隧道结构.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010607919.2 (22)申请日 2020.06.29 (71)申请人 中铁第一勘察设计院集团有限公司 地址 710043 陕西省西安市雁塔区西影路2 号 (72)发明人 李国良李宁李雷刘国庆 司剑钧杨木高郭利民 (74)专利代理机构 北京开阳星知识产权代理有 限公司 11710 代理人 杨中鹤 (51)Int.Cl. E21D 11/14(2006.01) E21D 11/18(2006.01) E21D 11/10(2006.01) E21D 11/28(2006。

2、.01) (54)发明名称 隧道结构 (57)摘要 本发明涉及隧道技术领域， 尤其涉及一种隧 道结构。 该隧道结构包括支撑结构、 初期支护和 二次衬砌； 支撑结构连接于隧道壁； 支撑结构包 括两个钢管支架， 两个钢管支架沿隧道纵向分 布， 钢管支架内填充有混凝土； 钢管支架包括主 撑架和两个支腿结构， 主撑架为拱形， 两个支腿 结构分别连接于主撑架的两端以支撑主撑架； 两 个主撑架之间设有多个第一波纹板， 第一波纹板 与主撑架可拆卸的连接； 每纵向相邻的两个支腿 结构之间设有多个第二波纹板， 第二波纹板与支 腿结构可拆卸的连接； 初期支护位于二次衬砌和 支撑结构之间， 钢管支架与初期支护固定连。

3、接。 本发明的目的在于加强对隧道结构的支撑。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 111779508 A 2020.10.16 CN 111779508 A 1.一种隧道结构， 其特征在于， 包括支撑结构(1)、 初期支护和二次衬砌； 所述支撑结构(1)连接于隧道壁； 所述支撑结构(1)包括两个钢管支架(2)， 两个所述钢 管支架(2)沿隧道纵向分布， 所述钢管支架(2)内填充有混凝土； 所述钢管支架(2)包括主撑 架(3)和两个支腿结构(4)， 所述主撑架(3)为拱形， 两个所述支腿结构(4)分别连接于所述 主撑架(3)的两端以支撑所述主撑架(3)； 两个主撑架(3)之间设有多个第一。

4、波纹板(5)， 所 述第一波纹板(5)与所述主撑架(3)可拆卸的连接； 每纵向相邻的两个支腿结构(4)之间设 有多个第二波纹板(6)， 所述第二波纹板(6)与所述支腿结构(4)可拆卸的连接； 所述初期支护位于所述二次衬砌和所述支撑结构(1)之间， 所述钢管支架(2)与所述初 期支护固定连接。 2.根据权利要求1所述的隧道结构， 其特征在于， 所述支腿结构(4)与所述主撑架(3)固 定连接。 3.根据权利要求1所述的隧道结构， 其特征在于， 所述支腿结构(4)包括第一支腿段 (7)， 所述第一支腿段(7)的顶部与所述主撑架(3)的端部通过第一套管(8)连接， 所述第一 支腿段(7)上环形的设有第。

5、一限位凸起(9)， 所述第一限位凸起(9)位于所述第一套管(8)下 方。 4.根据权利要求7所述的隧道结构， 其特征在于， 所述支腿结构(4)还包括第二支腿段 (10)， 所述第二支腿段(10)的顶部通过第二套管(11)与所述第一支腿段(7)的底部连接， 所 述第二支腿段(10)上环形的设有第二限位凸起(12)， 所述第二限位凸起(12)位于所述第二 套管(11)的下方。 5.根据权利要求1所述的隧道结构， 其特征在于， 所述第一波纹板(5)与所述主撑架(3) 螺栓连接。 6.根据权利要求1所述的隧道结构， 其特征在于， 所述第二波纹板(6)与所述支腿结构 (4)螺栓连接。 7.根据权利要求1。

6、所述的隧道结构， 其特征在于， 两个所述钢管支架(2)通过多个连接 管(13)可拆卸的连接。 8.根据权利要求1所述的隧道结构， 其特征在于， 所述钢管支架(2)中的混凝土的强度 大于C50。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111779508 A 2 隧道结构 技术领域 0001 本发明涉及隧道技术领域， 尤其涉及一种隧道结构。 背景技术 0002 在目前的隧道施工中， 经常需要建造深埋于软岩中的超大型隧道。 但这种超大软 岩隧道由于埋深过大， 围岩应力极高， 普通的支护结构已经无法满足对围岩的支撑要求。 因 此为提高隧道的安全性， 必须对现有的隧道结构进行加强。 发明内容 0003 本发。

