一种隧道初期支护结构
技术领域
本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道初期支护结构。
背景技术
利用矿山法隧道开挖破坏了地层的初始应力平衡，容易产生围岩应力释放和洞室变形, 这严重影响了隧道结构的安全和施工效率。为了实现对围岩应力的释放速率和洞室变形量的严格控制，需要在隧道开挖时增加初期支护结构。现有的初期支护结构多是喷射混凝土或者搭建工字钢，此类初期支护结构仅仅适合于围岩性质比较稳定的情况下使用，而在一些特殊地质结构的地区，如在高地震带破碎区进行支护的时候，由于该地区处于地震带，隧道围岩中碎石较多，如果采用喷射混凝土进行支护，容易在喷射的混凝土还未凝固时碎石已经掉落；如果采用工字钢进行支护，这时候由于围岩中碎石过多，也无法进行全面的支护，无法保障工人施工安全。
综上所述，急需一种隧道初期支护结构以解决现有技术中存在的问题。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种隧道初期支护结构，具体技术方案如下：
一种隧道初期支护结构，沿隧道长度方向间隔均匀分布，具体是根据隧道围岩等级情况，沿隧道长度方向按照固定间距设置隧道初期支护结构，如在Ⅳ级围岩情况下，沿隧道长度方向按照间距为1.0-1.2m设置隧道初期支护结构，在Ⅴ级围岩情况下，沿隧道长度方向按照间距为0.8-1.0m设置隧道初期支护结构，在Ⅵ级围岩情况下，沿隧道长度方向按照间距为0.5-0.8m设置隧道初期支护结构，所述隧道初期支护结构包括支撑部件和锚固部件；
所述支撑部件包括沿隧道环向设置的多组两榀工型钢架和多块混凝土板，每组两榀工型钢架均包括两个沿隧道长度方向排列设置的工型钢架，单块混凝土板设置在每组两榀工型钢架的两个工型钢架之间，所述工型钢架和混凝土板的形状均与隧道环向的弧度匹配设置，在每块混凝土板内均设有通孔和至少一个波纹管，相邻混凝土板内的波纹管首尾连通，所述波纹管的路径走向沿每块混凝土板的弯矩匹配布置；
所述锚固部件包括多组连接件、多组紧固件和至少一组锁紧件，多组连接件与多组两榀工型钢架一一对应设置，所述连接件用于实现各组两榀工型钢架内两个工型钢架之间的固定连接，多组紧固件与多块混凝土板一一对应设置，所述紧固件穿过通孔并插入隧道围岩内部，所述紧固件的长度方向与其在混凝土板穿出位置处的切线方向垂直，所述锁紧件穿过波纹管并用于实现对混凝土板的整体锁紧固定。
优选的，每组所述连接件包括两个设有螺纹孔的钢板和与螺纹孔匹配的螺杆，两个钢板对称设置在两榀工型钢架的两个工型钢架上且位于靠近隧道围岩的一侧，所述螺杆的两端通过螺纹孔与两个钢板固定连接。
优选的，相邻两组所述连接件的弧线距离为1-3m。
优选的，所述紧固件包括锚固件和锚垫板，所述锚固件穿过通孔且一端插入隧道围岩内部，而另一端与锚垫板连接。
优选的，所述锚固件为锚杆或锚索。
优选的，所述锁紧件包括穿过波纹管的钢绞线以及设置在钢绞线两端的封闭式锚具和开口式锚具，所述封闭式锚具设置在隧道拱顶位置处，所述开口式锚具设置在隧道拱脚位置处。
优选的，所述封闭式锚具和开口式锚具均包括喇叭状开口结构和设置在开口结构内的齿合组件，所述齿合组件包括两个相向设置的齿片，在钢绞线通过齿合组件时实现对钢绞线的卡合锁紧，所述钢绞线位于封闭式锚具一端的端部埋设在封闭式锚具内部，所述钢绞线位于开口式锚具一端的端部穿出开口式锚具。
