CN109083660B - 基于钢筋混凝土底梁的软岩巷道或隧道底鼓治理支护结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于钢筋混凝土底梁的软岩巷道或隧道底鼓治理支护结构及方法，包括钢支架和钢筋混凝土底梁，所述钢支架采用全断面支护结构，所述钢筋混凝土底梁嵌入在所述软岩巷道或隧道的底板内，至少一架所述钢支架的反底拱浇筑在钢筋混凝土底梁内，所述底梁上下面配双层钢筋。该发明支护结构，采用高承载力支架配合底板专项强化支护技术，施工简单，成本经济，既强化了底板支护力，抑制了底板变形，又可优化巷道整体支护，可有效解决巷道或隧道底鼓问题，降低巷道或隧道返修率。
Description
技术领域
本发明属于地下工程支护领域，具体涉及一种基于钢筋混凝土底梁的软岩巷道或隧道底鼓治理支护结构及方法。
背景技术
目前，我国大部分煤矿已经进入深部开采阶段，在深部软岩、断层、高地应力等复杂地质条件下开掘的巷道很难一次支护稳定，巷道围岩控制治理问题日益显现，其中巷道底鼓的治理问题尤为突出，煤矿巷道中底板由于不支护或弱支护，使其成为巷道支护的薄弱环节，导致围岩应力释放和巷道变形先在底板显现，形成底鼓现象，底鼓进一步引发巷道整体变形破坏。目前多数矿井将卧底作为解决底鼓的主要手段，如此只能短暂治标而不治本，由于底板是巷道的基础，多次落底还会加速巷道两帮和顶板变形，成为巷道失稳的助推器。阻碍了我国深部资源的安全高效开采。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种软岩巷道或隧道底鼓治理技术及其支护结构，具体为一种基于钢筋混凝土底梁的软岩巷道或隧道底鼓治理支护结构及方法，采用钢支架配合底板专项强化支护技术，施工简单，成本经济，既强化了底板支护力，抑制了底板变形，又可优化巷道整体支护，可有效解决巷道或隧道底鼓问题，降低巷道或隧道返修率，对于深部资源的安全高效开采具有重要意义。
本发明目的是提供一种基于钢筋混凝土底梁的软岩巷道或隧道底鼓治理支护结构。
具体本发明包括钢支架和钢筋混凝土底梁，所述钢支架采用全断面支护结构，所述钢筋混凝土底梁嵌入在所述软岩巷道或隧道的底板内，至少一架所述钢支架的反底拱浇筑在钢筋混凝土底梁内，所述底梁上下面配双层钢筋。
进一步地，所述底梁沿巷道纵向条形分布，断面上呈变截面梁，中部截面高，向两侧递减，底梁两端深入两帮围岩内。
进一步地，所述底梁上下层均配置横向与纵向钢筋，上层配筋量大于下层钢筋量。
进一步地，所述下层钢筋层为设置紧靠在所述钢支架反底拱外侧的高强抗拉钢筋网。
进一步地，所述下层钢筋层为纵筋和横筋交错布置，钢筋保护层厚度为20-60mm。
进一步地，所述上层钢筋层为横筋和纵筋交错布置，钢筋保护层厚度为30-80mm。
进一步地，所述钢支架为钢管混凝土支架、U型钢支架或工字钢支架中的一种，均由支架反底拱段、支架两帮段和支架顶弧段四节组装成型。
进一步地，所述钢支架可替换为全面锚索或全面钢筋混凝土浇筑层。
还包括一种基于钢筋混凝土底梁的软岩巷道或隧道底鼓治理支护方法，包括以下步骤：
（1）巷道或隧道开帮挑顶，施工两帮及拱顶锚网喷支护；
（2）开挖巷道或隧道底板部分，开挖到设计边界后清理渣土，架设支架反底拱段，并安装支架两帮段及顶弧段。
（4）在巷道或隧道底板，支架反底拱位置绑扎底梁钢筋并浇筑混凝土形成钢筋混凝土底梁，反底拱浇筑在底梁内，底梁两端插入两帮下部围岩内。
（5）底梁养护，并在底梁上设置排水沟并浇筑设备/轨道基础，沿巷道或隧道纵向依次完成上述步骤直至完成支护系统。
本发明至少具有以下有益效果：
（1）支架结构断面形式为圆形封闭支护，由支架反底拱段、支架两帮段和支架顶弧段四节组装成型，可有效保证巷道或隧道整体稳定性，同时，支架反底拱段作为整体支护的一部分可有效抑制底鼓。
（2）在钢管混凝土支架反底拱的基础上，再增加钢筋混凝土底梁来强化底板支护。底梁沿巷道纵向条形分布，断面上呈变截面梁，中部截面高，向两侧递减，底梁两端深入两帮围岩内，使两帮岩体的垂向压力作用在钢筋混凝土底梁两端，抑制底梁抬升。底梁上下面配双层钢筋，上层钢筋主要承受拉应力，配筋量大于下层钢筋量；钢管混凝土支架反底拱浇筑在底梁内，下层钢筋布置在反底拱外侧，具体底梁尺寸设计及配筋根据支护力需求来设计。先架设钢管混凝土支架，然后再绑扎钢筋浇筑底梁，底梁在钢管混凝土支架的保护下凝固，养护效果，不会出现在底鼓力作用下未凝固便受力开裂的问题。
附图说明
图1是复合支护结构的示意图；
图2是钢筋混凝土底梁的结构示意图；
主要附图标记说明：
1-钢支架，2-钢筋混凝土底梁，3-锚杆，4-混凝土喷层，5-钢筋网，6-混凝土，7-受力筋，8-分布筋，9-强力抗拉网，10-箍筋。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明主要结构由钢支架1结构和钢筋混凝土底梁2结构组成，其中全断面优化支护技术由高承载力钢支架1结构实现，底板强化支护技术由钢筋混凝土底梁2实现。
