隧道顶部抗变形减震保护结构
技术领域
本发明属于隧道结构安全技术领域，特别是涉及一种隧道顶部抗变形减震保护结构。
背景技术
在山岭隧道施工中，一般以新奥法为理论基础，即以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分。但在施工过程中发现，由于围岩地质情况复杂多变，在岩体破碎区域，围岩自承能力较弱，特别是在断裂破碎带区域，围岩结构极不稳定，给隧道安全造成很大影响，目前在山岭隧道施工中普遍采用复合衬砌结构，即在隧道洞室上台阶开挖完成后，及时进行初衬施工，架设钢拱架并喷射混凝土，提高围岩稳定性。但由于洞室内空间及施工台车的限制以及施工工序的影响，初衬不能及时封闭成环，而且二衬的施工往往滞后于初衬，施工间隔一般达到70m以上。在初衬封闭成环之前，钢拱架端部一般采用锁脚锚杆进行加固，但在断裂破碎带内围岩较为破碎，锁脚锚杆的加固作用有限，而且注浆需要一段时间才可发挥锚固作用，因此在工程中时常会出现初衬崩塌事故，严重影响施工进度和工程安全。目前，为限制隧道收敛变形，一般采用两端分别铰接在隧道内壁上的横向支撑梁，该梁只能限制隧道两侧的挤压变形，无法为钢拱架提供向上的支撑力，有时在特殊情况如地震发生时，振动引起山岭隧道主结构体产生地震反应，有可能造成主体结构在强震中破坏，因此最大限度控制损失、增加安全系数和减少结构震动反应是山岭隧道建筑结构等系列工程当前需要解决的问题，这些不利因素对隧道洞口的施工安全提出了较大的挑战，由于目前公路隧道跨度越来越大，从以往的双车道隧道到目前的四车道隧道，隧道断面更趋向于扁平化，围岩变形难控制，设计施工技术较复杂。隧道初次衬砌的型钢拱架在隧道施工中起到了举足轻重的作用，其承担了初次衬砌未形成前的围岩压力，以及与初次衬砌混凝土形成型钢混凝土一起承担后续的围岩压力，随着隧道断面的扁平化，型钢拱架在施工过程中受力越来越复杂，拉力与压力交替变化的现象对山岭隧道建筑结构等系列工程施工安全提出了较大的挑战。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种隧道顶部抗变形减震保护结构，能抵制隧道结构内部两侧挤压形变情况的发生，能对隧道结构顶部起到有效地支撑作用，有效避免隧道主体结构在强震中被破坏，对隧道顶部松散土体进行高效支撑，能够显著提升隧道结构顶部土体自承载能力和抗变形能力，保证隧道结构施工进度安全高效合理。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种隧道顶部抗变形减震保护结构，包括外层支撑拱架加强板、中外层支撑拱架加强板、中内层支撑拱架加强板、内层支撑拱架加强板、协调连接固定杆、锁紧加固螺件、紧箍件结构、内置抗震缓冲设置层、内置混合支撑加强介质层、侧部承载支撑桩结构、连接支撑固定板、内撑固定连接底部板、外撑固定连接顶部板，隧道顶部抗变形减震保护结构的最外层设置外撑固定连接顶部板，外撑固定连接顶部板的内侧设置外层支撑拱架加强板，外层支撑拱架加强板的内侧设置中外层支撑拱架加强板，中外层支撑拱架加强板的内侧设置中内层支撑拱架加强板，中内层支撑拱架加强板的内侧设置内层支撑拱架加强板，内层支撑拱架加强板的内侧设置内撑固定连接底部板；外层支撑拱架加强板是由外层凸出波段拱形支撑节板和外层凹进波段凹形支撑节板交替连接而成，中外层支撑拱架加强板是由中外层凸出波段拱形支撑节板和中外层凹进波段凹形支撑节板交替连接而成，中内层支撑拱架加强板是由中内层凸出波段拱形支撑节板和中内层凹进波段凹形支撑节板交替连接而成，内层支撑拱架加强板是由内层凸出波段拱形支撑节板和内层凹进波段凹形支撑节板交替连接而成；
