CN107605510A - 一种拉索式钢格栅拱架及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拉索式钢格栅拱架及其施工方法，它是由弧形钢格栅子段和竖直钢格栅子段通过若干钢绞线拉索环和子段连接结构围成的紧贴开挖面的钢格栅拱架；所述的钢绞线拉索环是在弧形钢格栅子段的上中下三部分别张拉一条钢绞线，并通过拉索连接结构连接成环；所述的拉索连接结构是在钢绞线三头连接器上无接头侧面焊接两个角钢，角钢上设有一个圆孔，圆孔中插有一根螺栓；所述的子段连接结构由两块方形法兰盘对接而成，方形法兰盘上设有五个圆孔，圆孔中插有四根主筋和一根纵向连接筋。本发明拉索式钢格栅拱架钢材消耗量小、整体受力均匀、安装施工便捷等优点，适用于矿山巷道等的初期支护。
Description
技术领域
本发明涉及一种拉索式钢格栅拱架及其施工方法，属于煤炭、军工、冶金、交通、水利等地下工程支护领域。
背景技术
为了解决土地退化、人口爆炸、资源短缺等问题，地下工程建设进入了飞速发展的阶段。在地下工程施工过程中，为了缓和围岩移动、抑制顶板离层、防止石块掉落、阻止侧壁片帮等，需要对地下工程进行支护，其中一种支护方法便是拱架支护。拱形支架支护可缩性能好、承载能力大，能够有效抑制围岩的变形，广泛运用于煤炭、军工、冶金、交通、水利等地下工程中。
目前大部分地下工程应用的拱形支架为钢拱架。钢拱架整体刚度大，可以提供较大的早期支护强度，属于永久支护。但是在与锚杆、钢筋网、喷射混凝土结合的联合支护中，钢拱架的结合情况较低，且在围岩强度等级较低的地下工程中，容易造成钢材的浪费。为了克服此缺点，有些地下工程中尝试使用格栅拱架。目前常见的格栅拱架有：
例如：中国实用新型专利ZL201120448709.X公布了暗挖隧道格栅拱架，该发明包括至少四根主筋、多根箍筋和加强筋，将主筋、箍筋和加强筋焊接形成的第一基座拱架、中间拱架及第二基座拱架一次拼接成与隧道配合的弧形。该格栅拱架具有一定的支护强度，但在围岩软弱破碎的地下工程中整体受力不均，局部变形严重。
中国发明专利ZL201410251336.5公布了尺寸可调的钢格栅拱架及其施工方法，该发明包括若干弧形格栅子段、子段连接结构和可伸缩连接结构，将弧形格栅子段通过子段连接结构和可伸缩连接结构围成一圈紧贴开挖端面的钢格栅拱架。该格栅拱架尺寸可调，能够使拱架各面与超挖的开挖断面贴住，但格栅拱架的整体承载力仍然有待于提高。
综上所述，暗挖隧道格栅拱架和尺寸可调的钢格栅拱架，虽然具有一定的支护强度，但因整体受力不均匀、局部发生大变形而导致钢格栅拱架发生破坏，拉索式钢格栅拱架能够解决普通格钢栅拱架整体受力不均和局部变形严重的问题，达到提高整体承载力的目的。
发明内容
本发明的目的是克服现有格栅拱架的不足提供一种钢材耗量小、成本价格低、支护强度高、结构重量轻、施工速度快、整体受力均匀的拉索式钢格栅拱架。通过该钢格栅拱架解决地铁隧道、矿山巷道等的初期支护问题。
本发明一种拉索式钢格栅拱架的构造是：它是由弧形钢格栅子段、竖直钢格栅子段、钢绞线拉索环和子段连接结构组成，其特征在于，所述的弧形钢格栅子段和竖直钢格栅子段均由两根内部主筋和两根外部主筋组成，四根主筋通过箍筋连接，内外部主筋通过加强筋连接；弧形钢格栅子段和竖直钢格栅子段通过若干钢绞线拉索环和子段连接结构围成的紧贴开挖面的钢格栅拱架；所述的钢绞线拉索环是在弧形钢格栅子段的上中下三部分别张拉一条钢绞线，并通过拉索连接结构连接成环；所述的拉索连接结构是在钢绞线三头连接器无接头侧面上焊接两个角钢，角钢上设有一个圆孔，圆孔中插有一根螺栓；所述的子段连接结构由两块方形法兰盘对接而成，方形法兰盘上设有五个圆孔，圆孔中插有四根主筋和一根纵向连接筋。
为防止钢绞线在自重作用下产生垂度效应，在进行钢绞线两端固定之前，需要通过张拉机具对钢绞线的两端同时进行对称张拉。
为加强子段连接结构的连接能力，在四根主筋处焊接两根八字筋，八字筋的交点位置略远离方形法兰盘的中心圆孔，以便于从中心圆孔穿入纵向连接筋。
本发明一种拉索式钢格栅拱架的施工方法为：在弧形钢格栅子段的上部、中部和下部分别敷设一条钢绞线，通过张拉机具对钢绞线两端同时进行对称张拉，待张拉至设计值后将其固定在拉索连接结构上；将箍筋置于拉索连接结构中两角钢之间的空隙，待调整至合适位置后通过螺栓施加一定的预紧力；通过上述方法在弧形钢格栅子段关键节点处张拉三个钢绞线拉索环后，紧贴开挖面架设弧形钢格栅子段和竖直钢格栅子段，将每个子段末端的四根主筋外折并对应插入方形法兰盘四周圆孔中，并通过螺栓施加一定的预紧力，形成整体拉索式钢格栅拱架；多榀拉索式钢格栅拱架通过方形法兰盘中心圆孔处架设纵向连接筋相互连接，将纵向连接筋焊接在八字筋结点处。