优选的，所述通孔设置在混凝土板的中心位置，在通孔的两侧分别设有一个波纹管。
优选的，所述隧道初期支护结构还包括灌浆系统，所述灌浆系统包括灌注单元、注浆单元和压浆单元，所述灌注单元用于填充支撑部件与隧道间的缝隙，所述注浆单元用于填充紧固件与通孔间以及紧固件与隧道围岩间的缝隙，所述压浆单元用于填充锁紧件与波纹管间的缝隙；
所述灌注单元为自密实型微膨胀混凝土，其原料包括硅酸盐水泥、细骨料(优选中粗砂，中粗砂的细度模数为2.6-3.2)、粗集料(优选5-25mm连续级配碎石)、I级粉煤灰、 FAC聚羧酸高性能减水剂和UEA膨胀剂，所述自密实型微膨胀混凝土初凝时间为30min， 2h后强度达到C20；
所述注浆单元为快凝微膨胀水泥基材料，其原料包括硅酸盐水泥和UEA膨胀剂，其水灰比为0.5:1～1:1；
所述压浆单元为微膨胀水泥浆材料，其原料包括硅酸盐水泥和UEA膨胀剂。
优选的，在所述混凝土板与通孔方向一致的侧面上还设有止水条，所述止水条还与工型钢架密贴，用于混凝土板与工型钢架间的接缝处防水。
应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本实用新型所述的隧道初期支护结构包括支撑部件、锚固部件和灌浆系统，所述支撑部件包括多组两榀工型钢架和多块混凝土板，单块混凝土板设置在每组两榀工型钢架的两个工型钢架之间，所述工型钢架和混凝土板的形状均与隧道环向的弧度匹配设置，保证了支撑部件与隧道环向的匹配度，在每块混凝土板内均设有通孔和至少一个波纹管，相邻混凝土板内的波纹管首尾连通，所述波纹管的路径走向沿每块混凝土板的弯矩匹配布置；所述锚固部件包括多组连接件、多组紧固件和至少一组锁紧件，所述连接件用于实现各组两榀工型钢架内两个工型钢架之间的固定连接，所述紧固件穿过通孔并插入隧道围岩内部，所述锁紧件穿过波纹管并用于实现对混凝土板的整体锁紧固定；所述灌浆系统包括灌注单元、注浆单元和压浆单元，所述灌注单元用于填充支撑部件与隧道间的缝隙，所述注浆单元用于填充紧固件与通孔间以及紧固件与隧道围岩间的缝隙，所述压浆单元用于填充锁紧件与波纹管间的缝隙。本实用新型通过设置支撑部件、锚固部件和灌浆系统，能够使初期支护结构快速闭合成环，使得支撑部件与围岩接触更加密贴，受力更加均匀，从而缩短初期支护结构的作业时间，提高作业面施工安全系数，且能够改善作业环境，克服了喷射混凝土或采用工字钢进行支护的不足。本实用新型适用范围广、投入成本低且能够在 V、VI级软弱围岩中使用。
(2)本实用新型中每组所述连接件包括两个设有螺纹孔的钢板和与螺纹孔匹配的螺杆，两个钢板对称设置在两榀工型钢架的两个工型钢架上且位于靠近隧道围岩的一侧，所述螺杆的两端通过螺纹孔与两个钢板固定连接，所述连接件的设置加强了每个两榀工型钢架之间的连接强度。
(3)本实用新型中设置在所述波纹管内的钢绞线能承担较大的拉应力，增强了混凝土板的抗拉性能，提高了隧道初期支护结构的整体安全性。
(4)本实用新型中所述灌注单元为自密实型微膨胀混凝土，其强度远高于喷射混凝土，在填充支撑部件与隧道间的缝隙后能够快速将支撑部件与隧道围岩结合成整体；所述注浆单元为快凝微膨胀水泥基材料，适用于填充紧固件与通孔间以及紧固件与隧道围岩间的缝隙，所述注浆单元注入紧固件与隧道围岩间的缝隙后，能够提高隧道围岩自身的强度，并能起到很好的防水作用；所述压浆单元为微膨胀水泥浆材料，用于填充锁紧件与波纹管间的缝隙，确保锁紧件与波纹管间的整体性。
