CN115506813A - 一种带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构，包括二次衬砌层、防水层、初支带水泥毯的钢拱架层、注水泥浆层、锁脚锚杆和钢拱架之间的连接装置。所述初支带水泥毯的钢拱架层为装配式结构，即提高了生产效率，又有效解决了现场喷射混凝土造成的各种危害。所述带水泥毯的钢拱架表面为矩形，增大了钢拱架与围岩的接触面积，有效阻挡了软弱松散破碎体的下漏。所述带水泥毯的钢拱架相邻两拱圈水泥毯之间留有一定的空隙，方便后续向软弱松散破碎地层中注水泥浆，形成注水泥浆层，成为初期支护的一部分，能有效解决高地应力软弱松散破碎地层隧道初期支护困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构。
背景技术
随着我国隧道工程项目的不断扩展，其涉及到的区域越来越广，这就极有可能遇到各种不同的复杂地质类型，如高地应力软弱松散破碎地层。软弱松散破碎体不同于一般软岩、土的特性，其具有流变性，易造成该地层隧道成洞困难，稳定性差，支护难度大，容易在后续长期修建过程中出现较为明显的软弱松散破碎体的下漏及初期支护破坏现象，严重影响隧道的正常施工。
目前在初期支护中所使用的钢拱架是用单独条形H型钢连接而成，钢拱架连接成环后再喷射混凝土进行覆盖，形成第一层初期支护，现场工序繁多，施工环境恶劣，对人员健康、安全保障、施工效率和工程质量存在不利影响，发展预制装配技术是解决上述问题的关键。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的缺陷，提供一种具有装配式特性，起超前支护作用，支护接触面积大、具有较好的整体性和柔性、尽早控制高地应力软弱松散破碎体的下漏现象、结构简单、施工效率高的带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构，尤其是用于解决高地应力软弱松散破碎地层的支护控制问题。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构，包括二次衬砌层、防水层、初支带水泥毯的钢拱架层、注水泥浆层、锁脚锚杆和连接装置，所述带水泥毯的钢拱架层由多段带水泥毯的钢拱架中注混凝土组成，所述带水泥毯的钢拱架环向由所述连接装置连接，外侧直接向软弱松散破碎地层中注水泥浆，形成注水泥浆层。
所述带水泥毯的钢拱架由H型钢、角钢、水泥毯、连接螺栓和水泥毯保护垫片组成，所述角钢、水泥毯、连接螺栓和水泥毯保护垫片依次对称布置在所述H型钢两侧，所述H型钢和所述角钢通过焊接连接，所述角钢和所述水泥毯通过所述连接螺栓连接，所述水泥毯背离所述角钢一侧设置了所述水泥毯保护垫片，防止所述连接螺栓周围应力集中造成所述水泥毯的破坏。
所述带水泥毯的钢拱架沿长度方向具有一定的弧度。
所述带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构，可以通过调整所述水泥毯的层数来适应不同软弱松散破碎地层条件下所述水泥毯所需要抵抗变形的刚度。
所述带水泥毯的钢拱架相邻两拱圈之间通过所述角钢焊接在一起，且两拱圈的所述水泥毯之间留有一定的空隙，方便后续向软弱松散破碎地层中注浆和向带水泥毯的钢拱架中注混凝土。
所述带水泥毯的钢拱架中，所述H型钢和所述角钢焊接在同一平面上，共同支撑所述水泥毯的同时增强了拱架之间的纵向连接。
所述水泥毯是采用聚乙烯和聚丙烯长丝编织成的三维纤维复合结构，是一种寖渍了特种水泥的柔软布，遇水会发生化学反应，在这个过程中会产生一定的塑性，从而吸收围岩的一部分变形，最后硬化成一种很薄的具有防水防火性的耐用混凝土层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的带水泥毯的钢拱架打破传统条形钢拱架观念，将钢拱架通过与角钢的结合设计为矩形，增大了钢拱架与围岩的接触面积，在软弱松散破碎地层中能较早且更大面积地约束松散破碎体的下漏现象。
2、本发明将喷射混凝土的步骤转变为向带水泥毯的钢拱架中直接注入混凝土，消除了喷射混凝土的步骤，杜绝了现场喷混凝土的粉尘危害，体现了绿色环保施工特性。水泥毯相对于混凝土来说具有良好的柔性，且在带水泥毯的钢拱架中注混凝土代替向隧道周围喷射混凝土，有效解决了喷射混凝土的掉块、回弹问题，确保了初期支护施作中人员的安全。
3、本发明在带水泥毯的钢拱架靠近围岩一侧向地层中注水泥浆，将软弱松散破碎体作为骨料形成混凝土，从而使隧道周围的岩层变为注水泥浆层，使隧道周围的岩层转换为初期支护的一部分，减少了初期支护中材料的使用，具有良好的经济效益。
4、本发明将初期支护转换为装配式结构，带水泥毯的钢拱架为预制构件，隧道采用预制构件、装配式施工工艺，可减少施工污染，节约生产资源，改善作业环境，提升结构的标准化，提高劳动生产效率，保证施工质量。
5、本发明中，H型钢和角钢焊接在同一平面上，共同支撑水泥毯的同时增强了拱架之间的纵向连接。
6、本发明中，水泥毯具有快速凝固成型、材料强度高、耐用性能好和防水性好等特点，用于隧道支护中，提高了隧道长期的稳定性。