本发明一种拉索式钢格栅拱架具有如下优点：
(1) 钢绞线拉索环套在弧形钢格栅拱架上，利用钢绞线抗拉强度高的特性能有效使得钢格栅拱架的整体受力均匀，在围岩压力作用下能有效防止钢格栅拱架局部发生过大变形；
(2) 钢绞线两端对称同时张拉，一次性张拉至设计值，节约施工时间；
(3) 钢绞线张拉过程可以对弧形钢格栅子段施加预应力，能有效提高钢格栅拱架的抗弯能力和刚度，增加钢格栅拱架的耐久性；
(4) 弧形钢格栅子段和竖直钢格栅子段可以通过子段连接结构拼接，能够使钢格栅拱架各面与开挖面紧贴;
(5) 方形法兰盘中间设有圆孔，通过圆孔可以穿入纵向连接筋，实现多榀拉索式钢格栅拱架的快速连接。
附图说明
图1为本发明一种拉索式钢格栅拱架的结构示意图；
图2为本发明中弧形钢格栅子段的结构示意图；
图3为本发明中A-A剖面放大图；
图4为本发明中拉索连接结构的结构示意图；
图5为本发明中子段连接结构的结构示意图。
图例说明：1-弧形钢格栅子段；2-竖直钢格栅子段；3-钢绞线拉索环；4-子段连接结构；5-主筋；6-箍筋；7-加强筋；8-钢绞线；9-拉索连接结构；10-钢绞线三头连接器；11-角钢；12-螺栓；13-方形法兰盘；14-八字筋；15-纵向连接筋。
具体实施方式
如图1所示的一种拉索式钢格栅拱架由弧形钢格栅子段1、竖直钢格栅子段2、钢绞线拉索环3和子段连接结构4组成，所述的弧形钢格栅子段1和竖直钢格栅子段2均由两根内部主筋5和两根外部主筋5组成，四根主筋5通过箍筋6连接，内外部主筋5通过加强筋7连接；弧形钢格栅子段1和竖直钢格栅子段2通过若干钢绞线拉索环3和子段连接结构4围成的紧贴开挖面的钢格栅拱架；所述的钢绞线拉索环3是在弧形钢格栅子段1的上中下三部分别张拉一条钢绞线8，并通过拉索连接结构9连接成环；所述的拉索连接结构9是在钢绞线三头连接器10无接头侧面上焊接两个角钢11，角钢11上设有一个圆孔，圆孔中插有一根螺栓12；所述的子段连接结构4由两块方形法兰盘13对接而成，方形法兰盘13上设有五个圆孔，圆孔中插有四根主筋5和一根纵向连接筋15。
本发明一种拉索式钢格栅拱架的施工方法为： 在弧形钢格栅子段1的上部、中部和下部分别敷设一条钢绞线8，通过张拉机具对钢绞线8两端同时进行对称张拉，待张拉至设计值后将其固定在拉索连接结构9上；将箍筋6置于拉索连接结构9中两角钢11之间的空隙，待调整至合适位置后通过螺栓12施加一定的预紧力；通过上述方法在弧形钢格栅子段1关键节点处张拉三个钢绞线拉索环3后，紧贴开挖面架设弧形钢格栅子段1和竖直钢格栅子段2，将每个子段末端的四根主筋5外折并对应插入方形法兰盘13四周圆孔中，并通过螺栓12施加一定的预紧力，形成整体拉索式钢格栅拱架；多榀拉索式钢格栅拱架通过方形法兰盘13中心圆孔处架设纵向连接筋15相互连接，将纵向连接筋焊15接在八字筋14结点处。
Claims (2)
1.一种拉索式钢格栅拱架，它是由弧形钢格栅子段、竖直钢格栅子段、钢绞线拉索环和子段连接结构组成，其特征在于，弧形钢格栅子段和竖直钢格栅子段通过若干钢绞线拉索环和子段连接结构围成的紧贴开挖面的钢格栅拱架；所述的钢绞线拉索环是在弧形钢格栅子段的上中下三部分别张拉一条钢绞线，并通过拉索连接结构连接成环；所述的拉索连接结构是在钢绞线三头连接器上焊接两个角钢，角钢上设有一个圆孔，圆孔中插有一根螺栓；所述的子段连接结构由两块方形法兰盘对接而成，方形法兰盘上设有五个圆孔，圆孔中插有四根主筋和一根纵向连接筋。
2.如权利要求1所述的一种拉索式钢格栅拱架的施工方法，其特征在于，在弧形钢格栅子段的上部、中部和下部分别敷设一条钢绞线，通过张拉机具对钢绞线两端同时进行对称张拉，待张拉至设计值后将其固定在拉索连接结构上；将箍筋置于拉索连接结构中两角钢之间的空隙，待调整至合适位置后通过螺栓施加一定的预紧力；通过上述方法在弧形钢格栅子段关键节点处张拉三个钢绞线拉索环后，紧贴开挖面架设弧形钢格栅子段和竖直钢格栅子段，将每个子段末端的四根主筋外折并对应插入方形法兰盘四周圆孔中，并通过螺栓施加一定的预紧力，形成整体拉索式钢格栅拱架；多榀拉索式钢格栅拱架通过方形法兰盘中心圆孔处架设纵向连接筋相互连接，将纵向连接筋焊接在八字筋结点处。
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