CN214787433U - 隧道初期支护钢架 - Google Patents

Abstract

本实用新型隧道初期支护钢架，属于隧道施工领域，目的是提高初期支护钢架承受围岩变形的能力。沿隧道环向，由至少两段钢管节段经过连接接头串接而成，且相邻两段钢架节段分别为钢管节段一和钢管节段二；连接接头包括轴向伸缩的伸缩装置；伸缩装置安装于钢管节段一和钢管节段二的相对端头之间。本实用新型，将伸缩装置压缩安装到隧道内后，释放伸缩装置，伸缩装置自主伸长，初期支护钢架沿其径向向外扩张抵靠隧道围岩，缩短了初期支护的启动时间，使得初期支护钢架更早更及时的起到支护作用，并且隧道围岩变形对初期支护钢架的瞬时冲击力大大减小。随着伸缩装置压缩量增大，其恢复形变的弹力越大，能更好的适应隧道围岩变形。

Description

隧道初期支护钢架

技术领域

本实用新型属于隧道施工领域，具体的是隧道初期支护钢架。

背景技术

隧道在开挖过程中，为控制围岩变形，防止隧道坍塌，开挖后必须立即进行初期支护的施工，并将其作为永久承载结构的一部分。隧道初期支护主要由系统锚杆、初期支护钢架和喷射混凝土等组合而成。传统初期支护钢架主要为格栅钢架和型钢钢架，其中格栅钢架制作工艺繁琐，人工焊接工作量大；型钢钢架重量大，人工施工困难。近年来杆件轻、施工迅速、承载能力强的钢管和钢管混凝土在隧道初期支护中得到应用。在相邻钢管节段的接头处通过高强度螺栓或者对焊进行连接，但是，该初期支护钢管变形能力差，不能很好的适应围岩变形，在围岩变形作用下，易在接头处发生较大变形甚至折断。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有初期支护钢架支护接头受力性能差的问题，提供一种隧道初期支护钢架，提高其承受围岩变形的能力。

本实用新型采用的技术方案是：隧道初期支护钢架，沿隧道环向，由至少两段钢管节段经过连接接头串接而成，且相邻两段钢架节段分别为钢管节段一和钢管节段二；所述连接接头包括轴向伸缩的伸缩装置；所述伸缩装置安装于钢管节段一和钢管节段二的相对端头之间。

进一步的，所述伸缩装置一端自由抵靠钢管节段一的端头，另一端自由抵靠钢管节段二的端头；并设置有限定伸缩装置与相邻两端钢架节段相对位置的限位装置。

进一步的，所述限位装置包括弹性定位板、套筒一和套筒二，所述套筒一活动套装于钢管节段一的外壁，所述套筒二活动套装于钢管节段二的外壁；环绕伸缩装置的外周设置有至少两块所述弹性定位板，且弹性定位板的一端延伸至钢管节段一的外壁，并插入套筒一内，另一端延伸至钢管节段二的外壁，并插入套筒二内；沿套筒径向，所述套筒一和套筒二的内壁与弹性定位板挤压配合；沿着套筒轴向，所述套筒一和套筒二可动套装于弹性定位板外壁，并与弹性定位板挤压配合。

进一步的，所述弹性定位板包围形成中间向两端逐渐缩小的橄榄球形。

进一步的，所述伸缩装置包括伸缩弹簧、限位套管和限位板；

所述限位套管上设置有沿其径向向内凸出的限位块，并套装于伸缩弹簧外，所述限位板上设置有与限位块适配的缺口，并垂直于伸缩弹簧轴向固定于伸缩弹簧；所述限位板沿限位套管轴向与限位套管活动配合；所述伸缩弹簧绕限位套管轴向与限位套管活动连接；由限位块抵靠限位板构成伸缩弹簧压缩状态的轴向限位。

