CN108894800A - 一种基于套筒连接的拱架支护体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种基于套筒连接的拱架支护体系及其施工方法，其中拱架支护体系包括一组平行间隔设置的上部拱架以及连接在相邻两榀上部拱架之间的连接杆，上部拱架是由一组拱架单元依次拼接而成的，相邻拱架单元之间通过套筒连接；所述拱架支护体系还包括仰拱拱架，仰拱拱架由一组拱架单元依次拼接而成的，相邻拱架单元之间通过套筒连接；所述仰拱拱架与上部拱架形成环状结构，二者采用连接板固定。本装置的拱架单元为筒状结构，里面浇筑混凝土可提高拱架的承力效果，节省钢材用量；在施工时套筒为预制拼装，有效地节省了施工时间，拱架的安装结构和顺序也可根据施工工法进行调整，现场可操作性强，易于使用。

Description

一种基于套筒连接的拱架支护体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及工程支护领域，特别涉及一种基于套筒连接的拱架支护体系及其施工方法。

背景技术

目前，隧道施工采用的支护结构通常包括大型钢拱架、格栅拱架、喷射混凝土和***锚杆等，但以上支护结构普遍存在用钢量大、造价高、支护效果有限、且存在施工操作复杂、施工速度较慢等问题，影响了支护的整体施工进度。为结构施工更加简便、支护效果更加有效，需要提出一种施用简便，支承有效的支护体系及施工方法。

发明内容

本发明提出一种基于套筒连接的拱架支护体系及其施工方法，用以解决支护结构及施工中普遍存在的用钢量大、造价高、支护效果有限、施工操作复杂、施工速度较慢等问题。

所述的一种基于套筒连接的拱架支护体系及其施工方法，具体实施方案如下：

一种基于套筒连接的拱架支护体系，其中拱架支护体系包括一组平行间隔设置的上部拱架以及连接在相邻两榀上部拱架之间的连接杆；所述上部拱架是由一组拱架单元依次拼接而成的，相邻拱架单元之间通过套筒连接。

所述拱架支护体系还包括仰拱拱架，所述仰拱拱架由一组拱架单元依次拼接而成，相邻拱架单元之间通过套筒连接。

所述仰拱拱架和上部拱架组成环状结构，仰拱拱架的端部与上部相邻拱架的端部侧壁均设有连接板，相邻两连接板之间设置有橡胶垫板、并通过紧固件固定。

所述仰拱拱架相邻两榀之间连接有一组连接杆。

所述拱架单元为筒状结构，拱架单元一端设有封口板为封闭端、另一端为敞口端，其中封闭端的侧壁上设有排气孔；所述拱架单元内浇筑有混凝土。

所述拱架单元敞口端与相邻拱架单元的封闭端插接在套筒里，相邻拱架单元的端部之间设有橡胶垫；所述拱架单元拼接位置处的弯曲曲率与套筒的弯曲曲率相适应。

所述拱架单元敞口端外侧设有定位套筒的定位件；

所述定位件为环向设置在拱架单元外侧壁的定位板；或者是至少一个垂直设置在拱架单元外侧壁上的定位杆。

所述拱架单元在上部拱架与周边围岩之间对称设置有锚杆。

所述的基于套筒连接的拱架支护体系的施工方法，对于上部拱架具体步骤如下：

步骤一、对拱架单元和套筒进行曲率加工；

步骤二、在拱架单元中浇筑配置的混凝土；

步骤三、在拱架单元连接处安装橡胶垫；

步骤四、通过套筒将拱架单元拼接成上部拱架，由上部拱架两边到拱顶中部依次拼接；

步骤五、在起始的拱架单元端部安装锚杆；

步骤六、重复步骤三至步骤五，依次完成各个上部拱架的拼装；

步骤七、在相邻上部拱架间安装连接杆。

所述的基于套筒连接的拱架支护体系的施工方法，其特性在于，还包括仰拱拱架施工，步骤如下：

步骤一、在仰拱拱架端部分别固定连接板；

步骤二、在仰拱拱架端部上方相邻拱架单元的侧壁安装连接板；

步骤三、在仰拱端部的拱架单元与带有连接板的拱架单元采用螺栓固定连接板，连接板间设置有橡胶垫板；

步骤四、仰拱拱架的拱架单元自两边向中间依次采用套筒连接；

步骤五、重复步骤一至步骤四，依次完成各个仰拱拱架的拼装，并在相邻仰拱拱架间之间安装连接杆。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过筒状拱架单元中混凝土的浇筑，有效提高了拱架的整体受力，进而提升拱架整体的支护效果，同样支护效果下较传统型钢支护可有效减少钢材用量；采用套筒式连接，可使得拱架装配简便，易操作；通过拱架单元敞口端定位件的设置可以有效地固定和承托套筒，相邻拱架单元连接处设置的橡胶垫，可起到填充间隙以及变形让压的作用，进一步提高了支护体系的受力效果；通过锁脚锚杆与周边围岩的连接以及连接板的固定，可使得支护体系更具整体性；本支护体系在施工时，可根据支护结构的施工工法不同，进行分段预制施工，有效地节省了施工时间。

