一种高寒区隧道防冻融破坏的组合式支护结构

摘要

本实用新型公开了一种高寒区隧道防冻融破坏的组合式支护结构，包括：衬砌层，所述衬砌层由混凝土及钢拱架共同浇筑完成；支撑拱架，所述支撑拱架呈倒U形，所述支撑拱架与所述衬砌层之间设有空隙，所述支撑拱架包括：多个支撑钢板，所述多个支撑钢板通过拼接形成所述支撑拱架，填充层，所述填充层设置在所述支撑拱架与衬砌层之间的空隙内。本实用新型通过在衬砌完成后设置支撑拱架及填充层，当隧道内层结构受冻融影响产生应力时，通过衬砌结构变形传递到填充层及支撑拱架，再由填充层及支撑拱架对围岩应力进行吸收，确保隧道内层结构稳定。

说明书

技术领域

本实用新型涉及高寒地区隧道结构防冻融破坏的技术领域，特别涉及一种高寒区隧道防冻融破坏的组合式支护结构。

背景技术

由于高寒区气候寒冷、海拔高，当隧道内温度较低时，在混凝土浇筑完成后，混凝土内部、衬砌裂缝之间、围岩之间的水分就会凝结，凝结时所形成的巨大冻胀力挤压破坏混凝土结构，使得混凝土结构出现裂缝、造成结构不稳定、洞内渗水等问题。

为应对高寒区内混凝土内的冻胀力，通常采用在隧道内使用加热设备，提高隧道内的施工温度，或在混凝土外表面设置温度保护层，减少混凝土热量的散失，但上述技术都存在一定局限性，不能很好的解决混凝土因冻胀力而被破坏结构的情形。

实用新型内容

为解决上述高寒地区混凝土结构易受冻胀力而被破坏结构的问题，本实用新型第一方面提供了一种高寒区隧道防冻融破坏的组合式支护结构，包括：

衬砌层，所述衬砌层由混凝土及钢拱架共同浇筑完成；

支撑拱架，所述支撑拱架呈倒U形，所述支撑拱架与所述衬砌层之间设有空隙，所述支撑拱架包括：

多个支撑钢板，多个所述支撑钢板通过拼接形成所述支撑拱架，相邻的两片所述支撑钢板在拼接处上下叠合；

螺栓，所述螺栓设置在两片支撑钢板拼接处，所述螺栓从靠近衬砌层的一侧向远离衬砌层的一侧依次穿过叠合的支撑钢板；

紧固螺母，所述紧固螺母与所述螺栓螺纹连接；

填充层，所述填充层设置在所述支撑拱架与衬砌层之间的空隙内，所述填充层的最外层与所述衬砌层抵接，所述填充层的最内层与所述支撑拱架抵接相连；

其中，所述填充层为充气结构。

在一种可行的实施例中，所述填充层还包括：

气囊体，所述气囊体为橡胶材质，所述气囊体可进行充气，充气后的气囊体一侧与所述衬砌层抵接，另一侧与所述支撑拱架抵接；

气囊阀，所述气囊阀一端与所述气囊体相连通；

压力表，所述压力表设置在所述气囊阀上，用于读取气囊体内的气压；

密封塞，所述密封塞设置在所述气囊阀内。

在一种可行的实施例中，所述衬砌层包括衬砌面，所述衬砌面与所述气囊体的最外层抵接，所述衬砌面的表面平整。

在一种可行的实施例中，所述支撑钢板的横截面形状为波纹形。

在一种可行的实施例中，所述支撑拱架还包括阀门孔，所述阀门孔设置在所述支撑拱架底部，且沿隧道开挖面中轴对称设置。

在一种可行的实施例中，所述支撑钢板及气囊体均进行防腐蚀处理。

通过采用上述技术方案，本实用新型主要具有以下技术效果：

本实用新型通过在衬砌完成后设置支撑拱架及填充层，支撑拱架由多片支撑钢板拼接形成，具有一定的承载力，填充层内设有能够吸收外力的气囊体，当支撑拱架与填充层共同作用时，能够消除隧道内层结构受冻融影响而产生的应力，确保隧道内层结构稳定，不因冻融而产生破坏。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种高寒区隧道防冻融破坏的组合式支护结构的结构示意图；

图2为本实用新型提供的连接钢板的连接方式。

其中，附图标记的含义如下：

1、衬砌层；11、衬砌面；

2、支撑拱架；21、支撑钢板；22、阀门孔；23、螺栓；24、紧固螺母；

3、填充层；31、气囊体；32、气囊阀；33、压力表；34、密封塞。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型中的说明书附图，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作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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例一

