专利摘要

本发明公开一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构及施工方法，包括一衬和二衬，所述一衬和二衬之间还设有流质充填层；本发明还公开上述流质充填衬砌支护结构的施工方法；本发明能充分削弱隧道外部受到的爆破扰动，维持隧道结构的稳定。

权利要求

1.一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构，包括一衬（1）和二衬（2），其特征在于：所述一衬（1）和二衬（2）之间还设有流质充填层（3）；所述流质充填层（3）内充填有砂（3.1）、陶粒（3.2）和胶囊（3.3）；其中部分陶粒（3.2）吸附有尿素细菌，部分陶粒（3.2）吸附有氯化钙，部分陶粒（3.2）吸附有尿素，胶囊（3.3）内充有尿素细菌的液体培养基；所述陶粒（3.2）外表面还包裹有土工膜，流质充填层（3）数量为多个，每个流质充填层（3）外表面设有包裹物（3.4），包裹物（3.4）外侧设有连接件（3.5）。

2.根据权利要求1所述的一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构，其特征在于：所述一衬（1）包括混凝土和金属锚杆，所述二衬（2）包括拱形钢架。

3.根据权利要求1所述的一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构，其特征在于：所述一衬（1）表面与流质充填层（3）表面之间、二衬（2）表面与流质充填层（3）表面之间均贴有应变片（4）。

4.一种权利要求1至3任一项所述流质充填衬砌支护结构的施工方法，其特征在于：它包括如下步骤：

S1：根据工程实际需要，对隧道进行开挖，开挖完成后布设一衬（1）；

S2：将每个流质充填层（3）填充砂（3.1）、陶粒（3.2）和胶囊（3.3）后，用包裹物（3.4）包裹，然后对多个流质充填层（3）进行拼接组装；

S3：安装完成后布设二衬（2），并设置应变片（4），后期测量衬砌压力及变形程度。

说明书

技术领域

本发明涉及衬砌支护结构改造技术领域，具体地指一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构及施工方法。

背景技术

随着国民经济飞速发展，国家工程建设的安全性显得愈发重要。例如工程隧洞、工程巷道、采矿岩洞支护等在施工过程中的安全性，工程的防护强度及竣工后工程的维护，这些问题会耗费大量的人力物力。

目前已有的发明流质充填衬砌，所包裹的流质由气、液、细砂组成，从初始状态开始便始终维持流质状态，虽然能大幅度降低隧道发生的局部扰动，但是在受到类似爆破的瞬时大强度大幅度扰动时，难以维持稳定性，爆破产生的扰动经过流质的削弱后，一部分仍会传导进内部破坏二衬结构，最终造成衬砌结构破坏甚至是围岩坍塌，因此，亟待设计一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构及施工方法，来确保衬砌结构的稳定及安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构及施工方法，充分削弱隧道外部受到的爆破扰动，维持隧道结构的稳定。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构，包括一衬和二衬，所述一衬和二衬之间还设有流质充填层。

优选地，所述一衬包括混凝土和金属锚杆，所述二衬包括拱形钢架。

优选地，所述一衬表面与流质充填层表面之间、二衬表面与流质充填层表面之间均贴有应变片。

优选地，所述流质充填层内充填有砂、陶粒和胶囊。

更为优选地，其中部分陶粒吸附有尿素细菌，部分陶粒吸附有氯化钙，部分陶粒吸附有尿素，胶囊内充有尿素细菌的液体培养基。

更为优选地，部分陶粒吸附有氯化钙，部分陶粒吸附有尿素，胶囊内充有水。

更为优选地，所述陶粒吸附有环氧树脂，胶囊内充有固化剂。

更为优选地，所述陶粒外表面还包裹有土工膜，流质充填层数量为多个，每个流质充填层外表面设有包裹物，包裹物外侧设有连接件。

另外，本发明还公开上述流质充填衬砌支护结构的施工方法，它包括如下步骤：

S1：根据工程实际需要，对隧道进行开挖，开挖完成后布设一衬；

S2：将每个流质充填层填充砂、陶粒和胶囊后，用包裹物包裹，然后对多个流质充填层进行拼接组装；

S3：安装完成后布设二衬，并设置应变片，后期测量衬砌压力及变形程度。

本发明的有益效果：本发明的衬砌支护结构中的流质充填层具备一定的韧性，这是由于砂及胶囊具备一定的缓冲能力，在衬砌支护结构受到外力冲击时，流质充填层首先可起到一定的缓冲作用，当外力冲击较大使得流质充填层的陶粒和胶囊发生破碎时，流质充填层内充填的砂、陶粒和胶囊能够在之后又互相粘结在一起，这样最终使得流质充填层形成一块具备韧性的硬块，因此流质充填层起到一定的消减冲击力作用，同时在消减冲击力作用后，又能够形成一块具备韧性的硬块，类似自我修复的功能，使隧道保持稳定，大大延长了隧道的使用寿命，使得冲击力破坏的影响得到大幅度降低，其充分削弱了隧道外部受到的爆破扰动。

附图说明

图1一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构的结构示意图；

图2为流质充填层的结构示意图；

图3为模型试验设备结构示意图；

图4为流质充填层位移量与压强关系图；

图中，一衬1、二衬2、流质充填层3、砂3.1、陶粒3.2、胶囊3.3、包裹物3.4、连接件3.5、应变片4、压力侧限盒5、盖板6、千斤顶7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1和2所示，一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构，包括一衬1和二衬2，所述一衬1和二衬2之间还设有流质充填层3。