进一步的，还包括外部托座，所述托座包括托起部一和托起部二，在托起部一和托起部二上均设置有两端贯通的凹槽；所述托起部一和托起部二的槽口相对可拆卸连接，并由托起部一和托起部二的缺口包围形成限位孔。

进一步的，所述限位孔为台阶孔，包括中部的与套筒适配的接头段和两端的容钢管节段一和钢管节段二通过的施力段，所述接头段的直径大于施力段。

本实用新型的有益效果是：本实用新型，通过伸缩装置的伸长和压缩，使得将伸缩装置压缩安装到隧道内后，释放伸缩装置，伸缩装置自主伸长，初期支护钢架沿其径向向外扩张直至抵靠隧道围岩，使得在隧道开挖至隧道围岩与初期支护钢架抵靠的这段行程，由隧道围岩变形与初期支护钢架向外扩张同时共同分担，隧道围岩变形产生的位移缩短，缩短了初期支护的启动时间，使得初期支护钢架更早更及时的起到支护作用，并且由于隧道围岩变形位移缩短，其对初期支护钢架的瞬时冲击力大大减小，对初期支护钢架起到保护作用。随着隧道围岩变形的持续进行，伸缩装置受压收缩，伸缩装置压缩量越大，其恢复形变的弹力越大，提高隧道初期支护钢架的支护能力，使其能更好的适应隧道围岩变形，有效降低连接接头因围岩变形破坏的概率。

附图说明

图1为采用本实用新型的隧道初期支护钢架整体示意图；

图2为隧道初期支护钢架扩张状态示意图；

图3为隧道初期支护钢架收缩状态示意图；

图4为隧道初期支护钢架收缩锁定状态示意图；

图5为图3的A-A剖视图；

图6为伸缩装置伸长伸长状态示意图；

图7为伸缩装置收缩状态示意图。

图中，钢管节段一1、钢管节段二2、连接接头3、伸缩装置31、伸缩弹簧311、限位套管312、限位块313、限位板314、缺口315、弹性定位板32、套筒一33、套筒二34、托座4、托起部一41、托起部二42、限位孔43、接头段431、施力段432、锚杆5。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明如下：

隧道初期支护钢架，如图1、图3和图5所示，沿隧道环向，由至少两段钢管节段经过连接接头3串接而成，且相邻两段钢架节段分别为钢管节段一1和钢管节段二2；其特征在于：所述连接接头3包括轴向伸缩的伸缩装置31；所述伸缩装置31安装于钢管节段一1和钢管节段二2的相对端头之间。

本实用新型公开的隧道初期支护钢架，钢管节段一1和钢管节段二2均由圆钢管制成，通过连接接头3将钢管节段一1和钢管节段二2拼装成与隧道适配的拱形，以使其能对隧道围岩起到支护作用。

传统的方式，通常包括分别焊接在钢管节段一1和钢管节段二2拼接端头的连接钢板，经连接螺栓将连接钢板把合在一起，从而实现钢管节段一1和钢管节段二2的串接，但是，该连接方式属于刚性连接，不能适应隧道变形而发生变形。

本实用新型公开的连接接头3，其伸缩装置31为可沿其轴向伸缩或缩短的弹性结构，通过伸缩装置31将钢管节段一1和钢管节段二2的端头相连接，使得钢管节段一1和钢管节段二2之间的距离可以沿着隧道初期支护钢架的环向延长或缩短，即，使得隧道初期支护钢架可沿其径向扩张或内缩。如图2所示，当伸缩装置31伸长时，钢管节段一1和钢管节段二2 之间的距离延长，隧道初期支护钢架沿其径向扩张；反之，如图4所示，当伸缩装置31压缩时，钢管节段一1和钢管节段二2之间的距离缩短，隧道初期支护钢架沿其径向内缩。从而，使得该隧道初期支护钢架的变形性能好，能够很好的适应隧道围岩变形，并能根据隧道围岩变形增加其承载能力。