7、本发明中，通过向水泥毯后的软弱松散破碎地层注浆，提高了软弱松散破碎地层的抗渗性和固结强度，使工程中存在的软弱散破碎地层由不稳定状态变为稳定状态，安全系数大幅度提高，施工安全得到保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对实施例中使用的附图作简单的描述。显而易见，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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为本发明的结构示意图。
图2为本发明的带水泥毯的钢拱架结构示意图。
图3为图2纵向连接示意图。
图4为图3左视图。
图5为图3中1-1剖面图。
图6为本发明的水泥毯与角钢的连接螺栓布置示意图。
图7为本发明的水泥毯与角钢的连接示意图。
图例说明：
1、二次衬砌层；2、防水层；3、初支带水泥毯的钢拱架层；31、带水泥毯的钢拱架；311、H型钢；312、角钢；313、水泥毯；314、连接螺栓；315、水泥毯保护垫片； 4、注水泥浆层；5、锁脚锚杆；6、连接装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1-图7所示，本发明实施例提供了一种带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构，包括二次衬砌层1、防水层2、初支带水泥毯的钢拱架层3、注水泥浆层4、锁脚锚杆5和连接装置6，带水泥毯的钢拱架层3由多段带水泥毯的钢拱架31中注混凝土组成，带水泥毯的钢拱架31环向由连接装置6连接，外侧直接向软弱松散破碎地层中注水泥浆，形成注水泥浆层4。
本实施例中，带水泥毯的钢拱架31由H型钢311、角钢312、水泥毯313、连接螺栓314和水泥毯保护垫片315组成。角钢312、水泥毯313、连接螺栓314和水泥毯保护垫片315依次对称布置在所述H型钢311两侧。H型钢311和角钢312通过焊接连接，角钢312和水泥毯313通过连接螺栓314连接，水泥毯313背离角钢312一侧设置了水泥毯保护垫片315，防止连接螺栓314周围应力集中造成水泥毯313的破坏。
本实施例中，水泥毯313设置一层。
本实施例中，带水泥毯的钢拱架31相邻两拱圈之间通过角钢312焊接在一起，且两拱圈水泥毯313之间留有一定的空隙，方便后续向软弱松散破碎地层中注浆和向带水泥毯的钢拱架31中注混凝土。
本实施例中，带水泥毯的钢拱架31中H型钢311和角钢312焊接在同一平面上。
本实施例中，带水泥毯的钢拱架31的总宽度为L，长度为2L，且沿长度方向具有一定的弧度。水泥毯313的宽度为9L/10。带水泥毯的钢拱架31相邻之间距离为L，两相邻水泥毯313之间空出的间隙为L/10。两相邻角钢312之间的距离为L/2。H型钢311两侧的角钢312相互错开设置，一侧为2L/10，另一侧为3L/10。
综上所述对本发明的实施方式进行了详细说明，但是本发明不限于上述特定实施方式。即使其对本发明做出各种变化，也并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构，其特征在于，包括二次衬砌层（1）、防水层（2）、初支带水泥毯的钢拱架层（3）、注水泥浆层（4）、锁脚锚杆（5）和连接装置（6），所述带水泥毯的钢拱架层（3）由多段带水泥毯的钢拱架（31）中注混凝土组成，所述带水泥毯的钢拱架（31）环向由连接装置（6）连接，外侧直接向软弱松散破碎地层中注水泥浆，形成注水泥浆层（4）。
2.根据权利要求1所述的一种带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构，其特征在于，所述带水泥毯的钢拱架（31）由H型钢（311）、角钢（312）、水泥毯（313）、连接螺栓（314）和水泥毯保护垫片（315）组成，角钢（312）、水泥毯（313）、连接螺栓（314）和水泥毯保护垫片（315）依次对称布置在H型钢（311）两侧， H型钢（311）和角钢（312）通过焊接连接，角钢（312）和水泥毯（313）通过连接螺栓（314）连接，水泥毯（313）背离角钢（312）一侧设置了水泥毯保护垫片（315），防止连接螺栓（314）周围应力集中造成水泥毯（313）的破坏。
3.根据权利要求1所述的一种带水泥毯的钢拱架装配式隧道支护结构，可以通过调整水泥毯（313）的层数来适应不同软弱松散破碎地层条件下水泥毯（313）所需要抵抗变形的刚度。
4.根据权利要求2所述的带水泥毯的钢拱架（31）沿长度方向具有一定的弧度。
5.根据权利要求2所述的带水泥毯的钢拱架（31）相邻两拱圈之间通过角钢（312）焊接在一起，且两拱圈水泥毯（313）之间留有一定的空隙，方便后续向软弱松散破碎地层中注浆。
6.根据权利要求2所述的带水泥毯的钢拱架（31）中，H型钢（311）和角钢（312）焊接在同一平面上，共同支撑水泥毯（313）的同时增强了拱架之间的纵向连接。
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