优选地，所述一衬1包括混凝土和金属锚杆，所述二衬2包括拱形钢架。

优选地，所述一衬1表面与流质充填层3表面之间、二衬2表面与流质充填层3表面之间均贴有应变片4。

优选地，所述流质充填层3内充填有砂3.1、陶粒3.2和胶囊3.3。流质充填层3的具体组成有以下三种实施方式：

实施例1：其中部分陶粒3.2吸附有尿素细菌，部分陶粒3.2吸附有氯化钙，部分陶粒3.2吸附有尿素，胶囊3.3内充有尿素细菌的液体培养基。在本实施例1中，尿素细菌生存于土壤、厩肥及污水中，是好氧性或兼厌氧性的细菌，在强碱性培养基中生长良好，最低的PH值是7，其能利用铵盐或尿素作为氮源，利用各种有机物（单糖、双糖、淀粉、有机酸等）为碳源和能源，尿素细菌很容易获得，成本较低，当陶粒3.2及胶囊3.3受挤压破碎时，其内的尿素细菌、氯化钙、尿素及液体培养基互相混合在一起，尿素细菌内存在的脲酶可以将尿素分解成催化尿素水解为氨和二氧化碳，二氧化碳溶于水后生成CO₃^2-，并使环境的pH值升高，在CaCl₂中的Ca²⁺存在的情况下，CO₃^2-和 Ca²⁺生成的碳酸钙超过其在液体环境下的溶解度，从而析出碳酸钙晶体，使得砂3.1、陶粒3.2和胶囊3.3互相粘结在一起。

实施例2：部分陶粒3.2吸附有氯化钙，部分陶粒3.2吸附有尿素，胶囊3.3内充有水。当陶粒3.2及胶囊3.3受挤压破碎时，其内的氯化钙和尿素及水混合在一起，由于尿素溶于水后发生水解作用，也会产生CO₃^2-，并使环境的pH值升高，在 存在的情况下，CO₃^2-和 Ca²⁺生成的碳酸钙超过其在液体环境下的溶解度，从而析出碳酸钙晶体，使得砂3.1、陶粒3.2和胶囊3.3互相粘结在一起。

实施例3：所述陶粒3.2吸附有环氧树脂，胶囊3.3内充有固化剂。当陶粒3.2及胶囊3.3受挤压破碎时，环氧树脂和固化剂混合在一起，环氧树脂凝固，使得砂3.1、陶粒3.2和胶囊3.3互相粘结在一起。另外环氧树脂固化方便，选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化，适用范围广。

更为优选地，所述陶粒3.2外表面还包裹有土工膜，流质充填层3数量为多个，每个流质充填层3外表面设有包裹物3.4，包裹物3.4外侧设有连接件3.5。包裹物3.4可以选用丁基橡胶囊体结构或钢丝网状结构，其可将砂3.1、陶粒3.2和胶囊3.3包裹，流质充填层3设置成多个后，也方便施工安装过程，连接件3.5可以设置成套筒或套杆结构，方便对接插入，以实现相邻两个流质充填层3进行拼接组装。

另外优选地，胶囊3.3材质为高强度橡胶材质，这样可以增强整个流质充填层3的韧性。

另外，本发明还公开上述流质充填衬砌支护结构的施工方法，它包括如下步骤：

S1：根据工程实际需要，对隧道进行开挖，开挖完成后布设一衬1；

S2：将每个流质充填层3填充砂3.1、陶粒3.2和胶囊3.3后，用包裹物3.4包裹，然后对多个流质充填层3进行拼接组装；

S3：安装完成后布设二衬2，并设置应变片4，后期测量衬砌压力及变形程度。

本发明的衬砌支护结构中的流质充填层3具备一定的韧性，这是由于砂3.1及胶囊3.3具备一定的缓冲能力，在衬砌支护结构受到外力冲击时，流质充填层3首先可起到一定的缓冲作用，当外力冲击较大使得流质充填层3的陶粒3.2和胶囊3.3发生破碎时，流质充填层3内充填的砂3.1、陶粒3.2和胶囊3.3能够在之后又互相粘结在一起，粘结方式具体见上述实施例1-3，这样最终使得流质充填层3形成一块具备韧性的硬块，因此流质充填层3起到一定的消减冲击力作用，同时在消减冲击力作用后，又能够形成一块具备韧性的硬块，类似自我修复的功能，使隧道保持稳定，大大延长了隧道的使用寿命，使得冲击力破坏的影响得到大幅度降低。

为了验证使用本发明衬砌支护结构后的效果，本发明采用模型试验验证，设备如图3所示，其步骤如下：

第一步：将制备好的流质充填层3（按照实施例1或2或3制作的流质充填层3）放入压力侧限盒5中，并盖上盖板6；

第二步：利用千斤顶7对盖板6均匀施加荷载，加载方式为单次无循环加载，以5KN为一个单位值逐级加载；

第三步：记录每一级荷载级下的流质充填层3压缩量，直至流质充填层3内的陶粒3.2和胶囊3.3被完全压碎；

第四步：将制备好的空白流质充填层（其陶粒内没有吸附其他物质，胶囊内不填充物质）放入压力侧限盒5中，并盖上盖板6；

第五步：重复第二步和第三步。

试验如图4所示，从图中可以看出，按照本发明实施例制作的流质充填层3的整体位移量要远远小于空白流质充填层，说明本发明衬砌支护结构具有良好的抗冲击效果。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

一种抗冲击的流质充填衬砌支护结构及施工方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。