CN104790981A - 一种加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构及方法，包括多个拱架，所述拱架远离围岩一侧沿拱架的环向设有由钢丝组成的网壳结构，所述网壳结构的截面形状与拱架的截面形状相同；所述网壳结构上设有混凝土喷层；拱架间距是网壳结构的网格间距的5-10倍。本发明布置以钢丝为径骨，大大增强了拱架喷层的抗变形能力，抗变形能力强，对拱架喷层的局部形变，破碎特性有着显著地改善效果，避免喷层脱落，避免在不均匀的叠加压力作用下，拱架遭到反复破坏。本发明结构设计合理，承载力高，整体性强，而且由于具有一定的支撑能力，在喷层施工时更加方便。

Description

一种加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构及方法

技术领域

本发明涉及一种加强约束混凝土拱架喷层的粘附性能及抗拉伸性能的方法，属于地下空间领域硐室约束混凝土拱架喷层支护体系。

背景技术

近年来，随着地下空间工程事业的蓬勃发展，地下硐室所处的地质条件越来越复杂，硐室规模也越来越大，围岩的稳定性显得愈发重要，地下硐室失稳破坏形式受地质岩性，岩体结构，地质条件，地应力及外水压力等多种因素的综合影响，会产生多种破坏模式，其破坏过程基本可以总结为：荷载作用→围岩变形→衬砌变形→应力集中→结构破坏过程。

为了适应愈发复杂，苛刻的地下条件，约束混凝土拱架的应用也越来越广。为了进一步稳固围岩的形态，最大化的利用围岩的自承能力，保持地下空间结构的稳定，出现了拱架喷层工艺。其作用如下：

(1)支撑拱架：喷层与拱架密贴和粘贴，并与围岩表面以抗力和剪力，从而是围岩处于三向受力的有力状态，防止拱架强度恶化。

(2)“卸载”作用：喷层属柔性，能有控制地使拱架在不出现失稳变形地前提下，进行一定程度地变形，从而使拱架“卸载”，同时喷层中地弯曲应力减小，有利于混凝土承载力地发挥。

(3)覆盖拱架表面：喷层直接粘贴拱架表面，形成风化和止水地保护层。

(4)分配外力：通过喷层把外力传给锚杆、钢拱架等，使支护结构受力均匀分担。

然而，由于混凝土喷层没有足够的抗拉伸能力，在长时间复杂的受力条件下，容易破碎，产生脱落。因此，相关的安全性问题不容忽视，而单单依靠喷层自身的结构性能是不够的。并且，喷层与约束混凝土拱架的衔接仅靠它们之间的摩擦力也显然不能满足要求。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种加强约束混凝土拱架喷层与拱架间连接性能的方法，该方法能够弱化甚至消除地下空间工程中拱架喷层易开裂，易脱落等特性，有效防治混凝土喷层的剪切破坏，保障拱架长期稳定。本发明具有能有效减小拱架结构受力，改善结构应力分布、提高结构稳定性等优点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构，包括多个拱架，所述拱架远离围岩一侧沿拱架的环向设有由钢丝组成的网壳结构，所述网壳结构的截面形状与拱架的截面形状相同；所述网壳结构上设有混凝土喷层；所述网壳结构的网格间距取决于拱架间距，拱架间距是网壳结构的网格间距的5-10倍。

进一步的，所述拱架在远离围岩一侧沿拱架的环向布设有钢筋。

所述网壳结构边缘预留钢丝，与拱架上的钢筋相连接，具体连接方法为将网壳结构边缘预留的钢丝扣接至拱架上的钢筋上，并焊接，起到支撑，粘附的作用

进一步的，若在地质较差部位，所述拱架拱底也布设网壳结构。

所述网壳结构的钢丝直径为2-5mm，围合成的方孔尺寸为8-12mm*8-12mm，以满足基本使用要求。

一种加强混凝土喷层与拱架间连接性能的方法，包括以下步骤：

步骤1：将钢丝交叉缠绕形成网壳结构，作为混凝土喷层的内部骨架，增强喷层的整体性，提高喷层的拉伸性，使受力均匀，提高结构稳定性；

步骤2：将网壳结构边缘预留钢丝扣接至拱架上的钢筋，使其具有一定的承载能力，提高混凝土喷层与拱架间的整体性；

步骤3：在拱架远离围岩一侧铺设混凝土喷层，充满拱架与钢丝网壳构成的整体结构。

优选的，所述网壳结构按拱架断面分为三片：一片拱架顶部网壳和两片拱架侧壁网壳。

所述网壳结构与拱架的连接形式为：将网壳结构边缘预留的钢丝扣接至拱架上的钢筋上，并焊接，起到支撑，粘附的作用；以钢丝网作为网壳支架，此种支架结构具有很强的拉伸性，用钢量较少，柔性好，韧性好，随混凝土喷层形变而变动，维护喷层内部结构稳定、平衡，具有良好的韧性。并在喷层起始破碎后起到支撑，连接的作用，有效的阻止喷层的进一步破裂，脱落。

