CN106089247A - 一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系及方法，该体系包括槽钢拱架，设有多榀，每榀槽钢拱架包括多段拼接的槽钢段；锚杆，锚杆，锚杆穿过槽钢段腰部设置于隧道岩壁并通过紧固装置紧固锚杆与槽钢拱架；每相邻槽钢拱架之间焊接有纵向连接筋以连接相邻的槽钢拱架，以提高支护体系的稳定性；在槽钢拱架的凹槽内喷射有混凝土。本发明支护体系的主体结构为槽钢+锚杆，且锚杆穿过槽钢打入围岩并与槽钢相连接；本发明支护体系槽钢与锚杆连接，槽钢拱架间采用纵向连接的方式进行连接，槽钢与核心混凝土相互结合，共同作用，核心混凝土与混凝土喷层一体喷射而成，支护体系各部分紧密相连，在径向和纵向上具有更好的整体性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程支护领域，尤其涉及一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系及方法。
背景技术
地下工程的支护形式日益丰富，常见的有锚杆支护、锚喷支护、金属支架、高强度弧板及钢管混凝土等支护形式或两者及两者以上支护形式的结合，目前绝大部分地下工程项目采用上述支护形式。
随着我国经济技术的发展，对地下工程建设的施工质量及期限提出了更高的要求，且工程地质条件日益复杂，对地下工程的支护形式及施工工艺也提出了更高的要求，传统支护形式皆有其优点，又有一定的缺陷和不足，随着隧道建设，面临越来越多的高应力、软弱破碎等复杂地质条件，传统的支护方式，如型钢拱架、格栅钢架、锚网喷等支护形式不能满足控制围岩变形的要求，锚杆支护与钢架支护之间分开独立设置，支护强度并没有达到最好的效果。各种支护体系的拱架结构形式存在着巨大的改进空间，而细部构造对拱架承载能力也起着举足轻重的作用，所以，当前隧道建设中急需一种新型的支护方式来弥补围岩变形控制的不足。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，该支护体系利用槽钢拱架与锚杆结合的方式对隧道初期进行支护，并对相邻榀的槽钢拱架之间进行进一步地纵向连接，所灌注混凝土用量少，体系整体性更高，支护稳定性得到了提高。
还提供了一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系的施工方法，增大支护体系，给出了相应的施工方法，施工步骤简单易行，槽钢与核心混凝土相互结合，共同作用，具有较高的强度，整体步骤节省材料，效率高且劳动强度低。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的第一个方案是：一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，包括：
槽钢拱架，设有多榀，每榀槽钢拱架包括多段拼接的槽钢段；
锚杆，锚杆穿过槽钢段腰部设置于隧道岩壁并通过紧固装置紧固锚杆与槽钢拱架；
每相邻槽钢拱架之间焊接有纵向连接筋以连接相邻的槽钢拱架提高支撑稳定性，且槽钢拱架的凹槽两侧的肢部通过肢部连接筋连接；
在槽钢拱架的凹槽内喷射有混凝土，混凝土充满槽钢拱架的凹槽。
根据上述的隧道初期支护体系，充分利用槽钢的特点，将槽钢与锚杆结合，既满足了拱架与锚杆结合对隧道围岩的支撑，同时，二者之间结合提高了支护的稳定性；此外，采用纵向连接筋的设置，使得槽钢拱架在纵向上相互连接，体系整体性更高，可有效防止支护体系由于平面内局部失稳而导致支护强度降低，提高支护的稳定性。
此外，在上述方案的基础上，为进一步提高支护稳定性，可以在相邻槽钢拱架的顶部设置纵向连接筋，同样是交错设置，在槽钢开口处设置肢部连接筋连接槽钢的两侧肢部。
进一步地，所述纵向连接筋交错设置，即用于连接第一榀与第二榀槽钢拱架的纵向连接筋与用于连接第二榀与第三榀的纵向连接筋错位设置，本方案中槽钢拱架顶部通过纵向连接筋连接，凹槽开口侧通过肢部连接筋连接，进一步提高了支护体系的整体性，支护强度得到了提高。
连接筋的焊设方式为，一条纵向连接筋在凹槽前焊接一榀槽钢拱架的两肢部，然后在本榀与下一榀槽钢拱架的腰部焊接纵向连接筋以连接两榀拱架，以此两个步骤循环进行焊接。
