CN114562294A - 一种隧道让压支护限阻吸能控制器 - Google Patents

一种隧道让压支护限阻吸能控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种隧道让压支护限阻吸能控制器，由多个单体组装而成，相邻单体之间通过上连接钢板和下连接钢板连接，上连接钢板和下连接钢板均通过连接板螺栓连接固定，在上下连接钢板处布置若干个栓钉剪力键，钢拱架放置在控制器上下钢面板中间，将与控制器相连接的部分放置在钢套筒内。本发明的优点在于：让压限阻吸能效果明显，支护体系受力更加合理，现场施工方便，能有效控制隧道大变形问题。

Description

一种隧道让压支护限阻吸能控制器
技术领域
本发明属于交通及采矿隧道支护领域，尤其涉及一种隧道让压支护限阻吸能控制器。
背景技术
随着交通建设事业的大力发展，地下空间会得到越来越多的利用，隧道建设也会面临越来越多的难题，其中隧道围岩变形给隧道施工安全带来了很大的隐患，造成重大经济安全问题。传统的强支护理念的高地应力、软弱围岩的条件下越来越难以发挥作用。如新建成兰铁路杨家坪隧道围岩受断层及褶曲构造影响，岩层陡倾近于直立，隧道施工过程中受软岩、高地应力影响，衬砌支护出现严重的扭曲、变形等灾害，严重影响隧道施工安全。因此解决隧道支护问题是必须要面临的问题。
传统的支护方式和支护理念并不能很好的抵抗围岩产生的变形，关于隧道大变形问题的支护方式和支护理念有待提高，即要求支护体系不能抵抗围岩传来的载荷，还具有一定的与围岩协调变形的能力。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种隧道让压支护限阻吸能控制器，能有效的解决隧道软岩变形中现有的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种隧道让压支护限阻吸能控制器，由多个单体组装而成，相邻单体之间通过1组上下连接钢板(上连接钢板和下连接钢板)连接，上连接钢板和下连接钢板均通过连接板螺栓连接固定。
单体包括上下波浪形钢板(上波浪形钢板和下波浪形钢板)、中隔钢板、上下钢板面(上钢面板和下钢面板)，上波浪形钢板焊接在上钢面板与中隔钢板之间，下波浪形钢板焊接在下钢面板于中隔钢板之间，上下波浪形钢板(上波浪形钢板和下波浪形钢板)、中隔钢板、上下钢面板(上钢面板和下钢面板)构成单体主体结构，中隔钢板、上下波浪形钢板(上波浪形钢板和下波浪形钢板)两侧紧密贴靠布置竖直钢板，且并不与两侧的竖直钢板固定连接，竖直钢板上下两端分别焊接固定在上钢面板和下钢面板上；
在上下钢面板(上钢面板和下钢面板)上安装有若干栓钉剪力键；
单体主体结构上下两侧均安装有法兰板，其中一个法兰板通过法兰板与钢拱架定位螺栓固定在上钢面板上，另一个法兰板通过法兰板与钢拱架定位螺栓固定在下钢面板上，法兰板位于单体主体结构中部，法兰板与钢拱架焊接连接，钢拱架外部套设有工字钢套筒，钢拱架通过工字钢与套筒间定位螺栓与工字钢套筒相连接，在钢拱架外部套设工字钢套筒。
进一步的，栓钉剪力键与喷射的混凝土更好的进行连接，防止钢面板与喷射混凝土接触面间出现相对剪切滑移。
进一步的，上连接钢板和下连接钢板均通过6颗连接板螺栓与单体连接固定，每榀单体均安装两排连接板螺栓，每排为3颗螺栓。
进一步的，上波浪形钢板倒置焊接固定在上钢面板和中隔钢板之间，下波浪形钢板顺置焊接固定在中隔钢板与下钢面板之间。
进一步的，波浪形钢板数量和中隔钢板数量根据实际工程确定，可多层叠加布置。
进一步的，钢拱架的长和宽与法兰板的长和宽相同。
进一步的，在钢拱架翼缘处布设螺栓孔，每个翼缘布置2个螺栓孔。
进一步的，上下钢面板(上钢面板和下钢面板)厚度宜为10-15mm。上下波浪形钢板(上波浪形钢板和下波浪形钢板)厚度宜为8-12mm，竖直钢板厚度宜为8-12mm。(钢板类型为屈服钢(如：Q345B，Q235B等))
上下钢面板(上钢面板和下钢面板)上还留有预留连接板螺栓孔。
本发明的有益效果：
在受到围岩传来的载荷时，竖直钢板发生外压缩变形，上下波浪形钢板(上波浪形钢板和下波浪形钢板)和中隔钢板发生竖直钢板发生竖直方向压缩变形，且能够承受一定的载荷，压缩完成后仍能继续承受围岩传来的载荷，让压限阻吸能效果明显，形成了一种“刚-柔-刚耦合支护方法”。
