用于隧道初期支護的新型鋼架的制作方法
【專利摘要】用于隧道初期支護的新型鋼架，以在保證支護剛度的前提下，減小隧道開挖和噴射混凝土層的厚度，從而降低隧道工程造價。它包括：底板(11)和腹板(12)，相互垂直且固結為一體，其橫斷面呈T型；加強肋板(13)，沿腹板(12)長度方向間隔設置于腹板(12)兩側，且與底板(11)和腹板(12)焊接連接為一體。
【專利說明】用于隧道初期支護的新型鋼架
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鐵路、公路、市政工程領域，特別涉及一種用于隧道初期支護的新型鋼架。
【背景技術】
[0002]目前，暗挖隧道基本上均按新奧法原理施工，采用復合式襯砌支護，包括初期支護和二次襯砌。其中，初期支護和圍巖共同組成的支護系統(tǒng)是主要承載結構，二次襯砌主要作為安全儲備。初期支護主要由噴射混凝土、錨桿以及鋼筋網(wǎng)片聯(lián)合支護組成(簡稱噴錨支護)，當隧道通過不良地質段以及軟弱破碎帶時，還可以采取型鋼、格柵鋼架以及超前小導管等輔助措施。這種把“圍巖一支護”視為不可分割的統(tǒng)一體以控制圍巖變形和維護圍巖穩(wěn)定的現(xiàn)代支護，是隧道及地下工程施工中不可或缺的支護手段和方法。在初期支護體系中，噴射混凝土發(fā)揮著主導作用。主要原因有:(1)噴射混凝土能夠及時支護和封閉，能充分利用掌子面的端部支撐效應，在幾個小時內(nèi)迅速對裸露圍巖面提供連續(xù)的支護抗力，保護圍巖的強度及整體穩(wěn)定性；(2)噴射混凝土能夠和錨桿、鋼筋網(wǎng)及鋼架組成柔性支護體系，一方面噴射混凝土能夠與巖面、鋼筋網(wǎng)及鋼架緊密粘結和咬合，形成“圍巖-初期支護”整體承載結構，另一方面該柔性支護系統(tǒng)既能提供連續(xù)的支護抗力，又有良好的柔性，對約束和控制圍巖的變形至關重要；(3)噴射混凝土具有良好的整合作用，首先噴射混凝土能射入巖層表面張開的節(jié)理裂隙，把被裂隙分割的巖體整合起來，其次噴射混凝土填補了爆破開挖后巖面的凹凸不平整的地方，避免了局部危巖的應力集中，并可使隧道拱部巖層的法向應力轉化為切向應力，形成巖石拱，有效發(fā)揮了巖層的自承載能力。
[0003]根據(jù)噴射混凝土的及時性、粘結性及整合作用分析，噴射混凝土的作用跟厚度沒有直接的關系；另外，根據(jù)初期支護計算分析，圍巖承擔主要的彎矩，噴層的重要作用是從與圍巖粘結的接觸界面上開始傳遞應力，使圍巖內(nèi)部形成壓應力帶，有利于圍巖的穩(wěn)定和支護的安全，從受力分析上跟噴射砼的厚度也沒有直接的關系。目前部通用圖及各設計院內(nèi)部參考圖的噴射混凝土厚度確定原則如下:II (5cm) JII (7?12cm)級圍巖初噴混凝土厚度根據(jù)其最小厚度和結構強度需要制定；IV、V級圍巖噴射混凝土厚度根據(jù)初期支護鋼架的高度及初噴(4cm)、復噴(3cm)厚度要求計算而來，采用的型鋼鋼架型號主要有116、118、120、122、125、H175、H200等，格柵鋼架的高度范圍在15?18cm，根據(jù)計算IV、V級圍巖噴射混凝土厚度在22?32cm。這種IV、V級圍巖噴射混凝土厚度計算方式，并沒有根據(jù)實際需要確定，而是將支護鋼架的高度以及初噴和復噴混凝土厚度簡單相加得來，所計算出的噴層厚度普遍偏厚。以雙線V級圍巖為例，支護一般情況下都采用120型鋼鋼架，噴射混凝土的厚度最小為27cm。過厚的噴射混凝土一方面增加了開挖斷面和噴射混凝土的用量，導致成本增加；另一方面噴射混凝土的施工時間在整個隧道施工工序中所占的時間增大，功效降低導致施工進度緩慢。
[0004]目前，暗挖隧道IV、V級圍巖初期支護中采用的支護鋼架均為傳統(tǒng)國標根據(jù)建筑結構、橋梁、車輛、支架、機械等行業(yè)制定的工字鋼或H型鋼，這些型鋼在功能上基本滿足了隧道初期支護的需要，但是由于傳統(tǒng)型鋼并未考慮暗挖隧道洞內(nèi)施工及初期支護的實際需求，且傳統(tǒng)的工字鋼高度偏高，外加其對稱的結構形式要求復噴混凝土層的厚度不小于3cm，導致整個初期支護中噴射混凝土的厚度偏大。如何在確?，F(xiàn)場施工安全的前提下，減小噴射混凝土厚度、降低工程造價、節(jié)約圬工、保護環(huán)境，成為地下工程設計師一項新的課題。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用于隧道初期支護的新型鋼架，以在保證支護剛度的前提下，減小隧道開挖和噴射混凝土層的厚度，從而降低隧道工程造價。
[0006]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下:
[0007]本實用新型用于隧道初期支護的新型鋼架，其特征是它包括:底板和腹板，相互垂直且固結為一體，其橫斷面呈T型；加強肋板，沿腹板長度方向間隔設置于腹板兩側，且與底板和腹板焊接連接為一體。
[0008]本實用新型的有益效果是，可有效減小隧道開挖及噴射混凝土用量，降低工程造價、加快施工進度、保護環(huán)境；初期支護噴射混凝土更加密實，提高初期支護承載能力，能更好的適應暗挖隧道的施工及受力特征，整個支護體系具有“剛柔并濟”的特點，能夠降低隧道的安全風險。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]本說明書包括三幅附圖:
[0010]圖1為本實用新型用于隧道初期支護的新型鋼架縱斷面示意圖；
[0011]圖2為本實用新型用于隧道初期支護的新型鋼架橫斷面示意圖；
[0012]圖3為采用本實用新型用于隧道初期支護的新型鋼架的隧道初期支護的橫斷面示意圖；
[0013]圖中示出構件、部位名稱及所對應標記:底板11、腹板12、加強肋板13、洞周圍巖
20、初噴混凝土層31、鋼架高度范圍內(nèi)噴射混凝土層32、復噴混凝土層33、預留變形縫40、二次襯砌50。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本實用新型減小初期支護噴射混凝土厚度的結構進一步說明。
[0015]參照圖1和圖2，本實用新型用于隧道初期支護的新型鋼架包括:底板11和腹板12，相互垂直且固結為一體，其橫斷面呈T型；加強肋板13，沿腹板12長度方向間隔設置于腹板12兩側，且與底板11和腹板12焊接連接為一體。
[0016]參照圖3，本實用新型的新型鋼架與傳統(tǒng)的斷面呈工字型或H型的支護鋼架相比較有如下實質性區(qū)別:
[0017]1、新型鋼架加大了與洞周圍巖20的接觸面積，即加大了底板11的寬度b，巖體的整體穩(wěn)定性提聞;
[0018]2、新型鋼架沿腹板12長度方向在腹板12兩側間隔設置加強肋板13，加強支護鋼架的剛度和整體穩(wěn)定性；
[0019]3、新型鋼架取消了與二次襯砌50接觸端的腿寬，這樣鋼架高度范圍內(nèi)噴射混凝土層32能夠密貼支護鋼架，消除了傳統(tǒng)工字鋼和H型鋼噴射混凝土有死角的問題。由于與二次襯砌50接觸端的面積大大減小，其復噴混凝土層33沒有必要執(zhí)行傳統(tǒng)規(guī)范約定的不小于3cm,因為傳統(tǒng)工字鋼和H型鋼與二襯接觸端面積較大,如果復噴混凝土不足3cm,初支稍有變形極易開裂、剝落、掉塊。該結構有“剛柔并濟”的特點，早期強度較高，后期利于變形，且噴層不易開裂、剝落。
[0020]4、如果需要增加該新型鋼架的剛度，可以通過調整底板11寬度b和腹板12厚度d，以及改變加強肋板13的設置數(shù)量(即改變相鄰加強肋板13的距離X)而方便地實現(xiàn)，避免了傳統(tǒng)上依靠不斷增加工字鋼高度的做法，同時復噴混凝土層33的厚度可以由3cm調整為 1cm。
[0021]參照圖3，隧道開挖后，對暴露的洞周圍巖20應及時噴射混凝土(初噴混凝土層31)，初噴混凝土層31的厚度根據(jù)初期支護強度要求一般不小于4cm，架立新型鋼架后，噴射鋼架高度范圍內(nèi)噴射混凝土層32和復噴混凝土層33。以雙線V級圍巖為例，傳統(tǒng)初期支護采用120型鋼鋼架，噴射混凝土層的厚度為27cm。若采用本實用新型的新型鋼架，鋼架的高為16cm，噴射混凝土厚度(初噴混凝土層31厚度t、鋼架高度范圍內(nèi)噴射混凝土層32厚度h、復噴混凝土層33厚度f之和)為21cm，這樣既減小了隧道開挖斷面，又減小了噴射混凝土的用量，同時用鋼量也大大減小，節(jié)約了成本、加快了施工進度、保護了環(huán)境。
[0022]以上所述只是用圖解說明本實用新型用于隧道初期支護的新型鋼架的一些原理，并非是要將本實用新型局限在所示和所述的具體結構和實用范圍、領域內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應修改及等同物，均屬于本實用新型所申請的專利范圍。
【權利要求】
1.用于隧道初期支護的新型鋼架，其特征是它包括:底板(11)和腹板(12)，相互垂直且固結為一體，其橫斷面呈T型；加強肋板(13)，沿腹板(12)長度方向間隔設置于腹板(12)兩側，且與底板(11)和腹板(12)焊接連接為一體。
【文檔編號】E21D11/14GK203925526SQ201420211402
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權日:2014年4月28日
【發(fā)明者】鞏江峰, 朱勇, 張慧玲 申請人:中鐵二院工程集團有限責任公司