进一步的，所述纵向连接筋包覆两槽钢拱架凹槽的开口侧，纵向连接筋为钢筋，其的长度为相邻槽钢拱架间距和两榀槽钢拱架宽度的和，且纵向连接筋的两端各自覆盖一槽钢拱架一肢部的外侧壁，以提高支撑效果。
在本发明提供的另一个方案中，所述纵向连接筋连接两榀槽钢拱架中槽钢段的腰部即凹槽开口相对端，这样的设置可以提高相邻两榀槽钢拱架支撑的稳定性。
进一步地，因槽钢凹槽两侧的两肢部厚度相对较薄的，为提高槽钢连接的稳定性，在所述肢部连接筋覆盖所述槽钢拱架的两肢部，增加拱架稳定性，防止喷射的混凝土脱落。
进一步地，所述肢部连接筋在所述槽钢拱架上设置有多段。
进一步地，在所述槽钢拱架非开口一侧设有加劲肋，为了不干涉纵向连接筋的设置，加劲肋最好是设于槽钢顶部的中央区，且加劲肋的设置方向与槽钢顶部所在面垂直。
此外，为了进一步提高槽钢拱架的支撑稳定性，所述的槽钢拱架两侧设置有肋板，肋板长度超出拱架宽度，肋板高度高于拱架平面，且肋板之间具有间距。
进一步地，相邻的所述的槽钢段之间通过铰接连接件连接；
优选地，所述的铰接连接件包括一个节点，节点包括通过铰接方式活动连接的两个钢元件，第一个钢元件与一段槽钢段固定，第二个钢元件与另一段槽钢段固定，第一个钢元件内设有对接凹槽，对接凹槽内设有卡簧，第二个钢元件外侧设有用于与卡簧配合的环形凹口，环形凹口与卡簧可各自设置有两个，两个钢元件最好都是中部设有对接凹槽，形状相近，为了固定的方便性，最好钢元件通过钢板再与槽钢段固定，钢元件通过钢板焊接在拱架上，两节槽钢装配时时铰链闭合，利用卡簧进行位置固定。
或者，相邻的所述的槽钢段之间通过法兰或者套管进行连接。
进一步地，所述紧固装置包括固定于所述锚杆上的锚盘和螺帽。
所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系的施工方法，具体步骤如下：
1)根据锚杆直径和间距，提前对槽钢进行钻孔；
2)在隧道内壁拼接多段槽钢段形成槽钢拱架；
3)在槽钢拱架的顶部或帮部靠近围岩侧焊设钢筋或钢板，增强槽钢拱架的强度；
4)通过步骤1)中的钻孔固定锚杆并通过紧固装置紧固锚杆与槽钢拱架；
5)在相邻两榀槽钢拱架之间焊接纵向连接筋，并设置肢部连接筋用于连接槽钢拱架的两肢部；
6)向槽钢拱架的凹槽内喷射核心混凝土并充满槽钢的凹槽；
7)复喷混凝土并覆盖槽钢拱架。
对槽钢段通过铰接连接件进行连接的方式，利用拱架安装车的机械手，将槽钢拱架托举至指定位置，拱架在铰接的作用下自动打开，并利用另一台安装车的机械手对拱架进行定位、固定，完成整榀拱架的拼装，或者利用人工辅助对铰接连接件与槽钢段的连接。
本发明的有益效果是：
1)本发明与钢管混凝土支护体系相比，无需灌注混凝土，只需在拱架架设后用高压混凝土喷射机直接向凹槽内喷射混凝土即可，施工简单易行，节省材料，效率高且劳动强度低。
2)本发明采用槽钢做支护结构，针对槽钢在荷载作用下的受力特性，即肢部易局部失稳破坏，提出了切实有效的两种纵向连接方式，使拱架在纵向上相互连接，体系整体性更高，可有效防止支护体系由于平面内局部失稳而导致支护强度降低，提高支护的稳定性；这两种纵向连接方式结合的情况下，更能提高整个支护体系的支护稳定性。
3)本发明支护体系的主体结构为“槽钢+锚杆”，且锚杆穿过槽钢打入围岩并与槽钢相连接，体系在径向上具有更好的整体性。
4)本发明支护体系槽钢与锚杆连接，槽钢拱架间采用纵向连接的方式进行连接，槽钢与核心混凝土相互结合，共同作用，具有更高的强度，核心混凝土与混凝土喷层一体喷射而成，支护体系各部分紧密相连，在径向和纵向上具有更好的整体性和稳定性，且施工简便易行，施工强度低。
附图说明
图1是槽钢拱架节点的法兰连接方式示意图；
图2是本发明实施例1中纵向连接筋连接方法示意图；
图3是本发明实施例1中纵向连接筋连接方法仰视图；
图4是本发明实施例2中纵向连接筋连接方法示意图；
图5是锚杆与槽钢拱架共同作用示意图；
图6是槽钢焊接肋板示意图；
图7是槽钢拱架铰链连接方式示意图；
图8是槽钢拱架支护体系示意图；
其中：1.螺栓，2.槽钢段，3.加劲肋，4.纵向连接筋，5.锚杆，6.锚盘，7.螺帽，8.核心混凝土，9.肢部连接筋，10.围岩，11.槽钢拱架，12.法兰节点，13.肋板，14.卡簧，15.铰，16.节点对接凹槽，17.环形凹口，18.钢板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，包括：