设置连接支撑固定板将内撑固定连接底部板的底端和外撑固定连接顶部板的底端固定连接，连接支撑固定板的下方设置侧部承载支撑桩结构，侧部承载支撑桩结构的一端与地面固定、另一端与连接支撑固定板固定连接；
外层支撑拱架加强板和外撑固定连接顶部板之间、中外层支撑拱架加强板和中内层支撑拱架加强板之间、内层支撑拱架加强板和内撑固定连接底部板之间设置内置抗震缓冲设置层；外层支撑拱架加强板和中外层支撑拱架加强板之间、中内层支撑拱架加强板和内层支撑拱架加强板之间设置内置混合支撑加强介质层；设置紧箍件结构分别将外层支撑拱架加强板和外撑固定连接顶部板、内层支撑拱架加强板和内撑固定连接底部板固定连接，紧箍件结构由穿杆和固定螺母组合而成；设置协调连接固定杆分别将外层支撑拱架加强板和中外层支撑拱架加强板、中外层支撑拱架加强板和中内层支撑拱架加强板、中内层支撑拱架加强板和内层支撑拱架加强板固定连接，并且两端采用锁紧加固螺件进行固定。
进一步地，内置抗震缓冲设置层采用泡沫铝材料制成。
进一步地，外层支撑拱架加强板、中外层支撑拱架加强板、中内层支撑拱架加强板和内层支撑拱架加强板采用根据设计需求确定的低屈服点钢板制成。
进一步地，内置混合支撑加强介质层采用聚乙烯醇或聚丙乳液和轻质混凝土混合制作而成，并在其中添加橡胶颗粒。
进一步地，外层凸出波段拱形支撑节板和外撑固定连接顶部板的内表面相切，内层凹进波段凹形支撑节板和内撑固定连接底部板的外表面相切。
进一步地，外层凹进波段凹形支撑节板和中外层凸出波段拱形支撑节板相切，中外层凹进波段凹形支撑节板和中内层凸出波段拱形支撑节板相切，中内层凹进波段凹形支撑节板和内层凸出波段拱形支撑节板相切。
本发明的优点效果：
本发明的有益效果是能对隧道结构顶部起到有效地支撑作用，避免施工过程中隧道结构顶部出现塌方危险，能最大限度地限制现有隧道结构收敛变形，显著增加对隧道结构主体支撑的稳定性能，减震保障装置安装快捷并且拆解方便，同时能承受较大变形起到抗震支撑和消除震动效应作用，设置的加强板能保证装置整体支撑强度，有效避免隧道主体结构在强震中被破坏，能对隧道顶部松散土体进行高效支撑，显著提升隧道结构顶部土体自承载能力和抗变形能力，保证隧道结构施工进度安全高效合理。
附图说明
图1为本发明隧道顶部抗变形减震保护结构侧面图示意图。
图2为紧箍件结构结构示意图。
图3为外层支撑拱架加强板结构示意图。
图4为中外层支撑拱架加强板结构示意图。
图5为中内层支撑拱架加强板结构示意图。
图6为内层支撑拱架加强板结构示意图。
图中：1为外层支撑拱架加强板；2为外层凸出波段拱形支撑节板；3为外层凹进波段凹形支撑节板；4为中外层支撑拱架加强板；5为中外层凸出波段拱形支撑节板；6为中外层凹进波段凹形支撑节板；7为中内层支撑拱架加强板；8为中内层凸出波段拱形支撑节板；9为中内层凹进波段凹形支撑节板；10为内层支撑拱架加强板；11为内层凸出波段拱形支撑节板；12为内层凹进波段凹形支撑节板；13为协调连接固定杆；14为锁紧加固螺件；15为紧箍件结构；16为穿杆；17为固定螺母；18为内置抗震缓冲设置层；19为内置混合支撑加强介质层；20为侧部承载支撑桩结构；21为连接支撑固定板；22为内撑固定连接底部板；23为外撑固定连接顶部板。