(5)本实用新型中在所述混凝土板与通孔方向一致的侧面上还设有止水条，所述止水条还与工型钢架密贴，用于混凝土板与工型钢架间的接缝处防水。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例1的隧道初期支护结构的结构示意图；
图2是图1中A部分放大的结构示意图；
图3是图1中的隧道初期支护结构设置钢绞线的结构示意图(图2中仅示出了一半隧道初期支护结构的钢绞线安装情况，其另一半隧道初期支护结构设置的钢绞线与示出部分采用对称式安装)；
图4图3中B部分放大的结构示意图；
图5图3中C部分放大的结构示意图；
图6是图1中隧道初期支护结构沿隧道长度方向上的半剖视图；
其中，1、工型钢架，2、混凝土板，2.1、通孔，2.2、波纹管，2.3、止水条，3、连接件，3.1、钢板，3.2、螺杆，4、紧固件，4.1、锚固件，4.2、锚垫板，5、锁紧件，5.1、封闭式锚具，5.2、开口式锚具，5.3、钢绞线，01、隧道围岩。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
参见图1-6，一种隧道初期支护结构，沿隧道长度方向间隔均匀分布，具体是根据隧道围岩01等级情况，沿隧道长度方向按照固定间距设置隧道初期支护结构，本实施例选择在Ⅳ级围岩情况下，沿隧道长度方向按照间距为1.2m设置隧道初期支护结构，所述隧道初期支护结构包括支撑部件和锚固部件；
参见图1，所述支撑部件包括沿隧道环向设置的十五组两榀工型钢架1和十四块混凝土板2，参见图6，每组两榀工型钢架1均包括两个沿隧道长度方向排列设置的工型钢架1，单块混凝土板2设置在每组两榀工型钢架1的两个工型钢架之间，所述工型钢架1和混凝土板2的形状均与隧道环向的弧度匹配设置，在每块混凝土板2内均设有通孔2.1和两个波纹管2.2(波纹管2.2的内径优选为2cm)，所述通孔2.1设置在混凝土板2的中心位置，在通孔2.1的两侧分别设有一个波纹管2.2，相邻混凝土板2内的波纹管2.2首尾连通，参见图3，所述波纹管2.2的路径走向沿每块混凝土板2的弯矩匹配布置；
所述锚固部件包括十五组连接件3、十四组紧固件4和两组锁紧件5，十五组连接件3 与十五组两榀工型钢架1一一对应设置，参见图2和6，所述连接件3用于实现各组两榀工型钢架1内两个工型钢架之间的固定连接，十四组紧固件4与十四块混凝土板2一一对应设置，参见图1和图6，所述紧固件4穿过通孔2.1并插入隧道围岩内部，所述紧固件4 的长度方向与其在混凝土板穿出位置处的切线方向垂直，参见图3，所述锁紧件5穿过波纹管2.2并用于实现对混凝土板2的整体锁紧固定。
参见图2和6，每组所述连接件3包括两个设有螺纹孔的钢板3.1和与螺纹孔匹配的螺杆3.2，两个钢板3.1对称设置在两榀工型钢架1的两个工型钢架上且位于靠近隧道围岩01的一侧，所述螺杆3.2的两端通过螺纹孔与两个钢板3.1固定连接，所述连接件3的设置加强了每个两榀工型钢架1之间的连接强度。
相邻两组所述连接件3的弧线距离为1.5m。
参见图6，所述紧固件4包括锚固件4.1和锚垫板4.2，所述锚固件4.1穿过通孔2.1且一端插入隧道围岩01内部，而另一端与锚垫板4.2连接。
所述锚固件4.1为锚索。