在隧道开挖至初期支护钢架抵靠隧道围岩的过程中，传统的初期支护钢架由于不具备向外扩张的能力，其被动等待隧道围岩变形，两者挤压，初期支护钢架才启动支护作用，单方的隧道围岩变形，隧道围岩变形的位移较大，不仅延长了初期支护的启动时间，无法很快起到支护作用，而且，对初期支护钢架的瞬时冲击力大。

本实用新型，由于伸缩装置31可伸长也可压缩，那么当隧道开挖后，将伸缩装置31压缩安装到隧道内后，释放伸缩装置31，伸缩装置31自主伸长，初期支护钢架沿其径向向外扩张直至抵靠隧道围岩。即，在隧道开挖至隧道围岩与初期支护钢架抵靠的这段行程，由隧道围岩变形与初期支护钢架向外扩张同时共同分担，故，此过程中，隧道围岩变形产生的位移缩短，缩短了初期支护的启动时间，使得初期支护钢架更早更及时的起到支护作用，并且由于隧道围岩变形位移缩短，其对初期支护钢架的瞬时冲击力大大减小，对初期支护钢架起到保护作用。随着隧道围岩变形的持续进行，伸缩装置31受压收缩，伸缩装置31压缩量越大，其恢复形变的弹力越大，提高隧道初期支护钢架的支护能力，使其能更好的适应隧道围岩变形，有效降低连接接头3因围岩变形破坏的概率。

其中，伸缩装置31安装于钢管节段一1和钢管节段二2的相对端头之间，即，伸缩装置 31可与钢管节段一1和钢管节段二2的端头焊接连接，但是，为了避免焊接作业，优选的，所述伸缩装置31一端自由抵靠钢管节段一1的端头，另一端自由抵靠钢管节段二2的端头；并设置有限定伸缩装置31与相邻两端钢架节段相对位置的限位装置。其中，伸缩装置31一端自由抵靠钢管节段一1的端头，是指伸缩装置31依靠弹力作用挤压钢管节段一1的端头，两者之间并未进行焊接，或者采用螺钉等方式进行直接连接。

限位装置可以为套装于钢管节段一1和钢管节段二2外周的一段套筒等，本实用新型中，所述限位装置包括弹性定位板32、套筒一33和套筒二34，所述套筒一33活动套装于钢管节段一1的外壁，所述套筒二34活动套装于钢管节段二2的外壁；环绕伸缩装置31的外周设置有至少两块所述弹性定位板32，且弹性定位板32的一端延伸至钢管节段一1的外壁，并插入套筒一33内，另一端延伸至钢管节段二2的外壁，并插入套筒二34内；沿套筒径向，所述套筒一33和套筒二34的内壁与弹性定位板32挤压配合；沿着套筒轴向，所述套筒一 33和套筒二34可动套装于弹性定位板32外壁，并与弹性定位板32挤压配合。

其中，套筒一33活动套装于钢管节段一1的外壁，即套筒一33在外力作用下，可沿着钢管节段一1的轴向移动；套筒二34活动套装于钢管节段二2的外壁，即套筒二34在外力作用下，可沿着钢管节段二2的轴向移动。环绕伸缩装置31的外周设置有至少两块所述弹性定位板32，且弹性定位板32的一端延伸至钢管节段一1的外壁，并插入套筒一33内，另一端延伸至钢管节段二2的外壁，并插入套筒二34内。弹性定位板32其两端分别插入套筒一 33和套筒二34内，通过套筒一33和套筒二34对其进行限位，使其包覆于伸缩装置31外周，对伸缩装置31起到保护作用。最重要的是，沿套筒径向，所述套筒一33和套筒二34的内壁与弹性定位板32挤压配合，其中，套筒径向，是指套筒一33径向或者套筒二34径向，即沿着套筒径向，套筒一33和套筒二34对弹性定位板32施加一个径向向内的压力，弹性定位板 32对套筒一33和套筒二34施加沿其径向向外的弹力；沿着套筒轴向，所述套筒一33和套筒二34可动套装于弹性定位板32外壁，并与弹性定位板32挤压配合，即，在外力作用下，套筒一33和套筒二34可在弹性定位板32上沿其轴向移动，且在移动过程中，套筒一33和套筒二34可对弹性定位板32产生轴向压力，如此，在沿套筒径向挤压配合以及沿套筒轴向挤压配合的作用下，当套筒一33和套筒二34对合在一起，便能完全锁定连接接头3，避免连接接头3伸缩，隧道初期支护钢架的变形锁定，避免其持续内缩，使其起到永久支护的作用。该结构，不仅保证了连接的可靠性，还实现了不动火作业。本实用新型公开的隧道初期支护钢架，需要满足套筒一33和套筒二34与弹性定位板32连接成一体后的强度高于钢管节段一1或钢管节段二2的强度。

