等刚度格构与喷射混凝土组合初支结构的制作方法

1.本实用新型涉及隧道初支技术领域，尤其是一种等刚度格构与喷射混凝土组合初支结构。


背景技术：

2.随着我国基础建设和西部大开发的进一步推进，隧道及地下工程突飞猛进，隧道工程建设向高地应力、软弱破碎带等复杂地质条件方向发展。在隧道建设工程中，隧道的初期支护类型对其结构稳定影响十分重要，一般隧道初期支护有木支撑、型钢支撑、格栅支撑、锚喷支护等方式。目前隧道的初期支护机制是在喷射混凝土尚未达到足够强度时，由钢拱架承受围岩荷载，减缓围岩变形速率，随着喷射混凝土的凝结硬化和强度增长，围岩压力转为喷射混凝土、钢拱架、钢筋网和锚杆复合支护体系共同承担。但实际上，钢筋(格栅或型钢)与混凝土的协同作用很差，钢拱架将喷射混凝土割裂成纵向环状，钢架与喷混凝土各自承载，且钢架与喷射混凝土粘结较差，与围岩的间隙难以用喷混凝土填充密实，导致钢架附近喷混凝土出现裂缝。同时，钢架一般采用纵向连接筋或钢架连接，交错布置，由于连接筋强度低或密度不够，钢筋整体纵向抗扭能力较差，钢架容易发生扭曲或剪断，最终丧失支护能力。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种等刚度格构与喷射混凝土组合初支结构，提高钢架纵向的整体刚度，使结构协同受力，充分利用各自的优势，解决钢拱架在荷载作用下失稳破坏问题。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：等刚度格构与喷射混凝土组合初支结构，包括初喷混凝土层、复喷混凝土层和多个拱形钢架，拱形钢架设置在初喷混凝土层与复喷混凝土层之间，相邻两拱形钢架之间通过连接梁相连，
5.拱形钢架由多根格构拼接而成，相邻两根格构通过连接件相连，每根格构内部设置有通孔，所述通孔内设置有细石混凝土。
6.进一步地，所述格构包括工字钢，工字钢的两侧焊接有钢板，钢板与工字钢围成两个通孔。
7.进一步地，所述连接件为连接套，所述连接套的两端套在相邻两格构的端部且通过第一螺栓与格构相连。
8.进一步地，所述连接套包括两个套筒，两个套筒焊接在隔板的两个侧面。
9.进一步地，所述连接梁为钢肋板。
10.进一步地，所述钢肋板的两端连接有垂直于钢肋板的连接板，所述连接板与格构的侧面贴合并通过第二螺栓与格构相连。
11.进一步地，所述连接板与钢肋板焊接连接。
12.进一步地，所述第二螺栓包括螺柱，所述螺柱的一端与格构螺纹连接，另一端贯穿
连接板后与螺母螺纹连接。
13.进一步地，所述格构外壁预留槽或者孔。
14.进一步地，所述连接件处设置有多根锁脚锚杆。
15.本实用新型的有益效果是：通过在格构内部填充细石混凝土，钢格构与混凝土两种材料优势互补，具有较高的塑形与韧性的同时提高了拱形钢架的抗压强度，耐腐蚀性以及后期的稳定性。此外，利用连接梁将各个拱形钢架连接成为整体，可提高钢架纵向的整体刚度，使结构协同受力，提升初期支护整体的稳定性。
附图说明
16.图1是本实用新型的整体断面示意图；
17.图2是本实用新型拱形钢架通过连接梁相连的俯视示意图；
18.图3是图2中a
‑
a的剖视示意图；
19.图4是格构与连接梁连接的示意图；
20.图5是相邻两格构之间的连接示意图；
21.图6是图5中b
‑
b的剖视示意图；