本发明的有益效果为：

本发明布置以钢丝为径骨，大大增强了拱架喷层的抗变形能力，具有良好的伸缩性，改善了混凝土喷层的破碎力学性能，且造价较为低廉，抗变形能力强，对拱架喷层的局部形变，破碎特性有着显著地改善效果，避免喷层脱落，避免在不均匀的叠加压力作用下，拱架遭到反复破坏。既有刚性结构的优点，又可以承受强大的变形，松动。与此同时，可对喷层进行二次喷层加工，施工便利，提高安全系数。本发明结构设计合理，承载力高，整体性强，而且由于具有一定的支撑能力，在喷层施工时更加方便。

附图说明

图1为本发明钢丝网的平面结构示意图；

图2为本发明拱架与钢丝网配合的结构示意图；

图中，1为拱架，2为钢筋，3为网壳结构，4为混凝土喷层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，网壳结构构造规格采用3.0#*10*10，表示钢丝直径为3mm，围合成的方孔为10mm*10mm规格的钢丝网。

如图2所示，加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构，包括多个拱架1，拱架1内侧沿拱架1的环向设有由钢丝组成的网壳结构3，网壳结构3的截面形状与拱架1的截面形状相同；网壳结构3上设有混凝土喷层4；网壳结构3的网格间距小于拱架1之间的间距。拱架1内侧沿拱架1的环向布设有钢筋2。网壳结构3外侧预留钢丝，与拱架1内侧的钢筋2相连接。若在地质较差部位，拱架1拱底也布设网壳结构3。网壳结构的网格间距取决于拱架间距，主要关系为拱架间距是网壳结构的网格间距的5-10倍。

加强混凝土喷层与拱架间连接性能的方法，具体步骤为：

首先，将钢丝经过交叉缠绕并焊接形成孔径为10mm*10mm的网状结构；其次，将钢丝网上的边缘钢丝扣接至拱架上的钢筋上，并焊接，起到支撑，粘附的作用；最后，可铺设拱架内部混凝土层。

其中，钢丝网与拱架的连接形式为，将钢丝网上的边缘钢丝扣接至拱架上的钢筋上，并焊接，网状钢丝结构的面积大小及形状根据拱架形状、大小的不同可以有所变动，一般孔洞为密集的正方形序列。钢丝网距拱架的距离根据混凝土喷层的不同厚度来确定。从而使得拱架与喷层间的连接性能得到大幅度提升并增强混凝土喷层的抗拉性，有效的卸去部分外力，使得内部结构受力均匀，提高结构稳定性。

以约束混凝土拱架中的U型拱架为例，网壳分为一片拱网壳和两片侧网壳，由三片部分网壳拼装而成。将钢丝网罩在拱架的内侧，通过边缘的钢丝线扣结至拱架内侧的钢筋的方法来固定钢丝网壳。然后喷层。

相比钢筋，钢丝网拥有便携，形状可塑，可让压等特点，使得地下空间工程中的拱架喷层更加牢固，耐用，不易脱落且施工方便。这样不仅解决了拱架喷层易脱落的问题，还增强了喷层的抗拉性，增加喷层破碎难度，具有良好的经济效益和社会效益。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构，其特征是，包括多个拱架，所述拱架远离围岩一侧沿拱架的环向设有由钢丝组成的网壳结构，所述网壳结构的截面形状与拱架的截面形状相同；所述网壳结构上设有混凝土喷层；拱架间距是网壳结构的网格间距的5-10倍。

2.如权利要求1所述的加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构，其特征是，所述拱架在远离围岩一侧沿拱架的环向布设有钢筋。

3.如权利要求1所述的加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构，其特征是，所述网壳结构边缘预留钢丝，与拱架上的钢筋相连接。

4.如权利要求1所述的加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构，其特征是，所述拱架拱底也布设网壳结构。

5.如权利要求3所述的加强混凝土喷层与拱架间连接性能的结构，其特征是，所述网壳结构的钢丝直径为2-5mm，围合成的方孔尺寸为8-12mm*8-12mm。

6.一种加强混凝土喷层与拱架间连接性能的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1：将钢丝交叉缠绕形成网壳结构，作为混凝土喷层的内部骨架，增强喷层的整体性，提高喷层的拉伸性，使受力均匀，提高结构稳定性；

步骤2：将网壳结构边缘预留钢丝与拱架上的钢筋连接，使其具有一定的承载能力，提高混凝土喷层与拱架间的整体性；

步骤3：在拱架远离围岩一侧铺设混凝土喷层，充满拱架与钢丝网壳构成的整体结构。

7.如权利要求6所述的加强混凝土喷层与拱架间连接性能的方法，其特征是，所述网壳结构按拱架断面分为三片：一片拱架顶部网壳和两片拱架侧壁网壳。

8.如权利要求6所述的加强混凝土喷层与拱架间连接性能的方法，其特征是，所述步骤2具体步骤为：将网壳结构边缘预留钢丝扣接至拱架上的钢筋，并焊接。