一种基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构及其施工方法
技术领域
本发明主要涉及隧道工程领域，尤其涉及一种基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构及其施工方法。
背景技术
随着经过高海拔地区的川藏铁路等国内隧道工程建设的加快，将不可避免地应对隧道工程处于高地应力、软岩等环境中的问题。高地应力、软岩等不仅会引起隧道结构大变形和安全性问题，隧道结构的大变形也会导致岩体侵入原设计的隧道建筑限界内，严重影响隧道结构的施工安全、造价与工期、服役性能和行车限界要求。
然而，现有技术中，虽然有人已经提出在隧道环向开挖卸压孔来释放隧道周围高地应力的施工技术，但未见对卸压孔采取保护设计和变形缓冲结构，易造成塌孔，施工困难，使此技术缺乏可靠度与实用性，同时卸压孔也无法起到锚固隧道周围岩体的作用，造成长期稳定性隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单巧妙、能减小隧道围岩的变形速率、可提高隧道稳定性、能保证释压功能的基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构及其施工方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构，包括导向顶尖和支撑筒，所述支撑筒包括中间筒部和位于中间筒部两端的端钢部，所述导向顶尖与其中的一个端钢部连接，所述锚筒结构由导向顶尖进行导向插入环向释压导洞内，所述中间筒部对环向释压导洞形成支撑。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述端钢部封装有钢板，所述导向顶尖与其中的一块钢板连接，另一块钢板与大变形隧道的初支钢拱架连接。
所述中间筒部内设置有蜂窝状支架。
所述导向顶尖设置为钢质圆锥头。
一种基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构的施工方法，用上述的基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构进行，包括以下步骤：
S1：隧道开挖，施作初支钢拱架；
S2：沿初支钢拱架间隔开挖多个环向释压导洞，各环向释压导洞垂直于隧道轴线；
S3：将锚筒结构由导向顶尖进行导向插入环向释压导洞内，使中间筒部对环向释压导洞形成支撑；
S4：施作隧道初支钢筋网，将端钢部的钢板与初支钢拱架焊接；
S5：喷射初支混凝土，完成初期支护；
S6：监测隧道收敛变形情况，若隧道收敛变形稳定后无岩体侵入隧道设计限界的情况出现，则直接施作二衬；若初支收敛变形侵入隧道设计限界，则在相邻两榀钢架间开挖新的环向释压导洞，按步骤S3至S5施工；
S7：保持步骤S1至步骤S6循环进行，完成大变形隧道的安全掘进。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构，针对环向释压导洞施工不便、易坍塌，且不利于围岩长期稳定性的特点，通过采用锚筒结构插入环向释压导洞可以对环向导洞起到临时支护作用，减小隧道围岩的变形速率，保证隧道稳定性；具体的锚筒结构包括导向顶尖和支撑筒，支撑筒包括中间筒部和位于细中间筒部两端的端钢部，导向顶尖与其中的一个端钢部连接，导向顶尖利于插入的导向定位，保证了效率；端钢部起到支撑作用，而中间筒部与环向释压导洞形成一定间隙，又保证了压力的释放，其结构简单巧妙。本发明的锚筒结构受力之后会成为一个两端粗，中间细长的结构，可以起到类似锚杆结构的锚固岩体作用。本发明的基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构的施工方法，用上述的基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构进行，因此具备上述基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构相应的技术效果。
附图说明
图1是本发明基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构的主视结构示意图(受压前)。
图2是本发明基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构的主视结构示意图(受压后)。
图3是本发明基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构的剖切结构示意图。
图4是本发明中环向释压导洞的开挖示意图。
图5是本发明中支撑筒与初支钢拱架的连接结构示意图。
图6是本发明基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构的施工方法的流程图。
图中各标号表示：
1、导向顶尖；2、支撑筒；21、中间筒部；22、端钢部；221、钢板；23、蜂窝状支架；3、环向释压导洞；4、初支钢拱架。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1至图5示出了本发明基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构的一种实施例，包括导向顶尖1和支撑筒2，支撑筒2包括中间筒部21和位于中间筒部21两端的端钢部22，导向顶尖1与其中的一个端钢部22连接，锚筒结构由导向顶尖1进行导向插入环向释压导洞3内，中间筒部21对环向释压导洞3形成支撑。使用时，将锚筒结构由导向顶尖1进行导向插入环向释压导洞3内，使中间筒部21对环向释压导洞3形成支撑。较传统结构而言，本发明针对环向释压导洞3施工不便、易坍塌，且不利于围岩长期稳定性的特点，通过采用锚筒结构插入环向释压导洞3可以对环向导洞起到临时支护作用，减小隧道围岩的变形速率，保证隧道稳定性；具体的锚筒结构包括导向顶尖1和支撑筒2，支撑筒2包括中间筒部21和位于细中间筒部21两端的端钢部22，导向顶尖1与其中的一个端钢部22连接，导向顶尖1利于插入的导向定位，保证了效率；中间筒部21起到支撑作用，筒状结构又保证了压力的释放，其结构简单巧妙。本发明的锚筒结构受力之后会成为一个两端粗，中间细长的结构，可以起到类似锚杆结构的锚固岩体作用。
本实施例中，端钢部22封装有钢板221，导向顶尖1与其中的一块钢板221连接，另一块钢板221与大变形隧道的初支钢拱架4连接。该结构中，两块钢板221对环向释压导洞3起到一定的支撑作用，保证了支撑强度，而一块钢板221与大变形隧道的初支钢拱架4连接，提高了稳定性。
本实施例中，中间筒部21内设置有蜂窝状支架23。该蜂窝状支架23的设置，使得支撑筒2具有受压变形特性的，进一步保证了压力的释放。
本实施例中，导向顶尖1设置为钢质圆锥头。其结构简单可靠。
本实施例中，受压时，端钢部22向中间筒部21由大到小的渐变缩小、且端钢部22和中间筒部21形成一体式结构。同时兼顾了支撑强度和释压能力。
图1至图6示出了本发明基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构的施工方法的一种实施例，用上述的基于大变形隧道环向释压导洞的锚筒结构进行，包括以下步骤：
S1：隧道开挖，施作初支钢拱架4；
S2：沿初支钢拱架4间隔开挖多个环向释压导洞3，各环向释压导洞3垂直于隧道轴线；
S3：将锚筒结构由导向顶尖1进行导向插入环向释压导洞3内，使中间筒部21对环向释压导洞3形成支撑；
S4：施作隧道初支钢筋网，将端钢部22的钢板221与初支钢拱架4焊接；
S5：喷射初支混凝土，完成初期支护；
S6：监测隧道收敛变形情况，若隧道收敛变形稳定后无岩体侵入隧道设计限界的情况出现，则直接施作二衬；若初支收敛变形侵入隧道设计限界，则在相邻两榀钢架间开挖新的环向释压导洞3，按步骤S3至S5施工；
S7：保持步骤S1至步骤S6循环进行，完成大变形隧道的安全掘进。
采用该方法，可以对环向导洞起到临时支护作用，减小隧道围岩的变形速率，保证隧道稳定性；并且，导向顶尖1利于插入的导向定位，保证了效率；中间筒部21起到支撑作用，筒状结构又保证了压力的释放，其结构简单巧妙。受力之后会成为一个两端粗，中间细长的结构，可以起到类似锚杆结构的锚固岩体作用。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