22.附图标记：1—格构；11—工字钢；12—钢板；2—连接件；21—套筒；22—隔板；3—第二螺栓；4—细石混凝土；5—连接梁；51—连接板；6—第一螺栓；7—初喷混凝土层；8—复喷混凝土层；9—锁脚锚杆。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
24.如图1和图2所示，本实用新型的等刚度格构与喷射混凝土组合初支结构，包括初喷混凝土层7、复喷混凝土层8和多个拱形钢架，拱形钢架设置在初喷混凝土层7与复喷混凝土层8之间，相邻两拱形钢架之间通过连接梁5相连。拱形钢架由多根格构1拼接而成，相邻两根格构1通过连接件2相连，每根格构1内部设置有通孔，所述通孔内设置有细石混凝土4。
25.拱形钢架沿隧道的环向设置，为了便于施工，将拱形钢架分为多段格构1，相邻两根格构1通过连接件2相连，连接件2可以是现有的各种钢连接件，如连接钢板等，优选的，如图5和图6所示，所述连接件2为连接套，所述连接套的两端套在相邻两格构1的端部且通过第一螺栓6与格构1相连。施工时，先将连接套的一端套在已经施工完成的格构1端部，将下一根即将施工的格构1的端部插入连接套的另一端，再拧紧第一螺栓6即可，操作方便，可提高效率。
26.为了连接套的稳定性，所述连接套包括两个长度相同的套筒21，两个套筒21焊接在隔板22的两个侧面。两个套筒21分别套在相邻两格构1的端部，隔板22与格构1的端部接触，通过隔板22将格构1分隔，起到环向定位的作用，可保证两个套筒21套在格构1上的长度一致，从而提高连接的稳定性。此外，还可以提高节点处的抗弯承载力。
27.格构1设置为空心结构，且施工时在其内部填充细石混凝土4，即可实现钢材质的格构1与混凝土两种材料优势互补，具有较高的塑形与韧性的同时提高了拱形钢架的抗压强度、耐腐蚀性以及后期的稳定性。
28.格构1可采用矩形钢等，优选的，如图3所示，所述格构1包括工字钢11，工字钢11的
两侧焊接有钢板12，钢板12与工字钢11围成两个通孔，使得格构1呈倒下的日字形，增加了格构1的刚度，相比普通的钢架更加不容易失稳。
29.相邻两拱形钢架之间通过连接梁5连接成为一个整体，进一步地保证初期支护的整体刚度以及稳定性，连接梁5可以是各种型材，优选的，如图3和图4所示，所述连接梁5为钢肋板，所述钢肋板的两端连接有垂直于钢肋板的连接板51，所述连接板51与格构1的侧面贴合并通过第二螺栓3与格构1相连。钢肋板与两端的连接板51组成工字形，保证连接强度的同时不增加施工难度。
30.所述连接板51与钢肋板焊接连接，连接强度较高。
31.为了便于安装第二螺栓3，所述第二螺栓3包括螺柱，所述螺柱的一端与格构1螺纹连接，另一端贯穿连接板51后与螺母螺纹连接。施工时，先螺柱的一端拧入格构1侧壁的螺纹孔，再将螺柱的另一端穿过连接板51上的通孔，最后装上螺母，使连接板51保持稳定。
32.所述格构1外壁预留槽或者孔，以便于增大初喷混凝土层7和复喷混凝土层8与格构1之间的摩擦力，稳定性得到提高。
33.设置连接件2的部位为拱形钢架的薄弱点，因此，所述连接件2处设置有多根锁脚锚杆9，稳定性得到提高。
34.施工时，先施做初喷混凝土层7，然后逐榀施做拱形钢架，最后施做复喷混凝土层8。施做拱形钢架时，先将一段格构1安装到位，然后向格构1内注入细石混凝土4，待其强度达到30％时即可安装连接件2，并拧紧第一螺栓6，然后安装下一段格构1。待完成两榀拱形钢架后，即可利用多根连接梁5将两榀拱形钢架连接起来，然后施做下一榀拱形钢架。
35.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。