槽钢拱架，设有多榀，每榀槽钢拱架包括多段通过法兰和螺栓1拼接的槽钢段2；
锚杆5，锚杆5穿过锚杆通过槽钢的凹槽穿过槽钢段腰部设置于隧道岩壁并通过紧固装置紧固锚杆5与槽钢拱架；所述紧固装置包括固定于所述锚杆5上的锚盘6和螺帽7；
每相邻槽钢拱架之间焊接有纵向连接筋4以连接相邻的槽钢拱架，且纵向连接筋4交错设置以提高支护体系的稳定性；同时，槽钢拱架的凹槽两侧的肢部通过肢部连接筋9连接；
在槽钢拱架的凹槽内喷射有核心混凝土8，核心混凝土8充满槽钢拱架的凹槽。
所述纵向连接筋4交错设置，如图2和图3所示，即用于连接第一榀与第二榀槽钢拱架的纵向连接筋4与用于连接第二榀与第三榀的纵向连接筋4错位设置，本方案中相邻两榀槽钢拱架中槽钢段腰部通过纵向连接筋连接，凹槽开口侧通过肢部连接筋连接，进一步提高了支护体系的整体性，支护强度得到了提高。
连接筋的焊设方式为，一条纵向连接筋在凹槽前焊接一榀槽钢拱架的两肢部，然后在本榀与下一榀槽钢拱架的腰部焊接纵向连接筋以连接两榀拱架，以此两个步骤循环进行焊接。
根据上述的隧道初期支护体系，充分利用槽钢的特点，将槽钢与锚杆5结合，如图4所示，既满足了拱架与锚杆结合对隧道围岩的支撑，同时，二者之间结合提高了支护的稳定性；此外，采用纵向连接筋4交错设置的方式，使得槽钢拱架在纵向上相互连接，体系整体性更高，可有效防止支护体系由于平面内局部失稳而导致支护强度降低，提高支护的稳定性。
在所述槽钢拱架非开口一侧设有加劲肋3，为了不干涉纵向连接筋4的设置，加劲肋3最好是设于槽钢顶部的中央区，且加劲肋3的设置方向与槽钢顶部所在面垂直。
此外，为了进一步提高槽钢拱架的支撑稳定性，所述的槽钢拱架两侧设置有肋板13，如图7所示，肋板13长度超出拱架宽度，肋板13高度高于拱架平面，且肋板13之间具有间距。
进一步地，相邻的所述的槽钢段之间通过铰接连接件连接；
优选地，所述的铰接连接件包括一个节点，节点包括通过铰接方式活动连接的两个钢元件，第一个钢元件与一段槽钢段固定，第二个钢元件与另一段槽钢段固定，第一个钢元件内设有对接凹槽16，对接凹槽16内设有卡簧14，第二个钢元件外侧设有用于与卡簧14配合的环形凹口17，环形凹口17与卡簧14可各自设置有两个，两个钢元件最好都是中部设有对接凹槽，形状相近，为了固定的方便性，最好钢元件通过钢板18再与槽钢段2固定，如图6所示。
一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系的施工方法，具体步骤如下：
1)根据锚杆5直径和间距，提前对槽钢进行钻孔；
2)在隧道内壁拼接多段槽钢段形成槽钢拱架；
3)在槽钢拱架的顶部和帮部靠近围岩侧焊设钢筋或钢板，增强槽钢拱架的强度；
4)通过步骤1)中的钻孔固定锚杆5并通过紧固装置紧固锚杆5与槽钢拱架；
5)在相邻两榀槽钢拱架之间焊接纵向连接筋4，且纵向连接筋4交错设置，如图2所示；
对槽钢段2通过铰接连接件进行连接的方式，利用拱架安装车的机械手，将槽钢拱架托举至指定位置，拱架在铰接的作用下自动打开，并利用另一台安装车的机械手对拱架进行定位、固定，完成整榀拱架的拼装，或者利用人工辅助对铰接连接件与槽钢段的连接；
6)向槽钢拱架的凹槽内喷射核心混凝土8并充满槽钢的凹槽；
7)复喷混凝土并覆盖槽钢拱架。
实施例2
一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，如图7所示，包括：
槽钢拱架，设有多榀，每榀槽钢拱架包括多段拼接的槽钢段2；相邻的所述的槽钢段2之间通过法兰与螺栓1进行连接；在法兰节点12与槽钢段非开口一侧设有加劲肋3，为了不干涉纵向连接筋4的设置，加劲肋3最好是设于槽钢顶部的中央区，且加劲肋的设置方向与槽钢顶部所在面垂直。
锚杆5，锚杆5穿过槽钢段腰部设置于隧道岩壁并通过紧固装置紧固锚杆5与槽钢，所述紧固装置包括固定于所述锚杆上的锚盘6和螺帽7；
每相邻槽钢拱架通过纵向连接筋4连接固定；
在槽钢拱架的凹槽内喷射有核心混凝土8，混凝土充满槽钢拱架的凹槽，且槽钢拱架的凹槽两侧的肢部通过肢部连接筋9连接。
本方案中槽钢拱架顶部通过纵向连接筋4连接，凹槽开口侧通过肢部连接筋9连接，进一步提高了支护体系的整体性，支护强度得到了提高。