附图说明

图1是拱架支护体系示意图；

图2是I型连接节点示意图；

图3是II型连接节点示意图；

图4是II型连接节点I-I剖面示意图；

图5是 II型连接节点II-II剖面示意图；

图6 是拱架纵向连接示意图。

附图标记：1-拱架单元；2-I型连接节点；3-II型连接节点；4-锚杆；5-混凝土；6-套筒；7-封口板；8-定位件；9-排气孔；10-连接板；11-橡胶垫板；12-螺栓孔；13-加劲肋；14-连接杆；15-橡胶垫。

具体实施方式

如图1和图6所示的一种基于套筒连接的拱架支护体系，本实施例中包括上部拱架和仰拱拱架，二者形成环状结构，其中上部拱架和仰拱拱架各自相邻两榀拱架之间设置有连接杆14，上部拱架和仰拱拱架均是由一组拱架单元1依次拼接而成的，相邻拱架单元1之间通过套筒6连接。

如图2所示，本实施例以套筒6连接的节点为I型连接节点2，I型连接节点2中采取套筒6内径大于拱架单元1外径，将拱架单元1一端通过封口板7进行焊接封闭，封闭端附近开设有排气孔9，定位件8为敞口端一侧焊接环形定位板；施工时先将套筒6套于先期架立的拱架单元1敞口端上，并通过定位板固定，在拱架单元1敞口端设置橡胶垫15，然后将后架立拱架单元1的封闭端***套筒6。

如图3至图5所示，本实施例以仰拱拱架与上部拱架拼接处节点为II型连接节点3，此处仰拱拱架单元1在混凝土5灌注前利用加劲肋13将仰拱拱顶拱架单元1端部与连接板10焊接相连，通过顺拱架单元1方向帮条焊，连接板四周留有螺栓孔12，将连接处上部拱架单元1侧壁与连接板10相连，上部与仰拱拱架单元1架立后采用螺栓将两块连接板10紧固，并在连接板10间设置橡胶垫板11。

以隧道围岩支护为例，对本发明做进一步的详细说明：

步骤一、根据围岩等级、断面大小确定合理的拱架尺寸，拱架需满足刚度、强度及稳定性要求，并进一步依据采用的施工工法及考虑施工便捷性，确定拱架单元1合理段数：在小型支护结构中，只需要支设上部拱架，如果上部拱架不能满足支护要求时，增设仰拱拱架；常规支护时，上部拱架可拆分成5-7段，且应根据受力计算结果避免将拆分节点设置在内力较大处。

步骤二、拱架单元1采用圆形钢管制作，钢管不宜过细，外径应不小于100mm，厚度不小于4mm；每段钢管用冷弯机分别进行冷弯加工，将钢管按照I型连接节2进行定位板、排气孔9和封口板7的加工，定位板焊接位置距敞口端距离为套筒6长度的1/2，橡胶垫15在拱架拼装组合前事先利用胶黏剂粘于钢管敞口端；将上部拱架和仰拱拱架连接处钢管依据II型连接节点3设计要求焊接连接板10。

步骤三、配置并灌注混凝土5，先清除钢管内污渍，灌注混凝土5时应尽量保持钢管竖直，由开口端逐步灌注混凝土5，并及时振捣，保证钢管底部排气孔9有浆液溢出；浇筑完毕后应对钢管中混凝土5进行养护，待强度满足规定后进行拱架安装。

步骤四、采用冷弯机加工套筒6，套筒6长度取40cm，每个节点套筒6的曲率与所连拱架单元1相匹配。

步骤五、根据开挖面的施工情况，通过套筒6将拱架单元拼接成上部拱架，由上部拱架两边到拱顶中部依次拼接：如图1所示，以隧道上、下台阶法施工为例进行说明，a~i为拱架支护体系的拱架单元1，其中上台阶支护拱架由b~f五节组成，上台阶开挖后，拱架由两侧向中部拼装；首先，将b、f两节封闭端立地，并施作锁脚锚杆，锁脚位置高于封闭端所要安装套筒6的长度，然后在b、f开口端安装橡胶垫15和套筒6，套筒6通过定位板固定，其次再将c、e两节封闭端分别***b、f连接的套筒6内，最后安装中部d节，从而完成上台阶拱架拼装；d节不需安装定位板，将两个套筒6分别套至d节两端，d节抬举到位后，将d节两端套筒6下落分别与c、e节相连，并通过c、e节的定位板卡位；

