CN209892222U

CN209892222U - 支护装置

Info

Publication number: CN209892222U
Application number: CN201920098737.XU
Authority: CN
Inventors: 杨仁树; 李昂; 李永亮; 林海; 赵志伟
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2029-01-21

Abstract

本申请涉及隧道挖掘技术领域，尤其是涉及一种支护装置。支护装置包括支护板和锚杆；所述支护板设置在隧道内壁上；多个所述锚杆穿过所述支护板伸入所述隧道土体内，用于锚固所述支护板。本申请提供的支护装置，通过将支护板覆盖在隧道内壁上，多个锚杆穿过支护板伸入隧道土体内，用于锚固和施加预应力，适用于多种复杂地质条件，保证了隧道的整体性，实现对隧道的支护。

Description

支护装置

技术领域

本申请涉及隧道挖掘技术领域，尤其是涉及一种支护装置。

背景技术

随着隧道挖掘工程技术的发展，目前地下隧道交通的建设受到越来越多的欢迎，而隧道的支护是至关重要的一个环节。在铁路隧道施工中经常会遇到不良地质条件，比如有些隧洞沿线的断裂构造发育情况不良造成地质围岩状况易破碎断裂、以及一些水文地质和特殊地质情况的出现，若按照常规的铁路隧道施工方法只简单的进行初期支护和二次衬砌作为隧道支护结构，而其中初期支护由单层喷混凝土、***锚杆与内置钢架构成，为柔性支护体系，这样对于上述较差的地质条件，初期支护极易产生变形、开裂，很有可能导致围岩沉降强烈，渗水较大，严重时甚至可能导致岩体坍塌、涌水。

现有技术采用临时锚杆锚固，然后挂钢丝网，最后喷砂锚固，技术复杂、工期慢、复杂地质条件不稳定性高。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种支护装置，通过将支护板覆盖在隧道内壁上，多个锚杆穿过支护板伸入隧道土体内，用于锚固和施加预应力，适用于多种复杂地质条件，保证了隧道的整体性，实现对隧道的支护。

第一方面，本申请实施例提供了一种支护装置，包括设置在隧道内壁上的支护板，和用于锚固所述支护板的锚杆；

多个所述锚杆穿过所述支护板。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：所述支护板的数量设置为多块；

多块所述支护板铺设成用于支护所述隧道内壁的支护板组。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：所述锚杆的一端设置有用于锚固所述支护板的锚固件。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中：所述锚固件为螺母；

所述螺母与所述锚杆上的螺纹配合，将所述支护板固定。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中：所述锚固件还包括锚板；

所述锚板设置于所述支护板与所述螺母之间，所述锚板套入所述锚杆并抵住所述支护板。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中：所述支护板为弧形板；

所述锚杆沿所述支护板组内壁弧面的周向等角度设置。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中：所述锚杆沿所述弧形板的轴向等距离设置。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中：还包括填充层，所述填充层用于填充所述支护板与隧道土体之间的空隙；

所述填充层为柔性填充层或刚性填充层。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中：所述支护板安装有用于对所述支护板进行支撑的底座。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，所述支护板为波纹板。

本申请提供的支护装置，通过将支护板覆盖在隧道内壁上，多个锚杆穿过支护板伸入隧道土体内，用于锚固和施加预应力，适用于多种复杂地质条件，保证了隧道的整体性，实现对隧道的支护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的支护装置的安装结构示意图；

图2为本申请实施例提供的支护装置的结构示意图；

图3为图1的局部放大图Ⅰ；

图4为本申请实施例提供的支护板的截面示意图。

附图标记：

101：支护板；102：填充层；103：隧道土体；201：锚杆；202：锚板；203：螺母；301：底座。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如附图1-图4所示，本申请提供了一种支护装置，包括支护板101和锚杆201；支护板101设置在隧道内壁上，作为隧道土体103的支撑。这里支护板101采用的镀锌波纹钢板，也称镀锌板或白铁皮，如图4所示，其截面为波纹状，其原理在于同截面的材料它的截面离重心越远，受力越合理。这种设计可以大大提高其表面承受外载荷的能力：是厚度0.25～2.5mm的冷轧连续热镀锌薄钢板和钢带。钢板表面美观，以块状或树叶状锌结晶花纹，镀锌层牢固，有优良的耐大气腐蚀性能。同时，钢板还有良好的焊接性能和冷加工成型性能。与电镀锌薄钢板相比，热镀锌薄钢板镀锌层较厚，主要用于要求耐蚀性较强的部件。

