一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的製作方法
2023-08-02 14:01:11
本實用新型涉及一種隧道初期支護裝置，屬於隧道施工工程技術領域，具體涉及一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構。
背景技術：
目前，複合式襯砌在我國隧道工程中廣泛應用，根據新奧法設計理念，初期支護是主要承載結構。隧道初期支護是由噴射混凝土、錨杆、鋼架等組成的聯合支護體系，其中鋼架具有較大的支護強度和剛度，能夠顯著增強初期支護能力。為了增加每榀鋼架的整體穩定性，相鄰鋼架間常採用縱向連接鋼筋進行連接；為了將鋼架錨固在圍巖深部，充分發揮鋼架的剛度和強度，鋼架臺階腳部常設置鎖腳錨管。傳統的縱向連接鋼筋及鎖腳與鋼架採用焊接連接，現有的技術存在以下問題：
1、隧道內焊接存在施工速度慢的問題，不符合軟弱圍巖隧道施工十八字方針中「早封閉」的要求；
2、焊接產生大量有毒氣體，汙染環境，不利於施工人員的職業健康；
3、由於現場焊接有仰焊、且作業空間狹窄，焊接質量難以保證；
4、瓦斯隧道中進行焊接作業對通風要求較高，存在一定安全隱患。
在中國實用新型專利CN205477642U中公開了一種長大深埋瓦斯突出隧道無焊支護結構，由初期支護鋼架和超前支護鋼骨架構成，初期支護鋼架由多榀拱架組成，拱架通過錨固在隧道壁上的鎖腳錨管和螺母固定連接；相鄰拱架之間通過縱向連接拉杆和螺母固定連接；所述超前支護鋼骨架包括多根前伸並灌漿錨固的無縫鋼管形成管棚結構，每根無縫鋼管對應一灌漿孔，多個灌漿孔沿隧道控制輪廓線的上部和左右幫分布成兩排，兩排灌漿孔相互錯位，且無縫鋼管在遇煤層時具有穿出煤層的部分，超前支護鋼骨架還包括沿隧道壁向外傾斜40～50°插入巖層或煤層並灌漿錨固的多根花管結構的超前小導管。該結構存在通用性較差、不能根據鎖腳錨管的實際工況調整錨管與鋼拱架之間的傾角、不能保證錨管與鋼拱架的穩定連接的技術問題，同時也無法實現鋼拱架縱向的快速穩定的連接。
技術實現要素：
針對上述現有技術存在的缺陷，本實用新型的目的就是要解決上述背景技術的不足，提供一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構，其不僅結構簡單、裝配方便，而且能夠有效地避免了隧道焊接施工引起的施工速度慢、汙染、質量難保證等相關問題。
為解決上述技術問題，本實用新型採用了這樣一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構，其包括沿著隧道縱向間隔布置的多榀型鋼鋼拱架；每榀所述型鋼鋼拱架通過鎖腳錨管連接裝置錨固在隧道壁上；相鄰所述型鋼鋼拱架之間通過可伸縮的縱向連接裝置相互連接；所述鎖腳錨管連接裝置包括固接在所述型鋼鋼拱架上的導向鋼板，所述導向鋼板上設有供鎖腳錨管穿過的導向孔；所述導向鋼板中的導向孔上安裝有錨固接頭；所述錨固接頭由錨頭專用螺栓、螺母和兩組楔形墊片組成；所述錨頭專用螺栓穿過導向孔，所述兩組楔形墊片套在錨頭專用螺栓上並分別位於所述導向鋼板的內外兩面，所述螺母擰緊在錨頭專用螺栓上，將兩組楔形墊片與導向鋼板內外兩面緊密貼合，所述錨頭專用螺栓的中心軸線與所述導向鋼板的端面傾斜；所述錨頭專用螺栓的軸線方向設置有貫穿注漿管道；所述錨頭專用螺栓的內端與鎖腳錨管相連；所述鎖腳錨管安裝於隧道壁內；所述可伸縮的縱向連接裝置包括兩個平行布置的可伸縮的連接單元；每個所述可伸縮的連接單元由一個雙頭螺紋套筒、兩個縱向連接筋和兩個限位板組成；每個所述縱向連接筋的一端設置有可與所述雙頭螺紋套筒螺紋配合連接的外螺紋，另一端的端部固接有與其中心軸線垂直的一個所述限位板；兩個所述可伸縮的連接單元之間通過連接器相互連接；所述連接器的兩端設置有可與所述縱向連接筋滑動配合連接的連接孔；所述可伸縮的縱向連接裝置的一個可伸縮的連接單元安裝於相鄰所述型鋼鋼拱架的鋼腹板之間且與兩個所述鋼腹板沿隧道縱向頂接，所述可伸縮的縱向連接裝置的另一個可伸縮的連接單元安裝於相鄰所述型鋼鋼拱架的翼緣板的外側且與兩個所述翼緣板沿隧道縱向壓接。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述每組楔形墊片包括楔形橡膠墊板和平鋼墊板；所述楔形橡膠墊板和所述平鋼墊板同軸套裝在所述錨頭專用螺栓上；所述平鋼墊板的一端面與所述楔形橡膠墊板的楔形端面貼合，所述平鋼墊板的另一端面與所述導向鋼板的導向孔端面貼合；所述楔形橡膠墊板的平端面通過連接在所述錨頭專用螺栓上的螺母限位固定。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述楔形橡膠墊板內端面與墊板軸線傾斜，外端面與墊板軸線垂直。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述錨頭專用螺栓包括六角螺栓頭；所述六角螺栓頭位於錨頭專用螺栓外端；所述螺母與錨頭專用螺栓內端外螺紋配合，所述兩組楔形墊片和導向鋼板的導向孔位於螺母與錨頭專用螺栓的六角螺栓頭之間。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述錨頭專用螺栓的外端布置有與所述注漿管道連通的注漿接頭。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述導向鋼板預焊於所述翼緣板上且與隧道壁面平行布置；所述導向孔對稱設置於隧道鋼架兩旁的導向鋼板上。