本发明在抵抗隧道围岩变形时，不仅能够提供较大的承载能力，且能够与围岩协调变形，边支护边让压，既能解决及时强支护不经济的问题，又能解决分层支护不及时的问题，有效控制隧道围岩的变形量。
附图说明
图1为本发明的控制器拼接后结构示意图；
图2为本发明的控制器单体结构示意图；
图3为本发明的控制器单体俯视图；
图4为本发明的控制器单体上部结构示意图；
图5为本发明的控制器钢套筒与钢拱架结构示意图
图6为本发明的控制器拼接后中部结构示意图；
图7为控制器单体中部结构示意图。
图中：1-上部钢面板、2-下部钢面板、3-上波浪形钢板、4-下波浪形钢板、5-竖直钢板、6-中隔钢板、7-上连接钢板、8-下连接钢板、9-连接板螺栓、10-栓钉剪力键、11-工字钢与套筒间定位螺栓、12-工字钢套筒、13-钢拱架、14-法兰板、15-法兰板与钢拱架定位螺栓、16-预留连接板螺栓孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种隧道让压支护限阻吸能控制器，其上下钢面板(上钢面板1和下钢面板2)厚度宜为10-15mm。上下波浪形钢板(上波浪形钢板3和下波浪形钢板4)厚度宜为8-12mm，竖直钢板5厚度宜为8-12mm。隧道让压支护限阻吸能控制器整体的高度、横向厚度、波浪形钢板数量以及中隔钢板6的数量可根据实际工程中围岩压力和让压范围进行选取。
如图1和图6所示，隧道让压支护限阻吸能控制器由多个单体组装而成，相邻单体之间通过1组上下连接钢板(上连接钢板7和下连接钢板8)连接，上连接钢板7和下连接钢板8均通过6颗连接板螺栓9连接固定，每榀单体均安装两排连接板螺栓9，每排为3颗螺栓。通过连接的钢板和连接板螺栓9将各单体连接，保证了隧道让压支护限阻吸能控制器整体的稳定性，防止在受到围岩传来的载荷时，出现连接不稳，而导致隧道让压支护限阻吸能控制器整体结构失效的情况。
如图2和图7所示，单体包括上下波浪形钢板(上波浪形钢板3和下波浪形钢板4)、中隔钢板5、上下钢板面(上钢面板1和下钢面板2)，波浪形钢板(上波浪形钢板3和下波浪形钢板4)数量及中隔钢板6数量根据有实际工程可多层叠加布置。其中，上波浪形钢板3倒置焊接固定在上钢面板1和中隔钢板6之间，下波浪形钢板顺置焊接固定在中隔钢板6与下钢面板2之间，上下波浪形钢板(上波浪形钢板3和下波浪形钢板4)、中隔钢板6、上下钢面板(上钢面板1和下钢面板2)构成单体主体结构。中隔钢板6、上下波浪形钢板(上波浪形钢板3和下波浪形钢板4)两侧紧密贴靠布置竖直钢板5，且并不与两侧的竖直钢板5固定连接，竖直钢板5上下两端分别焊接固定在上钢面板1和下钢面板2上。
如图3所示，根据不同围岩压力和让压范围，在上下钢面板(上钢面板1和下钢面板2)上安装有若干栓钉剪力键10，整个让压支护限阻吸能控制器通过栓钉剪力键10与喷射的混凝土更好的进行连接，防止二者接触面出现水平相互滑移，使其成为一个整体更好的抵抗外界的变形，主要承受起到抗剪的作用，使得整个结构的受力状态更加合理。
上下钢面板(上钢面板1和下钢面板2)上还留有预留连接板螺栓孔16。
如图4和图5所示，单体主体结构上下两侧均安装有法兰板14，其中一个法兰板14通过4个法兰板与钢拱架定位螺栓15固定在上钢面板1上，另一个法兰板14通过4个法兰板与钢拱架定位螺栓固定在下钢面板2上。法兰板14位于单体主体结构中部，使单体主体结构受力更加合理，法兰板与钢拱架13焊接连接，钢拱架13的长和宽与法兰板的长宽相同。钢拱架13将载荷通过法兰板14更加均匀的传递给单体主体结构，使单体主体结构受力更加均匀。钢拱架13外部套设有工字钢套筒12，并在钢拱架13翼缘处布设定为螺栓孔，每个翼缘布置2个螺栓孔，钢拱架13通过工字钢与套筒间定位螺栓11与工字钢套筒相连接。在钢拱架13外部套设钢套筒12，可以更好的防止钢拱架受到较大的弯矩，保证钢拱架必要的稳定性。
整个隧道让压支护限阻吸能控制器在施工现场不需要进行焊接，只需要通过工字钢与套筒间定位螺栓11将钢拱架与钢套筒12进行连接，通过连接板螺栓9将相邻两个单体进行连接，即完成每榀单体之间的连接，通过法兰板14与钢拱架13定位螺栓将钢拱架13和单体主体进行连接，在单体的上下钢面板(上钢面板1和下钢面板2)上均安装有若干栓钉剪力键10，栓钉剪力键10位于钢套筒12的两侧，通过上下钢面板(上钢面板1和下钢面板2)上的螺栓剪力键10与喷射混凝土进行有效连接，防止二者在接触面上出现水平滑移现象，整个安装过程中不需要进行焊接，现场施工方便。