7、明提供了一种隧道结构， 本发明的目的在于加强对隧道结构的支撑。 0004 上述隧道结构包括支撑结构、 初期支护和二次衬砌； 支撑结构连接于隧道壁； 支撑 结构包括两个钢管支架， 两个钢管支架沿隧道纵向分布， 钢管支架内填充有混凝土； 钢管支 架包括主撑架和两个支腿结构， 主撑架为拱形， 两个支腿结构分别连接于主撑架的两端以 支撑主撑架； 两个主撑架之间设有多个第一波纹板， 第一波纹板与主撑架可拆卸的连接； 每 纵向相邻的两个支腿结构之间设有多个第二波纹板， 第二波纹板与支腿结构可拆卸的连 接； 初期支护位于二次衬砌和支撑结构之间， 钢管支架与初期支护固定连接。 0005 可选的， 支腿结构与主。

8、撑架固定连接。 0006 可选的， 支腿结构包括第一支腿段， 第一支腿段的顶部与主撑架的端部通过第一 套管连接， 第一支腿段上环形的设有第一限位突起， 第一限位突起位于第一套管下方。 0007 可选的， 支腿结构还包括第二支腿段， 第二支腿段的顶部通过第二套管与第一支 腿段的底部连接， 第二支腿段上环形的设有第二限位突起， 第二限位突起位于第二套管的 下方。 0008 可选的， 第一波纹板与主撑架螺栓连接。 0009 可选的， 第二波纹板与支腿结构螺栓连接。 0010 可选的， 两个钢管支架通过多个连接管可拆卸的连接。 0011 可选的， 钢管支架中的混凝土的强度大于C50。 0012 本发明。

9、实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点： 0013 钢管支架内填充混凝土， 使得钢管支架成为给钢管混凝土结构， 钢管混凝土结构 配合钢管支架上的波纹板， 形成强有力的支撑结构。 支撑结构与初期支护连接， 从而增强了 支护结构的支撑能力。 附图说明 0014 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分， 示出了符合本发明的实施 例， 并与说明书一起用于解释本发明的原理。 0015 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 对于本领域普通技术人员而 说明书 1/5 页 3 CN 111779508。

10、 A 3 言， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0016 图1为本发明一实施例中支撑结构的示意图； 0017 图2为本发明一实施例中钢管支架的示意图； 0018 图3为本发明一实施例中隧道结构的建造方法的流程示意图。 0019 其中， 1、 支撑结构； 2、 钢管支架； 3、 主撑架； 4、 支腿结构； 5、 第一波纹板； 6、 第二波 纹板； 7、 第一支腿段； 8、 第一套管； 9、 第一限位凸起； 10、 第二支腿段； 11、 第二套管； 12、 第二 限位凸起； 13、 连接管。 具体实施方式 0020 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、 特征和。

11、优点， 下面将对本发明的方案 进行进一步描述。 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本发明的实施例及实施例中的钢管支 架内填充混凝土， 使得钢管支架成为给钢管混凝土结构， 钢管混凝土结构配合钢管支架上 的波纹板， 形成强有力的支撑结构。 支撑结构与初期支护连接， 从而增强了支护结构的支撑 能力。 特征可以相互组合。 0021 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明， 但本发明还可以采 用其他不同于在此描述的方式来实施； 显然， 说明书中的实施例只是本发明的一部分实施 例， 而不是全部的实施例。 0022 需要说明的是， 在本发明中， 纵向指的是隧道延伸的方向。 0023 如图3所。

12、示， 本发明提供了一种隧道结构的建造方法， 其包括： 步骤一， 连接两个主 撑架3且在两个主撑架3的顶部安装第一波纹板5， 以制成预制支架， 其中主撑架3为拱形钢 管； 步骤二， 对围岩开挖以形成第一台阶和第二台阶， 第一台阶高于第二台阶； 步骤三， 将预 制支架安装到第一台阶， 并将预制支架固定至围岩； 步骤四， 将多块第一波纹板5安装至两 个主撑架3； 步骤五， 开挖第一台阶， 以使第一台阶的高度降低； 步骤六， 在主撑架3的两端分 别安装一个第一支腿段7以支撑主撑架3， 并将多块第二波纹板6安装至纵向相邻的两个第 一支腿段7， 其中第一支腿段7与主撑架3连通； 步骤七， 向第一支腿段7和。