进一步地，所述纵向连接筋4连接两榀槽钢拱架中槽钢段2的腰部即凹槽开口相对端，这样的设置可以提高相邻两榀槽钢拱架支撑的稳定性。
因槽钢凹槽两侧的两肢部厚度相对较薄的，为提高槽钢连接的稳定性，在所述肢部连接筋9覆盖所述槽钢拱架的两肢部。
所述肢部连接筋9在所述槽钢拱架上设置有多段，多段之间间隔设定的距离设置。
所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系的施工方法，具体步骤如下：
1)根据锚杆直径和间距，提前对槽钢进行钻孔；
2)在隧道内壁拼接多段槽钢段形成槽钢拱架；
3)在槽钢拱架的顶部或帮部靠近围岩侧焊设钢筋或钢板，增强槽钢拱架的强度；
4)通过步骤1)中的钻孔固定锚杆并通过紧固装置紧固锚杆与槽钢拱架；
5)在相邻槽钢拱架凹槽开口侧对立端之间焊接纵向连接筋，并设置肢部连接筋用于连接槽钢拱架的两肢部，如图4所示；
6)向槽钢拱架的凹槽内喷射核心混凝土至充满凹槽；
7)复喷混凝土并覆盖槽钢拱架。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，包括：
槽钢拱架，设有多榀，每榀槽钢拱架包括多段拼接的槽钢段；
锚杆，锚杆穿过槽钢段腰部设置于隧道岩壁并通过紧固装置紧固锚杆与槽钢拱架；
每相邻槽钢拱架之间焊接有纵向连接筋以连接相邻的槽钢拱架提高支撑稳定性，且槽钢拱架的凹槽两侧的肢部通过肢部连接筋连接；
在槽钢拱架的凹槽内喷射有混凝土，混凝土充满槽钢拱架的凹槽。
2.如权利要求1所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，所述纵向连接筋交错设置，即用于连接第一榀与第二榀槽钢拱架的纵向连接筋与用于连接第二榀与第三榀的纵向连接筋错位设置。
3.如权利要求2所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，所述纵向连接筋包覆两槽钢拱架凹槽的开口侧。
4.如权利要求1所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，所述纵向连接筋连接两榀槽钢拱架中槽钢段的腰部即凹槽开口相对端。
5.如权利要求1所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，所述肢部连接筋覆盖所述槽钢拱架的两肢部。
6.如权利要求1所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，所述肢部连接筋在所述槽钢拱架上设置有多段。
7.如权利要求1所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，相邻的所述的槽钢段之间通过铰接连接件连接；
优选地，所述的铰接连接件包括一个节点，节点包括通过铰接方式活动连接的两个钢元件，第一个钢元件与一段槽钢段固定，第二个钢元件与另一段槽钢段固定，第一个钢元件内设有对接凹槽，对接凹槽内设有卡簧，第二个钢元件外侧设有用于与卡簧配合的环形凹口。
8.如权利要求1所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，相邻的所述的槽钢段之间通过法兰或者套管进行连接。
9.如权利要求1所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系，其特征在于，所述紧固装置包括固定于所述锚杆上的锚盘和螺帽。
10.如权利要求1-9中任一项所述的一种隧道槽型约束混凝土初期支护体系的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)根据锚杆直径和间距，提前对槽钢进行钻孔；
2)在隧道内壁拼接多段槽钢段形成槽钢拱架；
3)在槽钢拱架的顶部或帮部靠近围岩侧焊设钢筋或钢板，增强槽钢拱架的强度；
4)通过步骤1)中的钻孔固定锚杆并通过紧固装置紧固锚杆与槽钢拱架；
5)在相邻槽两榀钢拱架之间焊接纵向连接筋，并设置肢部连接筋用于连接槽钢拱架的两肢部；
6)向槽钢拱架的凹槽内喷射核心混凝土并充满槽钢的凹槽；
7)复喷混凝土并覆盖槽钢拱架。
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