用于TBM施工软岩大变形隧洞的复合支护结构的制作方法

859 编辑：中冶有色技术网来源：中水北方勘测设计研究有限责任公司

2023-10-17 14:24:53

一种用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构

技术领域

1.本实用新型涉及一种隧洞的支护结构，尤其是一种用于tbm(岩石掘进机)施工软岩大变形隧洞的复合支护结构。

背景技术：

2.软岩大变形问题是隧洞支护设计的难点问题，尤其是tbm(岩石掘进机)施工的软岩大变形隧洞，围岩大变形带来的形变压力往往较大，直接影响隧洞管片支护结构强度和配筋量，加大工程投资；同时不均匀的形变压力还会导致隧洞管片结构发生开裂和形成错台，进而影响洞室安全。为抵抗软岩大变形带来的围岩形变压力，确保洞室稳定，通常采取的措施是增加管片厚度和强度，提高管片配筋量，特殊情况下采取在管片内侧增加环向和横向钢支撑的措施，但这些措施均存在一定的缺点：

3.①

增加管片厚度和强度、提高管片配筋量可提高支护结构抗力，相应地也直接增加工程投资；另外刚性管片对于不均匀形变压力适应性较差，可能存在局部受力较小部位的支护结构浪费以及局部应力集中部位的破坏现象。

4.②

在管片内侧增加环向和横向钢支撑对提高支护抗力，保持洞室稳定有较为明显的作用，但会侵占洞内空间，对施工造成干扰，同时影响永久运行期工程的规模和效益的发挥。

5.因此，亟需一种兼顾经济性、适应性和可靠性的支护结构来解决上述问题。

技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种经济可靠的适用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构。

7.为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构，复合支护结构由内层的预制混凝土管片衬砌层、中间的柔性泡沫板层以及外层的豆砾石塑性砂浆结石层组成，柔性泡沫板层粘贴于预制混凝土管片衬砌层上，豆砾石塑性砂浆结石层为通过预制混凝土管片上的预留孔向预制混凝土管片衬砌层及柔性泡沫板层外侧吹填豆砾石和灌注塑性水泥砂浆形成的结构层。

8.所述预制混凝土管片衬砌层是通过洞外运入的预制混凝土管片在洞内拼装而成，预制混凝土管片的外侧粘贴柔性泡沫板。

9.所述柔性泡沫板为聚乙烯板、聚氨酯板或泡沫铝板，厚度为3～10cm，密度70～500kg/m3，弹性模量100～1000mpa，抗压强度0.5～5mpa，可压缩率30％～70％。

10.所述豆砾石塑性砂浆结石层变形模量200～1000mpa，抗压强度1～5mpa，极限应变3％～15％。

11.本实用新型的有益效果：解决了tbm施工软岩大变形隧洞因较大形变压力需要大幅增加管片厚度、强度和配筋量的问题，同时解决了预制混凝土管片衬砌承受不均匀围岩形变压力带来的管片局部应力集中开裂以及发生错台的问题，改善了预制混凝土管片衬砌

结构整体受力条件，提高了衬砌结构的稳定性和洞室的安全性。本实用新型具有制备简单，施工快速简便，适应性强的特性；同时本实用新型巧妙利用了柔性泡沫板和塑性砂浆结石具有一定的抗压强度和良好的变形性能的特性，可有效减少围岩形变压力，改善预制混凝土管片衬砌上的应力集中，充分发挥环形管片衬砌抵抗均匀外压能力强的特性，经济性好，适应性和可靠性强。

附图说明

12.图1是本实用新型用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构的示意图。

13.图2是本实用新型中外侧粘贴柔性泡沫板的预制混凝土管片的立体图。

具体实施方式

14.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

15.如图1、2所示，本实用新型的用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构，复合支护结构由内层的预制混凝土管片衬砌层1、中间的柔性泡沫板层2以及外层的豆砾石塑性砂浆结石层3组成，柔性泡沫板层2粘贴于预制混凝土管片衬砌层1上，豆砾石塑性砂浆结石层3为通过预制混凝土管片上的预留孔向预制混凝土管片衬砌层1及柔性泡沫板层2外侧吹填豆砾石和灌注塑性水泥砂浆形成的结构层。

16.所述预制混凝土管片衬砌层1是通过洞外运入的预制混凝土管片11在洞内拼装而成，预制混凝土管片11的外侧粘贴柔性泡沫板21。

17.所述柔性泡沫板21为聚乙烯板、聚氨酯板或泡沫铝板，厚度为3～10cm，密度70～500kg/m3，弹性模量100～1000mpa，抗压强度0.5～5mpa，可压缩率30％～70％。