13、主撑架3中注入混 凝土； 步骤八， 在第一支腿段7、 主撑架3、 第一波纹板5和第二波纹板6上设置初期支护； 步骤 九， 在初期支护上设置二次衬砌。 0024 在本实施例的步骤一中， 可以通过多个连接管13使两个主撑架3连接。 连接管13可 以通过螺栓与主撑架3连接， 也可以直接焊接到主撑架3上。 当预制支架安装至第一台阶， 主 撑架3顶部的第一波纹板5支撑围岩， 可以对施工人员实现初步的保护， 也避免了在隧道内 安装主撑架3顶部的第一波纹板5时可能带来的安全风险。 0025 在本实施例的步骤二中， 也可以在第二台阶上安装预制支架， 并且用第一支腿段7 支撑主撑架3。 主撑架3和第一支腿段7可。

14、以对第二台阶处的围岩进行支撑。 需要说明的是， 正如本领域技术人员所熟知的， 第一台阶和第二台阶可以通过钻爆法或者其他方式开挖。 0026 在本实施例的步骤三中， 将预制支架固定至围岩， 可以防止在开挖第一台阶时造 成预制支架不稳定。 0027 在本实施例的步骤四中， 安装至两个主撑架3的多块第一波纹板5既可以支撑围 岩， 也可以为施工人员的施工作业提供防护。 0028 在本实施例的步骤五和六中， 安装第一支腿段7可以保证主撑架3的稳定， 第二波 说明书 2/5 页 4 CN 111779508 A 4 纹板6可以支撑第一支腿段7旁侧的围岩。 第一支腿段7为管状且与主撑架3连通。 第一支腿 段。

15、7可以与主撑架3焊接。 需要说明的是， 第一波纹板5和第二波纹板6可以是相同结构的波 纹板。 0029 在本实施例的步骤七中， 第一支腿段7和主撑架3可以连接成为钢管支架2， 向第一 支腿段7和主撑架3中注入混凝土使钢管支架2形成钢管混凝土结构， 钢管混凝土结构配合 波纹板， 强化了对围岩的支撑能力。 0030 在本实施例的步骤八和九中， 初期支护的混凝土层可以与波纹板和钢管支架2结 合， 从而增强对围岩的支撑能力。 0031 在本实施例中， 通过将主撑架3和第一支腿段7连接为钢管支架2， 并且向钢管支架 2中注入混凝土， 钢管支架2形成为钢管混凝土。 钢管混凝土与波纹板连接成加强型的支撑 结。

16、构1， 该支撑结构1与初期支护连接， 从而加强了支护结构对围岩的支撑能力。 0032 根据本发明的一个实施例， 安装第一支腿段7包括： (1)将一个第一套管8套接至主 撑架3的端部； (2)将第一支腿段7设置在主撑架3的端部的下方； (3)(下移第一套管8)将第 一套管8套接至第一支腿段7的顶部； (4)将主撑架3和第一支腿段7分别与第一套管8焊接。 0033 在本实施例中， 通过对第一台阶开挖以降低第一台阶的高度， 但是开挖完之后的 底面并不规则。 而隧道内空间有限， 不利于第一支腿段7的现场制作， 所以第一支腿段7通常 是预制构件， 并且第一支腿段7的长度是固定的。 为使第一支腿段7安装方。

17、便， 第一支腿段7 的长度需要稍小于主撑架3的端部与第一台阶底面之间的间距。 但是当第一支腿段7安装至 第一台阶的底面时， 第一支腿段7与主撑架3的端部之间存在间隙而无法连接， 因此将第一 套管8作为二者的连接件， 即可以用来弥补主撑架3的端部与第一支腿段7之间的间隙， 还可 以强化第一支腿段7与主撑架3之间的连接， 防止二者的连接部位发生断裂。 而且采用第一 套管8连接还可以加快施工进度。 0034 在本实施例中， 将第一支腿段7安装完毕之后， 还可以通过多个连接管13将纵向相 邻的两个第一支腿段7连接， 从而加固第一支腿段7和方便波纹板安装。 0035 根据本发明的一个实施例， 第一支腿段。

