一种吸能让压隧道初期支护结构体系及其施工方法

技术特征：
1.一种吸能让压隧道初期支护结构体系，其特征在于：包括工字钢a1单元(2)、工字钢a2单元(3)、工字钢a3单元(4)和工字钢a4单元(5)，设置于隧道围岩(1)内侧，用于对隧道围岩(1)进行支护；钢拱架接头固定部(13)，安装于工字钢a1单元(2)与工字钢a2单元(3)的中端、工字钢a3单元(4)和工字钢a4单元(5)的中端，用于将工字钢单元进行连接；钢拱架接头伸缩部(15)，安装于钢拱架接头固定部(13)的中端用于缓冲隧道围岩(1)变形产生的压力；第一大网格钢筋网(8)、第二大网格钢筋网(9)和第三大网格钢筋网(10)，安装于工字钢a1单元(2)、工字钢a2单元(3)、工字钢a3单元(4)和工字钢a4单元(5)的内部，用于配合喷射混凝土的实施，与钢拱架一起对隧道围岩(1)进行支护；密网格钢筋网(11)，叠加在第一大网格钢筋网(8)、第二大网格钢筋网(9)和第三大网格钢筋网(10)构成的整体结构上；注浆管(12)，钢拱架安装过程中同时将注浆管(12)埋入隧道围岩(1)内侧用于注入轻质弹性材料。2.根据权利要求1所述的吸能让压隧道初期支护结构体系，其特征在于：所述工字钢a1单元(2)、工字钢a2单元(3)、工字钢a3单元(4)和工字钢a4单元(5)构成钢拱架外围层，所述工字钢a1单元(2)、工字钢a2单元(3)、工字钢a3单元(4)均以隧道围岩(1)中轴线为中心对称设置有两组，两组所述工字钢a1单元(2)的中端设置有工字钢b单元(6)，所述工字钢b单元(6)用于隧道仰拱支护，且工字钢a1单元(2)的底部均安装有砼垫块(7)。3.根据权利要求1所述的吸能让压隧道初期支护结构体系，其特征在于：所述工字钢a1单元(2)的顶部与工字钢a2单元(3)的底部均通过钢拱架接头固定部(13)连接，所述工字钢a1单元(2)的顶部与工字钢a2单元(3)的底部均通过六角螺栓(16)与钢拱架接头固定部(13)固定安装。4.根据权利要求1所述的吸能让压隧道初期支护结构体系，其特征在于：所述工字钢a3单元(4)的顶部和工字钢a4单元(5)的两端均通过钢拱架接头固定部(13)连接，所述工字钢a3单元(4)的顶部和工字钢a4单元(5)的两端均通过六角螺栓(16)与钢拱架接头固定部(13)固定安装。5.根据权利要求1所述的吸能让压隧道初期支护结构体系，其特征在于：所述钢拱架接头固定部(13)与钢拱架接头伸缩部(15)的中端均通过橡胶减震板(19)连接，所述六角螺栓(16)与钢拱架接头固定部(13)的连接端均安装有用于控制六角螺栓(16)插入深度的垫片(20)，所述钢拱架接头伸缩部(15)的一端均连接有钢拱架接头接触部(17)，所述钢拱架接头伸缩部(15)的内部均安装有伸缩节，所述钢拱架接头接触部(17)均与伸缩节为一体设置，所述钢拱架接头接触部(17)安装方向均为朝向隧道围岩(1)方向，所述钢拱架接头固定部(13)、钢拱架接头伸缩部(15)和钢拱架接头接触部(17)构成钢拱架接头，所述钢拱架接头伸缩部(15)的外侧均通过胶带粘附有土工布(14)。6.根据权利要求1所述的吸能让压隧道初期支护结构体系，其特征在于：所述工字钢a1单元(2)的内部均焊接有第一大网格钢筋网(8)，所述工字钢a2单元(3)和工字钢a3单元(4)的内部均焊接有第二大网格钢筋网(9)，所述工字钢a4单元(5)的内部焊接有第三大网格钢筋网(10)。
