溶洞進行前期處理，包括視溶洞發育形狀和地質條件，在溶洞頂部破碎易發生掉塊、塌方的部位，進行掛網噴漿處理，對于狹小空間，噴射一層鋼纖維混凝土。所述步驟2中，待溶洞整體處理完成后，提前將彈簧一端與承接板中部的中置軸進行焊接；在鋼拱架預定位置處焊接支座和彈簧支座。所述步驟3中，將鋼拱架立到設計位置，在鋼拱架頂部以及鄰近溶洞一側，分別在鋼拱架量側施打預應力錨索或預應力錨桿到穩定圍巖深處；并將連接軸和彈簧支撐軸安裝到對應支座上；將錨索或錨桿的端部通過焊接或者螺栓形式與鋼拱架鏈接。本專利技術的有益效果為：本專利技術涉及一套適用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系及安裝方法，尤其涉及一套隧道穿越溶洞的軟弱破碎地層，溶洞頂部易掉塊、塌方的隧道支護體系及安裝方法；解決巖溶地層隧道穿越溶洞程中，傳統形式處理方法不能解決沖擊荷載對支護結構的失穩破壞，而且會造成嚴重的生態破壞等問題，在不進行大量充填的前提下，實現上部沖擊荷載轉移的新型支護結構，為硐室長期穩定提供有效的保證。本專利技術與目前常見穿越溶洞的支護結構及方法相比具有以下優點：1)每一榀鋼拱架之間通過連接軸和彈簧支撐軸連接，實現了鋼拱架軸線方向的連接，增加了鋼拱架的空間整體穩定性，同時又通過預應力錨索(桿)將支護結構與深部穩定圍巖連接在一起，緩解了支護結構側旁轉移的掉塊在溶洞底部堆載引起的水平擠壓作用。2)承接板中部設有中置軸，彈簧一端焊接在中置軸，另一端放在彈簧支撐軸上的U型槽里，彈簧支撐軸通過彈簧支座與鋼拱架連接，承接板以及彈簧都可以根據掉塊沖擊荷載的情況在一定范圍內自適應轉動；彈簧的彈性連接，使得溶洞上部掉塊沖擊荷載通過承接板直接轉移到溶洞底部，減少或者避免對硐室支護結構的沖擊破壞，實現了瞬間沖擊能量的轉移。附圖說明圖1為本專利技術裝置實施例一的主體結構平面圖；圖2為本專利技術裝置對應圖1的主體結構三維立體圖；圖3為本專利技術裝置的對應圖1的承接板結構三維立體圖；附圖標記：1-鋼拱架，2-承接板，3-中置軸，4-彈簧，5-連接軸，6-承接板支座，7-預應力錨索(桿)，8-彈簧支撐軸，9-彈簧支座。具體實施方式下面結合附圖以及實施例一對本專利技術進行詳細描述。本專利技術裝置主要包括包括鋼拱架1，承接板2，中置軸3，彈簧4，連接軸5，承接板支座6，預應力錨索(桿)7，彈簧支撐軸8，彈簧支座9；其中所述的承接板2通過連接軸5與鋼拱架1連接；兩榀鋼拱架1通過連接軸5和支座6，彈簧支撐軸8和彈簧支座9分別連接；在承接板2中部設有中置軸3，彈簧4一端焊接在中置軸3，另一端放在彈簧支撐軸8上的U型槽里，彈簧支撐軸8通過彈簧支座9與鋼拱架1連接，承接板2和彈簧4可以在一定角度范圍內轉動。一套適用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系及安裝方法，結合附圖對其操作方法進一步闡述：1)結合硐室開挖順序，首先區分溶洞的形狀以及規模，是否含水或者與外部水源存在聯系；如果與外部水源存在聯系，抽出積水的用同時，采用注漿或者明管導排等措施對溶洞進行前期處理；2)解決溶洞水的問題之后，視溶洞發育形狀和地質條件，在工作空間允許的情況下，對溶洞進行掛網噴漿處理，尤其是對溶洞頂部破碎易發生掉塊、塌方的部位；若工作空間不允許則噴射一層鋼纖維混凝土；3)待溶洞前期處理完成后，提前將彈簧4一端與承接板2中部的中置軸3進行焊接；在鋼拱架1預定位置處焊接支座6和彈簧支座9；4)將鋼拱架1立到設計位置，在鋼拱架1頂部以及鄰近溶洞一側，分別在鋼拱架1量側施打預應力錨索(桿)到穩定圍巖深處；并將連接軸5和彈簧支撐軸8安裝到對應支座上；將錨索(桿)7端部通過焊接或者螺栓形式與鋼拱架1鏈接；5)然后安裝組裝完成的承接板1到設計位置，完成隧道初期支護結構的安裝。本專利技術僅以實例一隧道穿越溶洞時的支護為例進行闡述，但是也同樣可適用于地鐵、巖溶腔、暗洞及一些特殊地下工程的支護。由技術常識可知，本專利技術可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本專利技術范圍內或在等同于本專利技術的范圍內的改變均被本專利技術包含。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系，其特征在于：包括用以承接破碎圍巖的承接板，和與承接板連接的若干支座，所述承接板通過支座與多個鋼拱架連接，所述支護體系能在不進行大量充填的前提下，通過承接板將上部沖擊荷載轉移至鋼拱架。

【技術特征摘要】
1.用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系，其特征在于：包括用以承接破碎圍巖的承接板，和與承接板連接的若干支座，所述承接板通過支座與多個鋼拱架連接，所述支護體系能在不進行大量充填的前提下，通過承接板將上部沖擊荷載轉移至鋼拱架。2.根據權利要求1所述的用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系，其特征在于：所述支座包括承接板支座和彈簧支座，所述承接板的一端通過連接軸與承接板支座連接；所述承接板的中部，設有與之相連的另一端連接有彈簧支撐軸的若干個彈簧，所述彈簧支撐軸與彈簧支座固接；所述承接板可以繞所述連接軸轉動。3.根據權利要求2所述的用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系，其特征在于：所述彈簧通過中置軸與承接板連接。4.根據權利要求2所述的用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系，其特征在于：所述彈簧支撐軸上，在連接彈簧的相應位置設有凹槽，所述彈簧放在凹槽內與彈簧支撐軸連接。5.適用于穿越溶洞的軟弱破碎地層隧道支護體系的安裝方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：確定溶洞狀況，對溶洞進行前期處理；步驟2：將彈簧一端與承接板中部的中置軸進行連接；在鋼拱架預定位置處焊接承接板支座和彈簧支座；步驟3：將鋼拱架立到設計位置，將連接軸和彈簧支撐軸安裝到承接板支座和彈簧支座上；承接板的一端與連接軸連接，彈簧另一端與彈簧支撐軸連接；步驟4：安裝組裝完成的承接板到設計位置，完成隧道初期支護結構的安裝。6....

【專利技術屬性】
技術研發人員：李利平，徐飛，李術才，張乾青，成帥，石少帥，許振浩，王康，劉洪亮，王本碩，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：山東;37