18.所述豆砾石塑性砂浆结石层3变形模量200～1000mpa，抗压强度1～5mpa，极限应变3％～15％。

19.具体地说，本实用新型的用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构，在洞外预制钢筋混凝土管片11，将成品高分子柔性泡沫板21通过粘合剂粘贴于预制混凝土管片11外侧，运输进洞后通过tbm设备自带的管片安装器将两者结合体拼装成环形，然后通过预留孔向柔性泡沫板层2外侧吹填豆砾石和灌注塑性水泥砂浆形成豆砾石塑性砂浆结石层3，从而形成“外柔内刚”的三层复合支护结构。塑性砂浆结石层和柔性泡沫板层具有一定的抗压强度和良好的压缩变形性能，可有效减少围岩形变压力，改善预制混凝土管片衬砌上的应力集中，改善管片衬砌受力条件，充分发挥环形预制混凝土管片衬砌抵抗均匀外压能力强的特性，经济性好，适应性和可靠性强。

20.所述豆砾石塑性砂浆结石层3与tbm开挖后形成的围岩面直接接触，通过自身压缩释放围岩变形的同时传导围岩形变压力。

21.所述预制混凝土管片衬砌通过洞外运入的预制混凝土管片在洞内拼装而成，管片具有厚度薄，强度高的特性。柔性泡沫板由高分子泡沫塑料制备而成，质轻、易加工，可在厂内制备，运输方便；同时具有优良的粘合性、弹性、伸长率、压缩性、缓冲性、化学稳定性以及

一定的抗压强度。豆砾石塑性砂浆结石通过预留孔向柔性泡沫板外侧吹填豆砾石和灌注塑性水泥砂浆形成，施工工艺简单，操作方便；同时具有优良的变形性能和一定的抗压强度。

22.以上所述的实施例仅用于说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本实用新型的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本实用新型的专利范围，即凡本实用新型所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本实用新型的专利范围内。

技术特征：

1.一种用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构，其特征在于，复合支护结构由内层的预制混凝土管片衬砌层(1)、中间的柔性泡沫板层(2)以及外层的豆砾石塑性砂浆结石层(3)组成，柔性泡沫板层(2)粘贴于预制混凝土管片衬砌层(1)上。2.根据权利要求1所述用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构，其特征在于，所述预制混凝土管片衬砌层(1)是通过洞外运入的预制混凝土管片(11)在洞内拼装而成，预制混凝土管片(11)的外侧粘贴柔性泡沫板(21)。3.根据权利要求2所述用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构，其特征在于，所述柔性泡沫板(21)为聚乙烯板、聚氨酯板或泡沫铝板，厚度为3～10cm，密度70～500kg/m3，弹性模量100～1000mpa，抗压强度0.5～5mpa，可压缩率30％～70％。4.根据权利要求1所述用于tbm施工软岩大变形隧洞的复合支护结构，其特征在于，所述豆砾石塑性砂浆结石层(3)变形模量200～1000mpa，抗压强度1～5mpa，极限应变3％～15％。

技术总结

本实用新型公开了一种用于TBM施工软岩大变形隧洞的复合支护结构，复合支护结构由内层的预制混凝土管片衬砌层、中间的柔性泡沫板层以及外层的豆砾石塑性砂浆结石层组成，柔性泡沫板层粘贴于预制混凝土管片衬砌层上，豆砾石塑性砂浆结石层为通过预制混凝土管片上的预留孔向预制混凝土管片衬砌层及柔性泡沫板层外侧吹填豆砾石和灌注塑性水泥砂浆形成的结构层。解决了TBM施工软岩大变形隧洞因较大形变压力需要大幅增加管片厚度、强度和配筋量的问题，同时解决了预制混凝土管片衬砌承受不均匀围岩形变压力带来的管片局部应力集中开裂以及发生错台的问题，改善了预制混凝土管片衬砌结构整体受力条件，提高了衬砌结构的稳定性和洞室的安全性。和洞室的安全性。和洞室的安全性。

技术研发人员：池建军隋世军杨凡孙强张嘉琦姚烨闫玉亮张立洪王汉明孙毅

受保护的技术使用者：中水北方勘测设计研究有限责任公司

技术研发日：2021.03.16

技术公布日：2021/11/16

声明：

“用于TBM施工软岩大变形隧洞的复合支护结构的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

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