在本实施例中，波纹板可以是整体的亦可以是拼接的。当波纹板采用整体设计，可以保证其整体强度，但拆装麻烦；当波纹板采用拼接设计，其拆装方便并可以重复利用，但强度稍差。这里根据具体施工需求自行选择，只要保证施工的需求即可。

需要指出的是，在本实施例中，支护板101采用的镀锌波纹钢板，但其不仅仅局限于上述一种材质，其还可以是高强度塑料、或者任意能做成工程所需形状的各种材料，其只要满足具有足够的强度，能够有效分散上部土体应力即可。

在本实施例中，如图1所示，多个所述锚杆201穿过所述支护板101伸入所述隧道土体103内，锚杆201作为深入隧道土体103的受拉构件，它一端与支护板101连接，另一端深入隧道土体103中，整根锚杆201分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆201头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆201施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。锚杆201是当代隧道支护的最基本的组成部分，他将隧道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。

具体地，在本实施例中，锚杆201支护是通过围岩内部的锚杆201改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆201与围岩共同作用，达到维护巷道稳定的目的；锚杆201的力学作用主要有悬吊作用、组合梁作用、组合拱作用、减跨作用、加固作用；锚杆201不但支护效果好，且用料省、施工简单、有利于机械化操作、施工速度快。但是锚杆201不能封闭围岩，防止围岩风化；不能防止各锚杆201之间裂隙岩石的剥落。

具体地，在本实施例中，采用的是端头锚固型锚杆，但其不仅仅局限于上述一种结构方案，其还可以是全长粘结型锚杆、摩擦型锚杆、预应力锚杆和自钻式锚杆，锚杆设计应根据隧洞围岩地质情况工程断面和使用条件等分别选用上述类型的锚杆。