18、7上环形的设有第一限位凸起9， 第一套管8 位于第一限位凸起9上。 0036 在本实施例中， 在安装第一支腿段7时， 下移第一套管8并使第一套管8位于第一限 位凸起9上。 第一限位凸起9可以限制第一套管8继续沿第一支腿段7向下滑动， 方便施工人 员焊接。 另外在安装第一支腿段7时， 即使主撑架3因地质原因发生下坠， 第一套管8会套接 在第一支腿段7且被第一限位凸起9支撑(即第一套管8不会下移)， 所以第一套管8形成为主 撑架3下移的轨道。 主撑架3会沿着第一套筒向下移动， 并在第一套筒内与第一支腿段7接 触。 此时第一支腿段7可以稳定支撑主撑架3， 并且第一套管8为限制主撑架3与第一支腿段7 。

19、之间发生相对错动， 从而保证主撑架3始终处于较为稳定的状态， 避免了主撑架3在与第一 支腿段7的连接部位发生垮塌， 更加保证了施工人员的安全。 0037 根据本发明的一个实施例， 向第一支腿段7和主撑架3中注入混凝土之前还包括： (1)继续开挖第一台阶， 以使第一台阶的高度继续降低； (2)将一个第二套管11套接至第二 支腿段10的底部； (3)将第二支腿段10设置在第二支腿段10的底部的下方； (4)将第二套管 11套接至第二支腿段10的顶部； 将第二支腿段10和第一支腿段7分别与第二套管11焊接。 0038 在本实施中， 根据围岩等级的不同， 隧道内可以形成三级台阶， 即第一台阶、 第二 。

20、说明书 3/5 页 5 CN 111779508 A 5 台阶和第三台阶， 高度依次降低。 继续开挖第一台阶， 将第一台阶的高度降低到与第三台阶 的高度相同， 此时可以安装第二支腿段10。 第二支腿段10可以支撑第一支腿段7和主撑架3。 第二支腿段10与第一支腿段7可以是相同的结构， 即均为管状， 以方便注入混凝土。 0039 在本实施例中， 将第二支腿段10安装完毕之后， 还可以通过多个连接管13将纵向 相邻的两个第二支腿段10连接， 从而加固第二支腿段10和方便波纹板安装。 0040 根据本发明的一个实施例， 第二支腿段10上环形的设有第二限位凸起12， 第二套 管11位于第二限位凸起12。

21、上。 0041 在本实施例中， 第二套管11的作用与第一套管8的作用相同， 第二限位凸起12的作 用与第一套管8的作用相同， 所以第二套管11和第二限位凸起12的使用方法和有益效果不 再赘述。 0042 在本实施例中， 第一套管8、 第一支腿段7、 第二套管11和第二支腿段10构成了支腿 结构4， 支腿结构4对主撑架3进行支撑和固定。 支腿结构4与主撑架3连接构成了钢管支架2， 并且在钢管支架2中注入混凝土， 使得钢管支架2形成钢管混凝土结构。 当然， 当只有二级台 阶时， 支腿结构4可以不设置第二套管11和第二支腿。 0043 根据本发明的一个实施例， 当第二支腿段10全部安装完毕， 将多块。

22、第二波纹板6安 装至纵向相邻的两个第二支腿段10， 其中第二支腿段10与第一支腿段7连通。 在本实施例 中， 第二波纹板6和第二支腿段10配合， 可以对第二支腿段10外侧的围岩进行支撑。 0044 根据本发明的一个实施例， 向第一支腿段7和主撑架3中注入混凝土期间， 还向第 二支腿段10注入混凝土。 在本实施例中， 第二支腿段10可以形成钢管混凝土结构， 从而增强 承载能力。 0045 如图1至图2所示， 本发明还提供了一种隧道结构， 其包括支撑结构1、 初期支护和 二次衬砌。 支撑结构1连接于隧道壁。 支撑结构1包括两个钢管支架2， 两个钢管支架2沿隧道 纵向分布， 钢管支架2内填充有混凝土。