为了实现套筒一33和套筒二34与弹性定位板32之间的相互挤压，可以将套筒一33和套筒二34的内孔加工成锥形，弹性定位板32包围形成圆柱状。优选的，所述弹性定位板32包围形成中间向两端逐渐缩小的橄榄球形。

伸缩装置31可以仅为一段伸缩弹簧，然而，需要满足压缩状态安装，操作不便，本实用新型中，如图6和图7所示，所述伸缩装置31包括伸缩弹簧311、限位套管312和限位板314；

所述限位套管312上设置有沿其径向向内凸出的限位块313，并套装于伸缩弹簧311外，所述限位板314上设置有与限位块313适配的缺口315，并垂直于伸缩弹簧311轴向固定于伸缩弹簧311；所述限位板314沿限位套管312轴向与限位套管312活动配合；所述伸缩弹簧311绕限位套管312轴向与限位套管312活动连接；由限位块313抵靠限位板314构成伸缩弹簧311压缩状态的轴向限位。

该结构，伸缩弹簧311实现伸缩功能。限位套管312套装于伸缩弹簧311外，可对伸缩弹簧311的伸缩路径起到一定的限位作用。限位套管312上内凸的限位块313与限位板314相互作用，可以将伸缩弹簧311限定于压缩状态；限位板314上的缺口315可容限位块313 通过，使得压缩后的伸缩弹簧311解除限位后可以伸长。

具体使用时，将伸缩弹簧311由自然伸长状态压缩的步骤为：首先，将伸缩弹簧311压缩，限位板314的缺口315与限位套管312的限位块313对中，将限位板314压入限位套管312内；然后，以限位套管312轴线或者伸缩弹簧311轴线为转动中心，转动伸缩弹簧311，使限位板314的缺口315与限位套管312的限位块313错开；最后，限位板314抵靠限位块 313，便使伸缩弹簧311处于压缩状态。

反之，将伸缩弹簧311由压缩状态伸长的步骤为：首先，以限位套管312轴线或者伸缩弹簧311轴线为转动中心，转动伸缩弹簧311，使限位板314的缺口315与限位套管312的限位块313对中；然后，松开对伸缩弹簧311施加的压力，伸缩弹簧311自然弹出。

该结构的伸缩装置31操作简单容易，能很好的适用于在隧道内安装隧道初期支护钢架。

为了在隧道围岩变形的过程中，将隧道初期支护钢架与隧道围岩进行定位，还包括外部托座4，所述托座4包括托起部一41和托起部二42，在托起部一41和托起部二42上均设置有两端贯通的凹槽；所述托起部一41和托起部二42的槽口相对可拆卸连接，并由托起部一 41和托起部二42的缺口包围形成限位孔43。

本实用新型公开的外部托座4，由于托起部一41和托起部二42的槽口相对可拆卸连接，使得隧道围岩变形到设定值，将隧道初期支护钢架锁定后，可以将外部托座4拆卸，重复利用。