具体地，在本实施例中，全长粘结型锚杆，杆体材料宜采用Ⅰ、Ⅱ级钢筋，钻孔直径为18～32mm的小直径锚杆的杆体材料宜用Q235钢筋；杆体钢筋直径宜为16～32mm；杆体钢筋保护层厚度采用水泥砂浆时不小于8mm，采用树脂时不小于4mm；杆体直径大于32mm的锚杆201应采取杆体居中的构造措施；水泥砂浆的强度等级不应低M20；对于自稳时间短的围岩宜用树脂锚杆或早强水泥砂浆锚杆。端头锚固型锚杆，杆体材料宜用Ⅱ级钢筋杆体直径为16～32mm，树脂锚固剂的固化时间不应大于10min，快硬水泥的终凝时间不应大于12min，树脂锚杆锚头的锚固长度宜为200～250mm，快硬水泥卷锚杆锚头的锚固长度宜300～400mm，托板可用Q235钢厚度不宜小于6mm，尺寸不宜小于150mm*150mm，锚头的设计锚固力不应低于50kN，服务年限大于5年的工程应在杆体与孔壁间注满水泥砂浆。摩擦型锚杆，缝管锚杆的管体材料宜用16锰或20锰硅钢壁厚为2.0～2.5mm；楔管锚杆的管体材料可用Q235钢，壁厚为2.75～3.25mm；缝管锚杆的外径为30～45mm，缝宽为13～18mm；楔管锚杆201缝管段的外径为40～45mm，缝宽宜为10～18mm，圆管段内径不宜小于27mm；钻孔直径应小于摩擦型锚杆的外径。宜采用碟形托板材料为Q235钢，厚度不应小4mm，尺寸不应小于120mm*120mm；杆体极限抗拉力不宜小于120kN；挡环与管壁焊接处的抗脱力不应小于80kN；缝管锚杆201的初锚固力不应小于25kN/m，当需要较高的初锚固力时，可采用带端头锚塞的缝管锚杆或楔管锚杆；水胀式锚杆材料宜选用直径为48mm，壁厚2mm的无缝钢管并加工成外径为29mm，前后端套管直径为35mm的杆体；水胀式锚杆的托板材料规格同摩擦型锚杆。预应力锚杆，硬岩锚固宜采用拉力型锚杆，软岩锚固宜采用压力分散型或拉力分散型锚杆；设计锚杆锚固体的间距应考虑锚杆相互作用的不利影响；确定锚杆倾角应避开锚杆与水平面的夹角为-10°～+10°这一范围；预应力筋材料宜用钢绞线高强钢丝或高强精轧螺纹钢筋，对穿型锚杆及压力分散型锚杆的预应力筋应采用无粘结钢绞线；当预应力值较小或锚杆长度小于20m时，预应力筋也可采用Ⅰ级或Ⅱ级钢筋；预应力锚杆的锚固段灌浆体宜选用水泥浆或水泥砂浆等胶结材料，其抗压强度不宜低于30MPa，压力分散型锚杆锚固段灌浆体抗压强度不宜低于40MPa；预应力锚杆的自由段长度不宜小于5m。自钻式锚杆，自钻式锚杆杆体应采用厚壁无缝钢管制作，外表全长应具有标准的连接螺纹，并能任意切割和用套筒联接加长；自钻式锚杆结构应包括中空杆体垫板螺母联接套筒和钻头，用于锚杆加长的联接套筒应与锚杆杆体具有同等强度。***锚杆布置，在隧洞横断面上锚杆应与岩体主结构面成较大角度布置，当主结构面不明显时可与隧洞周边轮廓垂直布置；在岩面上锚杆宜呈菱形排列，锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2，Ⅳ、Ⅴ级级围岩中的锚杆间距宜为0.5～1m，并不得大于1.25m。

在本实施例中，如图1所示，支护板101数量设置为多块，多块所述支护板101铺设成用于支护所述隧道内壁的支护板组，保证隧道内壁的整体封闭性，避免由于局部应力集中导致支护板101破裂。

具体地，在本实施例中，支护板101可采用工厂加工完现场拼接方式或者现场加工成型，无论采用哪种加工方式，其只要保证安装后支护板101的封闭性，保证对隧道支护的稳定性即可。

需要指出的是，在本实施例中，支护板101可采用工厂加工完现场拼接方式或者现场加工成型，支护板101应保证拆卸方便，当施工结束后可以拆下重复利用，降低施工成本，实现资源的循环利用。

在本实施例中，锚杆201作为深入隧道土体103的受拉构件，它一端与支护板101连接，另一端深入隧道土体103中，锚杆201突出隧道土体103的部分设置有锚固组件，将支护板101固定。锚杆201的自由段将锚杆201头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚杆201施加预应力。

在本实施例中，锚固组件包括锚板202和螺母203；锚板202，包括板体和设置于板体中部的安装孔，板体为平板结构，板体的形状为菱形，锚杆201穿过锚板202上的安装孔，配合"T"字型螺钉使用，将锚板202固定，增加受力面积。

需要指出的是，在本实施例中，锚板202的形状为菱形，但其不仅仅局限于上述一种形状，其还可以是任意一种形状，比如矩形、三角形或圆形，其只要保证锚固的稳定性即可。

在本实施例中，"T"字型螺钉与锚杆201上的螺纹配合，将锚板202固定，但其不仅仅局限于上述一种固定方式，其还可以不用锚板202，依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用隧道净空少等优点。

在本实施例中，如图1所示，支护板101为弧形板；锚杆201沿所述支护板组内壁弧面的周向等角度设置，隧道土体103的应力作用于支护板101上，这种结构设计保证隧道内壁周向锚杆201可以均匀分担隧道土体103作用于支护板101上的应力，保证锚杆201所受的拉力一致，进而保证整个支护装置的稳定性。

