CN105781593A - 一种钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，包括竖直段和拱形段，所述拱形段为圆弧状结构，其两端部对称连接竖直段，所述竖直段及拱形段均为钢格栅单元的结构，所述钢格栅单元包括四条主筋和多个箍筋，所述箍筋水平间隔均匀设置，每个箍筋内的四边角处焊接主筋。本发明采用四根主筋和多个箍筋组成一个整体的钢格栅单元形成一个拱架。本结构有效的解决了围岩局部破碎带临时支护的难题，降低了施工成本，消除了因围岩破碎而带来的一系列的安全隐患。本发明结构简单、设计科学合理、制作工艺简单、有效提高了施工效率、降低了施工成本，具有广泛推广应用的价值。
Description
技术领域
本发明属于隧洞支护领域，尤其是一种钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构及方法。
背景技术
随着人口增长和经济的发展,水资源供求不平衡问题成为影响人类21世纪生存与可持续发展的一个重要因素。长距离引水作为调节区域水资源时空分布不均、实现水资源合理配置的重要举措，是长期发展的趋势。很多引水项目因线路无法避让山体而迫不得已“凿山引水”，受引水工程自身特点的影响，长距离、小断面隧洞的出现不可避免,在施工过程中，不可避免的会出现隧洞局部围岩破碎，需要加强临时支护措施。
经检索，发现一篇与本专利申请相近似的中国专利公开文献，名称：一种用于隧洞初期支护的加长式钢拱架结构，公告号：203856483U，该专利包括安装在隧洞上半洞的钢拱架，所述钢拱架包括起拱线上方的半圆弧部分、起拱线下方两端钢拱架加长段和两个拱脚，所述两个拱脚安装在其下方的混凝土垫块上，所述混凝土垫块埋于隧洞下台阶的凹坑内，凹坑内浇筑低标号混凝土固定拱脚。
通过对比发现，上述专利公开文献使用钢拱架的支撑结构，这种结构不仅浪费大量的钢材，而且制作工艺复杂，提高了施工成本、降低施工效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本低、便于施工的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构及方法。
本发明的方案是这样实现的：
一种钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，包括竖直段和拱形段，所述拱形段为圆弧状结构，其两端部对称连接竖直段，所述竖直段及拱形段均为钢格栅单元的结构，所述钢格栅单元包括四条主筋和多个箍筋，所述箍筋水平间隔均匀设置，每个箍筋内的四边角处焊接主筋。
而且，所述拱形段与两个竖直段之间通过连接钢板固装在一起。
而且，相邻两个箍筋之间的间距为200毫米。
而且，所述拱形段由两个半弧形单元组成，两个半弧形单元之间同样通过连接钢板固装在一起。
而且，所述箍筋边长为100mm的矩形结构，所述主筋直径为22毫米的螺纹钢，箍筋的直径为10毫米。
而且，所述连接钢板为一个边长140毫米的矩形结构，其四边角处制有螺栓孔，每个螺栓孔里侧的连接钢板上焊接主筋。
而且，所述钢格栅单元的纵向间距为1.5米。
一种钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构的施工方法包括如下步骤：
步骤一、在隧洞内的破碎岩层初喷混凝土，混凝土为C20，初喷的厚度为1.5厘米；
步骤二、在隧洞外完成钢格栅单元的制作
(1)钢筋下料；
(2)将主筋弯成规定的弧度，箍筋加工成型，将箍筋焊于主筋之上，再焊成格栅单片，形成拱形段；
将主筋拉直，箍筋加工成型，将箍筋焊于主筋之上，再焊成格栅单片，形成竖直段；
(3)将连接钢板焊接在半弧形单元及竖直段的主筋端部，并检查尺寸是否合格；
步骤三、隧洞内放出钢格栅单元的架立位置，在隧洞内对钢格栅单元进行拼装
首先架设两个竖直段的钢格栅单元，然后再架设拱形段的钢格栅单元，各个段的钢格栅单元的连接部位通过连接钢板及螺栓锁紧；
步骤四、施做锚杆，挂钢筋网，并将钢格栅单元与锚杆网片焊接，钢格栅单元之间焊接连接钢筋；
步骤五、复喷混凝土，至设计厚度15厘米。
而且，所述步骤二中，截取的钢筋材料，将主筋、箍筋按照设计尺寸，用冷弯机将钢筋弯曲到设计的角度，钢格栅单元的拱形段中，主筋全部弯成圆心角90度圆弧；
在硬化地面上，将箍筋按照设计间距排好，并将主筋穿过箍筋，依次与箍筋进行焊接，但不允许焊的太深，避免烧伤主筋。