7.根据权利要求1所述的吸能让压隧道初期支护结构体系，其特征在于：所述密网格钢筋网(11)与隧道围岩(1)、钢拱架的弧度均相同，所述密网格钢筋网(11)的两端均与工字钢b单元(6)焊接。8.根据权利要求1所述的吸能让压隧道初期支护结构体系，其特征在于：所述注浆管(12)设置于隧道围岩(1)中轴线，所述隧道围岩(1)内侧与钢拱架外侧的中端设置有预留空腔(18)，所述注浆管(12)的顶部打入到预留空腔(18)中注入轻质弹性材料。9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的吸能让压隧道初期支护结构体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、安装钢拱架，首先，在隧道的钢拱架布置环节，安置钢拱架可伸缩接头，接头数量根据隧道断面大小和钢拱架数量确定，通常为2个、4个或6个，其中钢拱架接头的钢拱架接头接触部(17)安装方向均为朝向隧道围岩(1)方向，钢拱架到现场，准备立架前，在拱顶位置，工字钢a3单元(4)的顶部和工字钢a4单元(5)的两端均通过六角螺栓(16)与钢拱架接头固定部(13)固定安装，在拱腰位置，工字钢a1单元(2)的顶部与工字钢a2单元(3)的底部均通过六角螺栓(16)与钢拱架接头固定部(13)固定安装，立架完成后根据现场超挖情况利用加长套杆对径向接触点进行调整，使钢拱架与围岩密贴，同时在钢拱架接头伸缩部(15)的外侧通过胶带粘附包裹土工布(14)；s2、安装大网格钢筋网，钢拱架安装完毕后在工字钢a1单元(2)的内部焊接第一大网格钢筋网(8)，工字钢a2单元(3)和工字钢a3单元(4)的内部焊接第二大网格钢筋网(9)，工字钢a4单元(5)的内部焊接第三大网格钢筋网(10)，通过大网格钢筋网配合喷射混凝土的实施，与钢拱架一起对隧道围岩(1)进行支护；s3、安装密网格钢筋网(11)，然后在传统大网格钢筋网的下面再布设一层密网格钢筋网(11)，密网格钢筋网(11)的两端均与工字钢b单元(6)焊接，用于阻隔喷射混凝土进入，从而在隧道围岩(1)的内表面形成一定高度的预留空腔(18)，利用预埋注浆管(12)；s4、喷射混凝土，两种钢筋网均安装完毕后利用液压泵施加初始压力1mpa，对钢拱架内侧进行喷射混凝土，密网格钢筋网(11)会阻隔喷射混凝土进入到预留空腔(18)中，使得喷射的混凝土均与密网格钢筋网(11)接触，对钢拱架内侧进行密封；s5、注入轻质弹性材料，待钢拱架内侧喷射混凝土完成后，通过之前隧道围岩(1)内侧预埋的注浆管(12)，利用轻质弹性注浆材料进行压力注浆，填充前期的预留空腔(18)，同时在钢拱架之间利用受力钢筋进行连接，增加钢拱架的整体性。

技术总结
本发明公开了一种吸能让压隧道初期支护结构体系，属于隧道初期支护技术领域，包括隧道围岩，工字钢A1单元、工字钢A2单元、工字钢A3单元和工字钢A4单元，设置于隧道围岩内侧，用于对隧道围岩进行支护，通过安装钢拱架接头，该隧道初期支护结构体系在工字钢的连接端具有可变性特性，钢拱架接头伸缩部内部的伸缩节随围岩变形进行伸缩调整，吸收隧道围岩变形的能量，同时在隧道围岩的内表面注入轻质弹性材料，隧道围岩变形过程中轻质弹性材料会先受到压力被压缩，当压力再继续增大时，钢拱架接头开始变形，改变钢拱架受力，进行二次缓冲，该支护结构体系可以适应隧道围岩的较大变形，从而降低初期支护被隧道围岩压垮的风险。降低初期支护被隧道围岩压垮的风险。降低初期支护被隧道围岩压垮的风险。


技术研发人员：朱汉华 陈立平 吴志军
受保护的技术使用者：宁波工程学院
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2022/5/30