下台阶开挖后，首先将套筒6分别套入b、f两节底部，然后安装a、g两节拱架单元1，a、g两节拱架单元1上部敞口端设置有橡胶垫15，侧壁上焊接有连接板10，a、g两节拱架单元1安装到位后落下b、f两节底部套筒6，并通过a、g节上的定位板卡定；接下来，安装仰拱部位i、h两节拱架单元1，i、h两节拱架单元1端部焊接有连接板10，可先安装i节，通过螺栓与a节连接板10相连，在两块连接板10间加入橡胶垫板11，并事先将套筒6套于i节敞口端，然后安装h节，同样通过螺栓与g节连接板10相连，且两块连接钢板间加入橡胶垫板11，并将i节上的套筒6拨至于i、h两节连接处，其中i、h两节紧贴地面，且连接处主要受水平方向作用力，故在敞口端不焊接定位板，至此完成本实施例中一榀支护拱架的拼装。

步骤六、如图6所示，一榀支护拱架拼装架立完成后，沿环向以1m间距焊接连接杆14与相邻支护拱架相连，且纵向相邻连接杆14交错布置。

步骤七、对支护拱架顶部沉降、拱腰收敛、拱架单元1及连接节点应变及所受围岩压力进行监测，通过数据反馈验证拱架支护的有效性，并为拱架动态优化设计与施工提供支撑。

显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明的突出特点所作的阐释，而并非是对本发明实施方式的限定；对于所属领域的技术人员而言，在上述说明的使用基础上仍可以做出其它不同形式的变化或变动，若未对其进行创造性改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于套筒连接的拱架支护体系，其特征在于：拱架支护体系包括一组平行间隔设置的上部拱架以及连接在相邻两榀上部拱架之间的连接杆（14）；所述上部拱架是由一组拱架单元（1）依次拼接而成的，相邻拱架单元（1）之间通过套筒（6）连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于套筒连接的拱架支护体系，其特征在于：所述拱架支护体系还包括仰拱拱架，所述仰拱拱架由一组拱架单元（1）依次拼接而成，相邻拱架单元（1）之间通过套筒（6）连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于套筒连接的拱架支护体系，其特征在于：所述仰拱拱架和上部拱架组成环状结构，仰拱拱架的端部与上部相邻拱架的端部侧壁均设有连接板（10），相邻两连接板（10）之间设置有橡胶垫板（11）、并通过紧固件固定。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于套筒连接的拱架支护体系，其特征在于：所述仰拱拱架相邻两榀之间连接有一组连接杆（14）。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于套筒连接的拱架支护体系，其特征在于：所述拱架单元（1）为筒状结构，拱架单元（1）一端设有封口板（7）为封闭端、另一端为敞口端，其中封闭端的侧壁上设有排气孔（9）；所述拱架单元（1）内浇筑有混凝土（5）。

6.根据权利要求5所述的一种基于套筒连接的拱架支护体系，其特征在于：所述拱架单元（1）敞口端与相邻拱架单元（1）的封闭端插接在套筒（6）里，相邻拱架单元（1）的端部之间设有橡胶垫（15）；

所述拱架单元（1）拼接位置处的弯曲曲率与套筒（6）的弯曲曲率相适应。

7.根据权利要求6所述的一种基于套筒连接的拱架支护体系，其特征在于：所述拱架单元（1）敞口端外侧设有定位套筒的定位件（8）；

所述定位件（8）为环向设置在拱架单元（1）外侧壁的定位板

或者是至少一个垂直设置在拱架单元（1）外侧壁上的定位杆。

8.根据权利要求7所述的一种基于套筒连接的拱架支护体系，其特征在于：所述拱架单元（1）在上部拱架与周边围岩之间对称设置有锚杆（4）。

9.根据权利要求8所述的基于套筒连接的拱架支护体系的施工方法，其特性在于，对于上部拱架具体步骤如下：

步骤一、对拱架单元（1）和套筒（6）进行曲率加工；

步骤二、在拱架单元（1）中浇筑配置的混凝土（5）；

步骤三、在拱架单元（1）连接处安装橡胶垫（15）；

步骤四、通过套筒（6）将拱架单元（1）拼接成上部拱架，由上部拱架两边到拱顶中部依次拼接；

步骤五、在起始的拱架单元（1）端部安装锚杆（4）；

步骤六、重复步骤三至步骤五，依次完成各个上部拱架的拼装；

步骤七、在相邻上部拱架间安装连接杆（14）。

10.根据权利要求9所述的基于套筒连接的拱架支护体系的施工方法，其特性在于，还包括仰拱拱架施工，步骤如下：

步骤一、在仰拱拱架端部分别固定连接板（10）；

步骤二、在仰拱拱架端部上方相邻拱架单元（1）的侧壁安装连接板（10）；

步骤三、在仰拱端部的拱架单元（1）与带有连接板（10）的拱架单元（1）采用螺栓固定连接板（10），连接板（10）间设置有橡胶垫板（11）；

步骤四、仰拱拱架的拱架单元（1）自两边向中间依次采用套筒（6）连接；

步骤五、重复步骤一至步骤四，依次完成各个仰拱拱架的拼装，并在相邻仰拱拱架间之间安装连接杆（14）。