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合附图及实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例：如图1~图6所示，一种隧道顶部抗变形减震保护结构，包括外层支撑拱架加强板1、中外层支撑拱架加强板4、中内层支撑拱架加强板7、内层支撑拱架加强板10、协调连接固定杆13、锁紧加固螺件14、紧箍件结构15、内置抗震缓冲设置层18、内置混合支撑加强介质层19、侧部承载支撑桩结构20、连接支撑固定板21、内撑固定连接底部板22、外撑固定连接顶部板23，隧道顶部抗变形减震保护结构的最外层设置外撑固定连接顶部板23，外撑固定连接顶部板23的内侧设置外层支撑拱架加强板1，外层支撑拱架加强板1的内侧设置中外层支撑拱架加强板4，中外层支撑拱架加强板4的内侧设置中内层支撑拱架加强板7，中内层支撑拱架加强板7的内侧设置内层支撑拱架加强板10，内层支撑拱架加强板10的内侧设置内撑固定连接底部板22；外层支撑拱架加强板1是由外层凸出波段拱形支撑节板2和外层凹进波段凹形支撑节板3交替连接而成，中外层支撑拱架加强板4是由中外层凸出波段拱形支撑节板5和中外层凹进波段凹形支撑节板6交替连接而成，中内层支撑拱架加强板7是由中内层凸出波段拱形支撑节板8和中内层凹进波段凹形支撑节板9交替连接而成，内层支撑拱架加强板10是由内层凸出波段拱形支撑节板11和内层凹进波段凹形支撑节板12交替连接而成；
设置连接支撑固定板21将内撑固定连接底部板22的底端和外撑固定连接顶部板23的底端固定连接，连接支撑固定板21的下方设置侧部承载支撑桩结构20，侧部承载支撑桩结构20的一端与地面固定、另一端与连接支撑固定板21固定连接；
外层支撑拱架加强板1和外撑固定连接顶部板23之间、中外层支撑拱架加强板4和中内层支撑拱架加强板7之间、内层支撑拱架加强板10和内撑固定连接底部板22之间设置内置抗震缓冲设置层18；外层支撑拱架加强板1和中外层支撑拱架加强板4之间、中内层支撑拱架加强板7和内层支撑拱架加强板10之间设置内置混合支撑加强介质层19；设置紧箍件结构15分别将外层支撑拱架加强板1和外撑固定连接顶部板23、内层支撑拱架加强板10和内撑固定连接底部板22固定连接，紧箍件结构15由穿杆16和固定螺母17组合而成；设置协调连接固定杆13分别将外层支撑拱架加强板1和中外层支撑拱架加强板4、中外层支撑拱架加强板4和中内层支撑拱架加强板7、中内层支撑拱架加强板7和内层支撑拱架加强板10固定连接，并且两端采用锁紧加固螺件14进行固定。
所述的内置抗震缓冲设置层18采用泡沫铝材料制成。
所述的外层支撑拱架加强板1、中外层支撑拱架加强板4、中内层支撑拱架加强板7和内层支撑拱架加强板10采用根据设计需求确定的低屈服点钢板制成。
所述的内置混合支撑加强介质层19采用聚乙烯醇或聚丙乳液和轻质混凝土混合制作而成，并在其中添加橡胶颗粒。
所述的外层凸出波段拱形支撑节板2和外撑固定连接顶部板23的内表面相切，内层凹进波段凹形支撑节板12和内撑固定连接底部板22的外表面相切。
所述的外层凹进波段凹形支撑节板3和中外层凸出波段拱形支撑节板5相切，中外层凹进波段凹形支撑节板6和中内层凸出波段拱形支撑节板8相切，中内层凹进波段凹形支撑节板9和内层凸出波段拱形支撑节板11相切。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