23、(混凝土的强度可以大于C50， 以增强支撑能力)。 钢管 支架2包括主撑架3和两个支腿结构4， 主撑架3为拱形， 两个支腿结构4分别连接于主撑架3 的两端以支撑主撑架3。 两个主撑架3之间设有多个第一波纹板5， 第一波纹板5与主撑架3可 拆卸的连接。 每纵向相邻的两个支腿结构4之间设有多个第二波纹板6， 第二波纹板6与支腿 结构4可拆卸的连接。 初期支护位于二次衬砌和支撑结构1之间， 钢管支架2与初期支护固定 连接。 0046 在本实施例中， 钢管支架2内填充混凝土， 使得钢管支架2成为给钢管混凝土结构， 钢管混凝土结构配合钢管支架2上的波纹板， 形成强有力的支撑结构1。 支撑结构1与初期支 。

24、护连接， 从而增强了支护结构的支撑能力。 0047 在本发明的一个实施例中， 支腿结构4与主撑架3固定连接。 在本实施例中， 固定连 接(例如焊接)可以避免支腿结构4与主撑架3之间断裂。 0048 在本发明的一个实施例中， 支腿结构4包括第一支腿段7， 第一支腿段7的顶部与主 撑架3的端部通过第一套管8连接， 第一支腿段7上环形的设有第一限位凸起9， 第一限位凸 起9位于第一套管8下方。 0049 在本实施例中， 即使由于地质原因或者施工原因， 第一支腿段7的顶部和/或主撑 架3的端部与第一套管8的连接断裂， 第一套管8仍然可以位于第一限位凸起9上， 所以第一 支腿段7和主撑架3仍然可以通过第。

25、一套管8连接。 而且由于第一套管8至少部分埋入到初期 说明书 4/5 页 6 CN 111779508 A 6 支护的混凝土中， 第一套管8被牢牢固定， 所以第一支腿段7和主撑架3之间的连接不会断 开。 另外第一套管8有助于快速安装第一支腿段7和维护主撑架3的稳定， 本实施例不再赘 述。 0050 在本发明的一个实施例中， 支腿结构4还可以包括第二支腿段10， 第二支腿段10的 顶部通过第二套管11与第一支腿段7的底部连接， 第二支腿段10上环形的设有第二限位凸 起12， 第二限位凸起12位于第二套管11的下方。 在本实施例中， 第二支腿段10和与第一支腿 段7类似， 第二套管11和第一套管8。

26、类似， 本实施例对二者的结构和功能不再赘述。 0051 在本发明的一个实施例中， 第一波纹板5与主撑架3螺栓连接， 第二波纹板6与支腿 结构4螺栓连接。 例如， 主撑架3上可以设置多个耳板， 第一波纹板5螺纹连接至耳板， 从而安 装至主撑架3； 支腿结构4上可以设置多个耳板， 第二波纹板6螺纹连接至耳板， 从而安装至 支腿结构4。 在本实施例中， 第一波纹板5和第二波纹板6可以是相同的波纹板。 0052 在本发明的一个实施例中， 两个钢管支架2通过多个连接管13连接， 既可以加固钢 管支架2， 也方便安装波纹板。 0053 需要说明的是， 虽然图中示出了主撑架3的两端、 第一支腿段7和第二支腿。

27、段10为 笔直的结构， 但是对此并不做限制， 即钢管支架2的形状可以根据隧道的轮廓进行适应性的 修改， 例如主撑架3的两端、 第一支腿段7和第二支腿段10设为圆弧状。 而且为将支撑结构1 的结构清楚示出， 图中只示出了部分波纹板。 0054 需要说明的是， 在本文中， 诸如 “第一” 和 “第二” 等之类的关系术语仅仅用来将一 个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来， 而不一定要求或者暗示这些实体或操作之 间存在任何这种实际的关系或者顺序。 而且， 术语 “包括” 、“包含” 或者其任何其他变体意在 涵盖非排他性的包含， 从而使得包括一系列要素的过程、 方法、 物品或者设备不仅包括那些 要素。

28、， 而且还包括没有明确列出的其他要素， 或者是还包括为这种过程、 方法、 物品或者设 备所固有的要素。 在没有更多限制的情况下， 由语句 “包括一个” 限定的要素， 并不排除 在包括所述要素的过程、 方法、 物品或者设备中还存在另外的相同要素。 0055 以上所述仅是本发明的具体实施方式， 使本领域技术人员能够理解或实现本发 明。 对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所述的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说明书 5/5 页 7 CN 111779508 A 7 图1 说明书附图 1/3 页 8 CN 111779508 A 8 图2 说明书附图 2/3 页 9 CN 111779508 A 9 图3 说明书附图 3/3 页 10 CN 111779508 A 10 。