请参照图1至图2，本实用新型在隧道位于高寒地区实施时，需对隧道结构进行一定的保护，防止隧道结构因冻胀力而被破坏，提供一种高寒区隧道防冻融破坏的组合式支护结构，所述组合式支护结构在衬砌层1实施完成后应用，包括支撑拱架2及填充层3。

具体地，所述衬砌层1由混凝土及钢拱架共同浇筑形成，所述衬砌层1用于防止隧道内层结构变形或坍塌，并对下一步工序提供良好的作业面。所述衬砌层1包括衬砌面11，所述衬砌面11为衬砌层1上远离围岩的一面，所述衬砌面11表面平整光滑，所述衬砌面11上无尖锐或凸起的异物，防止所述衬砌面11上留有的构件破坏填充层3的外表面。

进一步地，所述支撑拱架2呈倒U形，所述支撑拱架2与所述衬砌层1之间设有间隙，所述支撑拱架2包括支撑钢板21、阀门孔22、用于连接多片支撑钢板21的螺栓23及紧固螺母24，所述支撑拱架2由多片支撑钢板21连接形成，优选地，所述支撑拱架2分为三个等分的可拆分组装单元，分别设置在拱顶及左右对称的两侧，在安装时，自下而上依次安装左右两侧的组装单元，再安装拱顶的组装单元，所述左右两侧的组装单元与所述拱顶的组装单元通过螺栓进行连接，可加快现场安装进度，便于拆卸及循环使用。所述支撑拱架2沿隧道开挖方向设置，所述支撑钢板21的横截面为波纹形，所述支撑钢板21表面进行防腐蚀处理，所述两片相邻的支撑钢板21相交的部位，部分支撑钢板21上下叠合，叠合部位采取波峰对波峰，波谷对波谷的形式进行叠合，在所述叠合部位使用所述螺栓23从靠近衬砌层1侧向远离衬砌层1侧依次穿过叠合的支撑钢板21，防止所述螺栓23较为尖锐的端头破坏所述填充层3的外表面，所述紧固螺母24与穿过支撑钢板21的螺栓连接，所述支撑拱架2是由多个支撑钢板21拼接而成的具有一定承载力的拱形结构。进一步地，所述支撑拱架2底部设有阀门孔22，所述阀门孔22对称设置在两侧的支撑钢板21上。

进一步地，所述填充层3设置在所述衬砌层1与所述支撑拱架2之间，所述填充层3包括气囊体31，设置在气囊体31上的气囊阀32、压力表33以及密封塞34。进一步地，所述气囊体31为橡胶材质且表面进行防腐蚀处理，所述气囊体31为可充气式，优选地，所述填充层3沿隧道开挖面左右对称设置多组所述气囊体31，所述气囊体31的数量根据隧道开挖面的大小进行选取，充气完成后的所述气囊体31一侧与所述衬砌面11抵接，所述气囊体31的另一侧与所述支撑钢板21的波峰相抵接，所述气囊体31在受到所述衬砌层1传递过来的围岩压力时会产生一定的形变，所述气囊体31与所述支撑钢板21的波谷之间设有一定空隙，所述空隙用于补偿所述气囊体31受到外力挤压时的形变，使得所述填充层3能够吸收隧道内层结构因冻融而产生的应力。进一步地，所述填充层3设有气囊阀32，所述气囊阀32的一端与所述气囊体31相连通，所述气囊阀32的另一端穿过所述阀门孔22，所述气囊阀32与所述阀门孔22一一对应，操作人员可通过气囊阀32对气囊体31进行充气，所述气囊阀32上设有压力表33，所述压力表33可对所述气囊体31内的压力进行测量，充气完成后，通过所述密封塞34将所述气囊阀32进行密封，保证所述气囊体31内的气体不泄露。

具体地，当所述衬砌层1因冻融产生的应力发生变形时，所产生的应力将传递给所述气囊体31，所述气囊体31发生变形吸收部分冻融应力，剩余的冻融应力由气囊体31传递给支撑拱架2，所述支撑拱架2由多片支撑钢板21拼接形成，所述支撑钢板21为波纹形，能够承受较大应力且避免应力集中，所述支撑拱架2呈倒U形进一步吸收剩余的冻融应力，保证隧道内层结构不因冻融应力而遭到破坏。

实施例二

请参照图1，本实用新型在本实施例中，还提供了一种高寒区隧道防冻融破坏的组合式支护系统，所述组合式支护系统采用了所述组合式支护结构，所述支护系统包括：沿隧道开挖方向布置的多个组合式支护结构，多个组合式支护结构之间相连，形成一个整体的组合式支护系统，保证整个隧道的安全，所述组合式支护系统的长度根据隧道的长度，进而增加所述组合式支护结构的数量。

最后应说明的是：本实用新型实施例公开的仅为本实用新型较佳实施例而已，仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本实用新型各项实施例技术方案的精神和范围。