将隧道让压支护限阻吸能控制器整体安装完成后，当承受围岩传来的载荷时，其上的栓钉剪力键10与喷射的混凝土进行更好的连接，防止二者接触面出现水平滑移，起到了抗剪的作用。钢套筒12对钢拱架13具有保护作用，防止承受较大的弯矩，钢拱架13将围岩传来的载荷通过法兰板14更均匀的传递给上下钢面板(上钢面板1和下钢面板2)，然后竖直钢板5首先受到传来的载荷发生形变，一旦竖直钢板5发生向内侧变形，由于中隔钢板6和上下波浪形钢板(上波浪形钢板3和下波浪形钢板4)不与竖直钢板5进行连接，所以中隔钢板会对竖直钢板5提供向外侧水平推力，抵抗其向内侧发生变形，提高单体主体承载力，随着竖直钢板5向外侧发生的抵抗变形越来越大，上下波浪形钢板(上波浪形钢板3和下波浪形钢板4)和中隔钢板6开始承受载荷，单体主体呈现竖向压缩趋势，整个过程让压限阻吸能效果明显。随着传来的载荷越来越大，竖直钢板5、上下波浪形钢板(上波浪形钢板3和下波浪形钢板4)和中隔钢板6，变形越来越大，最终被压紧密实，整个让压支护限阻吸能控制器不再随围岩发生变形，让压限阻吸能过程结束，整个限阻吸能控制器继续抵抗围岩传来的载荷，整个支护体系受力合理，限阻让压吸能效果明显。在施工期间密切监测让压支护限阻吸能控制器和初期支护变形，当整个让压支护限阻吸能控制器的变形量超过预设变形量限值时，及时进行预警，更好的保证初期支护的稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于,由多个单体组装而成，相邻单体之间通过上连接钢板和下连接钢板连接，上连接钢板和下连接钢板均通过连接板螺栓连接固定；
单体包括上波浪形钢板、下波浪形钢板、中隔钢板、上钢面板、下钢面板，上波浪形钢板焊接在上钢面板与中隔钢板之间，下波浪形钢板焊接在下钢面板与中隔钢板之间，上波浪形钢板、下波浪形钢板、中隔钢板、上钢面板、下钢面板构成单体主体结构，中隔钢板、上波浪形钢板、下波浪形钢板两侧紧密贴靠布置竖直钢板，且并不与两侧的竖直钢板固定连接，竖直钢板上下两端分别焊接固定在上钢面板和下钢面板上；
在上钢面板和下钢面板上均安装有若干栓钉剪力键；
单体主体结构上下两侧均安装有法兰板，其中一个法兰板通过法兰板与钢拱架定位螺栓固定在上钢面板上，另一个法兰板通过法兰板与钢拱架定位螺栓固定在下钢面板上，法兰板位于单体主体结构中部，法兰板与钢拱架焊接连接，钢拱架外部套设有工字钢套筒，钢拱架通过工字钢与套筒间定位螺栓与工字钢套筒相连接。
2.根据权利要求1所述的隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于，栓钉剪力键与混凝土连接。
3.根据权利要求1所述的隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于，上连接钢板和下连接钢板均通过6颗连接板螺栓与单体连接固定，每榀单体均安装两排连接板螺栓，每排为3颗螺栓。
4.根据权利要求1所述的隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于，上波浪形钢板倒置焊接固定在上钢面板和中隔钢板之间，下波浪形钢板顺置焊接固定在中隔钢板与下钢面板之间。
5.根据权利要求1所述的隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于，钢拱架的长和宽与法兰板的长和宽相同。
6.根据权利要求1所述的隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于，在钢拱架翼缘处布设螺栓孔，每个翼缘布置2个螺栓孔。
7.根据权利要求1所述的隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于，上钢面板和下钢面板厚度均为10-15mm；上波浪形钢板和下波浪形钢板厚度均为8-12mm，竖直钢板厚度为8-12mm。
8.根据权利要求1所述的隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于，上钢面板和下钢面板上均还留有预留连接板螺栓孔。
9.根据权利要求1所述的隧道让压支护限阻吸能控制器，其特征在于，波浪形钢板数量和中隔钢板数量根据实际工程确定，多层叠加布置。
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