参见图3-5，所述锁紧件5包括穿过波纹管的钢绞线5.3以及设置在钢绞线5.3两端的封闭式锚具5.1和开口式锚具5.2，所述封闭式锚具5.1设置在隧道拱顶位置处，所述开口式锚具5.2设置在隧道拱脚位置处。
参见图4-5，所述封闭式锚具5.1(详见专利号为ZL201621069293.X的实用新型专利) 和开口式锚具5.2(参见专利号为ZL201621069293.X的实用新型专利)均包括喇叭状开口结构和设置在开口结构内的齿合组件，所述齿合组件包括两个相向设置的齿片，在钢绞线 5.3通过齿合组件时实现对钢绞线5.3的卡合锁紧，所述钢绞线5.3位于封闭式锚具5.1一端的端部埋设在封闭式锚具5.1内部，所述钢绞线5.3位于开口式锚具5.2一端的端部穿出开口式锚具5.2。本实施例设置在所述波纹管2.2内的钢绞线5.3能承担较大的拉应力，增强了混凝土板2的抗拉性能，提高了隧道初期支护结构的整体安全性。
参见图6，所述隧道初期支护结构还包括灌浆系统，所述灌浆系统包括灌注单元、注浆单元和压浆单元，所述灌注单元用于填充支撑部件与隧道间的缝隙，所述注浆单元用于填充紧固件4与通孔2.1间以及紧固件4与隧道围岩01间的缝隙，所述压浆单元用于填充锁紧件5与波纹管2.2间的缝隙；
所述灌注单元为自密实型微膨胀混凝土(该混凝土购自三亚鑫海混凝土有限公司，其品牌为鑫海，产品型号为C50)，包括的原料硅酸盐水泥、细骨料(优选中粗砂，中粗砂的细度模数为2.6-3.2)、粗集料(优选5-25mm连续级配碎石)、I级粉煤灰、FAC聚羧酸高性能减水剂(FAC为北京瑞帝斯建材有限公司所生产的聚羧酸高性能减水剂的产品型号) 和UEA膨胀剂，所述自密实型微膨胀混凝土初凝时间为30min，2h后强度达到C20；
所述注浆单元为快凝微膨胀水泥基材料(该水泥基材料购自中山市民众镇科宝特种建材厂，其品牌为UB牌，产品型号为425#(基面料))，包括的原料硅酸盐水泥和UEA膨胀剂，其水灰比为0.5:1～1:1；
所述压浆单元为微膨胀水泥浆材料(该水泥浆材料购自河南嘉固特种建材有限公司，其品牌为嘉固，产品型号为425#)，包括的原料硅酸盐水泥和UEA膨胀剂。
参见图6，在所述混凝土板2与通孔2.1方向一致的四个侧面上还分别设有止水条2.3 (止水条2.3的宽度优选为2cm)，所述止水条2.3为橡胶材质，所述止水条2.3还与工型钢架1密贴，用于混凝土板2与工型钢架1间的接缝处防水。
本实施例所述灌注单元为自密实型微膨胀混凝土，其强度远高于喷射混凝土，在填充支撑部件与隧道间的缝隙后能够快速将支撑部件与隧道围岩01结合成整体；所述注浆单元为快凝微膨胀水泥基材料，适用于填充紧固件4与通孔间以及紧固件4与隧道围岩01间的缝隙，所述注浆单元注入紧固件4与隧道围岩01间的缝隙后，能够提高隧道围岩01 自身的强度，并能起到很好的防水作用；所述压浆单元为微膨胀水泥浆材料，用于填充锁紧件与波纹管间的缝隙。
本实施例通过设置支撑部件、锚固部件和灌浆系统，能够使初期支护结构快速闭合成环，使得支撑部件与围岩接触更加密贴，受力更加均匀，从而缩短初期支护结构的作业时间，提高作业面施工安全系数，且能够改善作业环境，克服了喷射混凝土或采用工字钢进行支护的不足。本实用新型适用范围广、投入成本低且能够在V、VI级软弱围岩中使用。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