具体为钢支架结构断面形式为圆形封闭支护，由支架反底拱段、支架两帮段和支架顶弧段四节组装成型，可有效保证巷道或隧道整体稳定性，同时，支架反底拱段作为整体支护的一部分可有效抑制底鼓。
在钢管混凝土支架反底拱的基础上，再增加钢筋混凝土底梁来强化底板支护。底梁沿巷道纵向条形分布，断面上呈变截面梁，中部截面高，向两侧递减，底梁两端深入两帮围岩内，使两帮岩体的垂向压力作用在钢筋混凝土底梁两端，抑制底梁抬升。底梁上下面配双层钢筋，上层钢筋主要承受拉应力，配筋量大于下层钢筋量；上层钢筋保护层厚度为30-80mm，下层钢筋保护层厚度为20-60mm，钢管混凝土支架反底拱浇筑在底梁内，下层钢筋布置在反底拱外侧，具体底梁尺寸设计及配筋根据支护力需求来设计。先架设钢管混凝土支架，然后再绑扎钢筋10浇筑底梁，底梁在钢管混凝土支架的保护下凝固，养护效果，不会出现在底鼓力作用下未凝固便受力开裂的问题。
具体而言，以圆形巷道半径3.25m举例说明，底梁沿巷道纵向条形分布，断面上呈变截面梁，中部截面高度1.4m，向两侧递减，端部截面高度0.56m，底梁两端深入两帮围岩内，使两帮岩体的垂向压力作用在钢筋混凝土底梁两端，抑制底梁抬升。底梁与钢管混凝土支架反底拱结合，将紧靠在反底拱外侧的高强抗拉网作为底梁底面配筋层。底梁上方右侧设排水沟，防止流水下渗侵蚀底板岩体。
其中，钢支架可以为钢管混凝土支架、U型钢支架或工字钢支架中的一种，均由支架反底拱段、支架两帮段和支架顶弧段四节组装成型。
为了增强顶板的稳定性，还可以进一步地采用普通锚网喷+双排控顶锚索联合支护，具体而言，以圆形巷道半径3.25m举例说明：
锚网喷支护设计，锚杆3规格φ20×2400mm，间排距1.0m×1.0m；锚索3规格φ21.6×6400mm，间排距1.6×1.6m，每断面布置两棵，纵向两排，采用12#槽钢作为锚索梁；喷射混凝土强度等级C20，钢筋网5片由φ8mm钢筋焊接而成，网格100mm×100mm，尺寸2.0m×1.0m。
其施工工序如下：
（1）巷道或隧道开帮挑顶，施工两帮及拱顶锚网喷支护；
（2）开挖巷道或隧道底板部分，开挖到设计边界后清理渣土，架设支架反底拱段，并安装支架两帮段及顶弧段。
（4）在巷道或隧道底板，支架反底拱位置绑扎底梁钢筋并浇筑混凝土形成钢筋混凝土底梁，反底拱浇筑在底梁内，底梁两端插入两帮下部围岩内。
（5）底梁养护，并在底梁上设置排水沟并浇筑设备/轨道基础，沿巷道或隧道纵向依次完成上述步骤直至完成支护系统。
一般选用Φ194×10钢管+C40核心混凝土。
为了更有效地防止底鼓，可以在钢筋混凝土底梁施工完成后30d安装制冷设备对巷道或隧道进行制冷处理。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.基于钢筋混凝土底梁的软岩巷道或隧道底鼓治理支护结构，其特征在于，包括钢支架和钢筋混凝土底梁，所述钢支架采用全断面支护结构，所述钢筋混凝土底梁嵌入在所述软岩巷道或隧道的底板内，至少一架所述钢支架的反底拱浇筑在钢筋混凝土底梁内，所述底梁上下面配双层钢筋；所述底梁沿巷道纵向条形分布，断面上呈变截面梁，中部截面高，向两侧递减，底梁两端深入两帮围岩内；所述底梁上下层均配置横向与纵向钢筋，上层配筋量大于下层钢筋量。
2.如权利要求1所述的支护结构，其特征在于，下层钢筋层为设置紧靠在所述钢支架反底拱外侧的高强抗拉钢筋网。
3.如权利要求2所述的支护结构，其特征在于，所述下层钢筋层为纵筋和横筋交错布置，钢筋保护层厚度为20-60mm。
4.如权利要求3所述的支护结构，其特征在于，上层钢筋层为横筋和纵筋交错布置，钢筋保护层厚度为30-80mm。
5.如权利要求4所述的支护结构，其特征在于，所述钢支架为钢管混凝土支架、U型钢支架或工字钢支架中的一种，均由支架反底拱段、支架两帮段和支架顶弧段四节组装成型。
6.采用权利要求1-5任一所述的支护结构的支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）巷道或隧道开帮挑顶，施工两帮及拱顶锚网喷支护；
（2）开挖巷道或隧道底板部分，开挖到设计边界后清理渣土，架设支架反底拱段，并安装支架两帮段及顶弧段；
（4）在巷道或隧道底板，支架反底拱位置绑扎底梁钢筋并浇筑混凝土形成钢筋混凝土底梁，反底拱浇筑在底梁内，底梁两端插入两帮下部围岩内；
（5）底梁养护，并在底梁上设置排水沟和轨道基础等巷道或隧道附属结构，沿巷道或隧道纵向依次完成上述步骤直至完成支护系统。
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