而且，所述步骤四中，按照设计要求，在拱形段顶部的位置布置直径20毫米的砂浆锚杆，长度2m，梅花形布置，纵向间距1m，在拱形段顶部以60度圆心角布置，钢筋网片在锚杆施做完成后开始施工，采用直径6.5间距200×200的圆钢，搭接长度不小于20cm，钢架之间采用直径22的钢筋进行焊接，环向间距1m，全部施工完成后，进行复喷作业，先喷射钢格栅单元与岩层接触面，喷射饱满后，再喷射拱架之间，直至喷射到设计厚度。
本发明的优点和积极效果是：
本发明采用四根主筋和多个箍筋组成一个整体的钢格栅单元，即形成一个拱架。该拱架包括竖直段和拱形段，两个段之间采用连接钢板固装在一起，并与锚杆、钢筋网片焊接，再喷射混凝土。本结构有效的解决了围岩局部破碎带临时支护的难题，降低了施工成本，消除了因围岩破碎而带来的一系列的安全隐患。本发明结构简单、设计科学合理、制作工艺简单、有效提高了施工效率、降低了施工成本，支护牢固，具有广泛推广应用的价值。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的钢格栅结构示意图；
图3是图2中的C-C向剖视图；
图4是图1中的连接钢板结构图；
图5是图1中拱形段与竖直段的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述。
一种钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，如图1所示，包括竖直段3和拱形段1，所述拱形段为圆弧状结构，其两端部对称连接竖直段，从而形成隧洞的支护结构。所述拱形段与两个竖直段之间通过连接钢板2固装在一起。为了便于施工，所述拱形段由两个半弧形单元组成，两个半弧形单元之间(即拱形段的顶部)同样通过连接钢板固装在一起。为了便于制作，所述竖直段及拱形段均为钢格栅单元的结构，如图2所示，所述钢格栅单元包括四条主筋4和多个箍筋5，所述箍筋水平间隔均匀设置，每个箍筋内的四边角处焊接主筋，相邻两个箍筋之间的间距A为200mm。
本实施例中，所述箍筋边长B为100mm的矩形结构，如图3所示，所述主筋的直径为22mm，箍筋的直径为10mm。
所述连接钢板的结构如图4、图5所示，该连接钢板为一个边长140mm的矩形结构板，其四边角处制有螺栓孔2A，每个螺栓孔里侧的连接钢板上焊接主筋。
所述钢格栅单元的纵向间距1.5m。
一种钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、在隧洞内的破碎岩层初喷混凝土，混凝土为C20，初喷的厚度为1.5cm；
步骤二、在隧洞外完成钢格栅单元的制作
(1)钢筋下料；
(2)将主筋弯成规定的弧度，箍筋加工成型，将箍筋焊于主筋之上，再焊成格栅单片，形成拱形段的半弧形单元；
将主筋拉直，箍筋加工成型，将箍筋焊于主筋之上，再焊成格栅单片，形成竖直段；
(3)将连接钢板焊接在半弧形单元及竖直段的主筋端部，并检查尺寸是否合格；
步骤三、隧洞内放出钢格栅单元的架立位置，在隧洞内对钢格栅单元进行拼装
首先架设两个竖直段的钢格栅单元，然后再架设拱形段的钢格栅单元，各个段的钢格栅单元端部通过连接钢板及螺栓连接在一起；
步骤四、施做锚杆，挂钢筋网，并将钢格栅单元与锚杆网片焊接，钢格栅单元之间焊接连接钢筋；
步骤五、复喷混凝土，至设计厚度15cm。
在步骤二中，钢筋下料，按照设计图尺寸，将各种材料截取设计长度。
其中对于钢格栅单元的拱形段，主筋外弧长度2.59米，主筋內弧长度2.43米，采用直径22的螺纹钢作为主筋制作；
钢格栅单元的竖直段，主筋长度1.8米，箍筋总长度0.53米、搭接长度5cm、直径10cm的圆钢，尺寸100×100双肢箍。
截取的钢筋材料，将主筋，箍筋，桁架筋按照设计尺寸，用冷弯机将钢筋弯曲到设计的角度。钢格栅单元的拱形段中，主筋全部弯成圆心角90度圆弧。
在硬化地面上，将箍筋按照设计间距排好，间距20cm，并将主筋穿过箍筋，依次与箍筋进行焊接，但不允许焊的太深，避免烧伤主筋。
连接钢板的加工：截取140×140的10mm厚的钢板，将钢板按照设计位置钻螺栓孔，钻孔位置位于连接钢板四角钻孔完成后，与钢格栅端部主筋进行焊接，焊缝要饱满，并符合焊接规范要求。焊接完成后，检查尺寸是否合格，不合格按照报废处理，合格的产品才可进行下一步工序。
将需要施工钢格栅单元的围岩初喷至1.5cm厚度，初喷完成后，由测量人员对钢架位置进行定位，钢格栅单元的纵向间距1.5m，并做好标记，施工人员将做好的合格的钢格栅单元由装载机运至现场，按照标记位置进行拼装，保证钢格栅单元垂直度不超过5％,并将连接钢板对接并通过M12螺栓锁紧。同时要求钢格栅单元立于基岩面上或用混凝土对基础进行处理。