需要指出的是，在本实施例中，支护板101的形状不仅仅局限于弧形，其形状应根据开挖形状设计，即本支护装置适用于任意倾斜角度的巷道支护，只要保证支护板101的形状与开挖形状相同，进而保证支护板101可以支护任意形状的开挖断面即可。因此本申请提供的支护装置不仅仅可以用于隧道倾斜支护，其还可以用于竖直深井作业现场的支护或其它施工现场。

需要指出的是，在本实施例中，锚杆201沿所述支护板组内壁弧面的周向等角度设置，但其不仅仅局限于上述一种分布方式，其还可以为等距、梅花状或不规则分布等，只要保证支护装置的锚固性即可。

在本实施例中，如图3所示，锚杆201沿所述弧形板的轴向等距离设置，隧道土体103的应力作用于支护板101上，这种结构设计保证隧道内壁长度方向锚杆201可以均匀分担隧道土体103作用于支护板101上的应力，保证锚杆201所受的拉力一致，进而保证整个支护装置的稳定性。

在本实施例中，如图1、图2所示，支护板101与隧道土体103之间设置有填充层102，根据不同的地质条件选择不同功能性的填充层102，可以有效地吸收隧道土体103的应力或促进应力的传递和释放，保护和发挥支护装置的功能。

具体地，在本实施例中，所述填充层102为柔性填充层102，柔性填充层102可以由发泡、聚苯板、塑料等材料制成，其可以是由其中任意一种或几种材料制成，填充柔性填充材料可以吸收能量并缓慢释放应力。

具体地，在本实施例中，所述填充层102或为刚性填充层102，刚性填充剂可以由细石混凝土、砂浆或灌浆料等材料制成，其可以是由其中任意一种或几种材料制成，保证应力传递至支护板101，通过支护板101传递至底座301。

在本实施例中，如图1、图2所示，支护板101设置有底座301。支护板101两端固定在底座301上，底座301作为支护板101的支撑落在地面上。由于支护板101为隧道土体103应力的主要承受结构，所以要求支护板101具有足够强度的同时，设置底座301为支护板101提供应力支撑和应力传递释放，保证支护板101在受到外载荷时不会脱落或在地面下沉，同时有效地将支护板101上的应力传递到地面，保证支护板101的稳定性，提高支护板101的使用寿命。

在本实施例中，支护板101为波纹板，但其不仅仅局限于上述一种板材，其还可以是钢板、高强度塑性板材等，其只要具备良好的力学性能即可。

本申请提供的支护装置，通过将支护板101覆盖在隧道内壁上，多个锚杆201穿过支护板101伸入隧道土体103内，用于锚固和施加预应力，适用于多种复杂地质条件，保证了隧道的整体性，实现对隧道的支护。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims

1.一种支护装置，其特征在于，包括设置在隧道内壁上的支护板，用于锚固所述支护板的锚杆和填充层；

多个所述锚杆穿过所述支护板；

所述填充层用于填充所述支护板与隧道土体之间的空隙。

2.根据权利要求1所述的支护装置，其特征在于，所述支护板的数量设置为多块；

多块所述支护板铺设成用于支护所述隧道内壁的支护板组。

3.根据权利要求1所述的支护装置，其特征在于，所述锚杆的一端设置有用于锚固所述支护板的锚固件。

4.根据权利要求3所述的支护装置，其特征在于，所述锚固件为螺母；

所述螺母与所述锚杆上的螺纹配合，将所述支护板固定。

5.根据权利要求4所述的支护装置，其特征在于，所述锚固件还包括锚板；

6.根据权利要求1所述的支护装置，其特征在于，所述支护板为弧形板；

所述锚杆沿所述支护板组内壁弧面的周向等角度设置。

7.根据权利要求6所述的支护装置，其特征在于，所述锚杆沿所述弧形板的轴向等距离设置。

8.根据权利要求1所述的支护装置，其特征在于，所述填充层为柔性填充层或刚性填充层。

9.根据权利要求1所述的支护装置，其特征在于，所述支护板安装有用于对所述支护板进行支撑的底座。

10.根据权利要求1所述的支护装置，其特征在于，所述支护板为波纹板。