限位孔43可以为直孔，所述限位孔43为台阶孔，包括中部的与套筒适配的接头段431 和两端的容钢管节段一1和钢管节段二2通过的施力段432，所述接头段431的直径大于施力段432。

将限位孔43设置呈两端小中部大的台阶孔，使得直径小的施力段432能对钢管节段起到一定的限制作用，缩小钢管节段一1和钢管节段二2沿限位孔43径向的移动范围，利于保证初期支护钢架沿其环向各处受力的均匀性。而直径大的接头段431为套筒一33和套筒二34 的合拢创造条件，还起到将套筒一33和套筒二34限制在接头段431，避免套筒一33和套筒二34反向脱离弹性定位板32的作用。

Claims (7)

1.隧道初期支护钢架，沿隧道环向，由至少两段钢管节段经过连接接头(3)串接而成，且相邻两段钢架节段分别为钢管节段一(1)和钢管节段二(2)；其特征在于：所述连接接头(3)包括轴向伸缩的伸缩装置(31)；所述伸缩装置(31)安装于钢管节段一(1)和钢管节段二(2)的相对端头之间。

2.如权利要求1所述的隧道初期支护钢架，其特征在于：所述伸缩装置(31)一端自由抵靠钢管节段一(1)的端头，另一端自由抵靠钢管节段二(2)的端头；并设置有限定伸缩装置(31)与相邻两端钢架节段相对位置的限位装置。

3.如权利要求2所述的隧道初期支护钢架，其特征在于：所述限位装置包括弹性定位板(32)、套筒一(33)和套筒二(34)，所述套筒一(33)活动套装于钢管节段一(1)的外壁，所述套筒二(34)活动套装于钢管节段二(2)的外壁；环绕伸缩装置(31)的外周设置有至少两块所述弹性定位板(32)，且弹性定位板(32)的一端延伸至钢管节段一(1)的外壁，并插入套筒一(33)内，另一端延伸至钢管节段二(2)的外壁，并插入套筒二(34)内；沿套筒径向，所述套筒一(33)和套筒二(34)的内壁与弹性定位板(32)挤压配合；沿着套筒轴向，所述套筒一(33)和套筒二(34)可动套装于弹性定位板(32)外壁，并与弹性定位板(32)挤压配合。

4.如权利要求3所述的隧道初期支护钢架，其特征在于：所述弹性定位板(32)包围形成中间向两端逐渐缩小的橄榄球形。

5.如权利要求1或2或3所述的隧道初期支护钢架，其特征在于：所述伸缩装置(31)包括伸缩弹簧(311)、限位套管(312)和限位板(314)；

所述限位套管(312)上设置有沿其径向向内凸出的限位块(313)，并套装于伸缩弹簧(311)外，所述限位板(314)上设置有与限位块(313)适配的缺口(315)，并垂直于伸缩弹簧(311)轴向固定于伸缩弹簧(311)；所述限位板(314)沿限位套管(312)轴向与限位套管(312)活动配合；所述伸缩弹簧(311)绕限位套管(312)轴向与限位套管(312)活动连接；由限位块(313)抵靠限位板(314)构成伸缩弹簧(311)压缩状态的轴向限位。

6.如权利要求1或2或3所述的隧道初期支护钢架，其特征在于：还包括外部托座(4)，所述托座(4)包括托起部一(41)和托起部二(42)，在托起部一(41)和托起部二(42)上均设置有两端贯通的凹槽；所述托起部一(41)和托起部二(42)的槽口相对可拆卸连接，并由托起部一(41)和托起部二(42)的缺口包围形成限位孔(43)。

7.如权利要求6所述的隧道初期支护钢架，其特征在于：所述限位孔(43)为台阶孔，包括中部的与套筒适配的接头段(431)和两端的容钢管节段一(1)和钢管节段二(2)通过的施力段(432)，所述接头段(431)的直径大于施力段(432)。

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