所述步骤四中，按照设计要求，在拱形段顶部的位置布置直径20毫米的砂浆锚杆，长度2m，梅花形布置，纵向间距1m，在拱形段顶部以60度圆心角布置，钢筋网片在锚杆施做完成后开始施工，采用直径6.5间距200×200的圆钢，搭接长度不小于20cm，钢架之间采用直径22的钢筋进行焊接，环向间距1m，全部施工完成后，进行复喷作业，先喷射钢格栅单元与岩层接触面，喷射饱满后，再喷射拱架之间，直至喷射到设计厚度。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，包括竖直段和拱形段，所述拱形段为圆弧状结构，其两端部对称连接竖直段，其特征在于：所述竖直段及拱形段均为钢格栅单元的结构，所述钢格栅单元包括四条主筋和多个箍筋，所述箍筋水平间隔均匀设置，每个箍筋内的四边角处焊接主筋。
2.根据权利要求1所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，其特征在于：所述拱形段与两个竖直段之间通过连接钢板固装在一起。
3.根据权利要求1所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，其特征在于：相邻两个箍筋之间的间距为200毫米。
4.根据权利要求1所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，其特征在于：所述拱形段由两个半弧形单元组成，两个半弧形单元之间同样通过连接钢板固装在一起。
5.根据权利要求1所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，其特征在于：所述箍筋边长为100mm的矩形结构，所述主筋直径为22毫米的螺纹钢，箍筋的直径为10毫米。
6.根据权利要求2所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，其特征在于：所述连接钢板为一个边长140毫米的矩形结构，其四边角处制有螺栓孔，每个螺栓孔里侧的连接钢板上焊接主筋。
7.根据权利要求2所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构，其特征在于：所述钢格栅单元的纵向间距为1.5米。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在隧洞内的破碎岩层初喷混凝土，混凝土为C20，初喷的厚度为1.5厘米；
步骤二、在隧洞外完成钢格栅单元的制作
(1)钢筋下料；
(2)将主筋弯成规定的弧度，箍筋加工成型，将箍筋焊于主筋之上，再焊成格栅单片，形成拱形段；
将主筋拉直，箍筋加工成型，将箍筋焊于主筋之上，再焊成格栅单片，形成竖直段；
(3)将连接钢板焊接在半弧形单元及竖直段的主筋端部，并检查尺寸是否合格；
步骤三、隧洞内放出钢格栅单元的架立位置，在隧洞内对钢格栅单元进行拼装
首先架设两个竖直段的钢格栅单元，然后再架设拱形段的钢格栅单元，各个段的钢格栅单元端部通过连接钢板及螺栓连接在一起；
步骤四、施做锚杆，挂钢筋网，并将钢格栅单元与锚杆网片焊接，钢格栅单元之间焊接连接钢筋；
步骤五、复喷混凝土，至设计厚度15厘米。
9.根据权利要求8所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构的施工方法，其特征在于：
所述步骤二中，截取的钢筋材料，将主筋、箍筋按照设计尺寸，用冷弯机将钢筋弯曲到设计的角度，钢格栅单元的拱形段中，主筋全部弯成圆心角90度圆弧；
在硬化地面上，将箍筋按照设计间距排好，并将主筋穿过箍筋，依次与箍筋进行焊接，但不允许焊的太深，避免烧伤主筋。
10.根据权利要求8所述的钢格栅辅助引水隧洞初期支护结构的施工方法，其特征在于：所述步骤四中，按照设计要求，在拱形段顶部的位置布置直径20毫米的砂浆锚杆，长度2m，梅花形布置，纵向间距1m，在拱形段顶部以60度圆心角布置，钢筋网片在锚杆施做完成后开始施工，采用直径6.5间距200×200的圆钢，搭接长度不小于20cm，钢架之间采用直径22的钢筋进行焊接，环向间距1m，全部施工完成后，进行复喷作业，先喷射钢格栅单元与岩层接触面，喷射饱满后，再喷射拱架之间，直至喷射到设计厚度。
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