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述錨頭專用螺栓的內端的外螺紋與鎖腳錨管外端的內螺紋相配合。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述限位板為L形角鋼限位板；所述L形角鋼限位板包括相互垂直的連接部和限位部；所述連接部沿著所述可伸縮的連接單元的軸線方向與所述可伸縮的連接單元焊接；所述限位部與所述可伸縮的連接單元的軸線相互垂直。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述縱向連接裝置的一個可伸縮的連接單元與相鄰所述型鋼鋼拱架的八字結沿隧道縱向頂接；所述縱向連接裝置的另一個可伸縮的連接單元與相鄰所述型鋼鋼拱架的鋼拱架沿隧道縱向壓接，即兩個可伸縮的連接單元一個對型鋼鋼拱架施加沿隧道縱向的頂推力、一個對型鋼鋼拱架施加沿隧道縱向的壓拉力，從而實現型鋼鋼拱架縱向的穩定連接。
在本實用新型的一種優選實施方案中，所述可伸縮的縱向連接裝置沿著所述型鋼鋼拱架的環向等間距布置；連接於同一型鋼鋼拱架兩端的兩組縱向連接裝置交錯布置。
本實用新型的有益效果是：本實用新型結構簡單、安裝使用方便，通過型鋼鋼拱架與鎖腳錨管之間的拼裝連接，免除了焊接，避免了焊接引起的施工速度慢、汙染、質量難保證等相關問題；同時通過在型鋼鋼拱架預焊鋼板，並在鋼板上預留孔洞，可利用孔洞進行導向鑽孔，方便施工；而專門設計的錨固接頭可以根據具體要求替換楔度不同的楔形橡膠墊板從而實現鋼架與鎖腳錨管傾角的調整；通過設置錨固接頭並在錨固接頭內預留注漿孔，方便連接與施工，加快安裝速度，通過設置可伸縮的縱向連接裝置對型鋼鋼拱架進行限位固定，提高了安裝速度，矯正靈活方便，確保在鋼架安裝允許偏差範圍內連接的可調性。
附圖說明
圖1是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的結構示意圖；
圖2是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的沿隧道縱向的主視圖；
圖3是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的沿隧道縱向的俯視圖；
圖4是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的鎖腳錨管連接裝置的導向鋼板結構示意圖；
圖5是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的鎖腳錨管連接裝置的結構示意圖；
圖6是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的鎖腳錨管連接裝置爆炸示圖；
圖7是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的鎖腳錨管連接裝置的錨固接頭結構示意圖；
圖8是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的鎖腳錨管連接裝置的錨頭專用螺栓的結構示意圖；
圖9是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的可伸縮的縱向連接裝置與型鋼鋼拱架的連接結構示意圖；
圖10是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的可伸縮的縱向連接裝置的結構示意圖；
圖11是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的型鋼鋼拱架的可伸縮的連接單元的結構示意圖；
圖12是本實用新型實施例一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的可伸縮的連接單元的連接器結構示意圖；
圖中：A-型鋼鋼拱架，B-鎖腳錨管連接裝置，C-可伸縮的縱向連接裝置，A-1-翼緣板，A-2-鋼腹板，B-2-導向鋼板，B-2-1-導向圓孔；B-3-錨固接頭；B-3-1-錨頭專用螺栓；B-3-2-楔形橡膠墊板；B-3-3-平鋼墊板；B-3-4-螺母；B-3-1-1-注漿接頭；B-3-1-2-專用螺栓頭部；B-3-1-3-預留中空注漿管道；B-3-1-4-專用螺栓螺紋；B-4-鎖腳錨管；B-4-1-鎖腳錨管端頭設置內螺紋，C-3-可伸縮的連接單元，C-4-連接器，C-5-雙頭螺紋套筒，C-6-縱向連接筋，C-7-外螺紋，C-8-限位板,C-4a-連接套，C-4b-連接杆,C-4a-1-連接孔,C-8a-連接部,C-8b-限位部。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
由圖1至圖2所示的一種用於隧道初支施工的型鋼鋼架免焊支護結構的結構示意圖可知，本實用新型主要用於隧道初期施工時的承載，其包括沿著隧道縱向間隔布置的多榀型鋼鋼拱架A，每榀型鋼鋼拱架A通過鎖腳錨管連接裝置B錨固在隧道壁上；相鄰型鋼鋼拱架A之間通過可伸縮的縱向連接裝置C相互連接；為了便於本實用新型每榀型鋼鋼拱架A的快速固定，用於固定型鋼鋼拱架的鎖腳錨管連接裝置B包括固接在型鋼鋼拱架A上的導向鋼板B-2，導向鋼板B-2上設有供鎖腳錨管B-4穿過的導向孔B-2-1；導向鋼板B-2中的導向孔B-2-1上安裝有錨固接頭B-3；錨固接頭B-3由錨頭專用螺栓B-3-1、螺母B-3-4和兩組楔形墊片組成；錨頭專用螺栓B-3-1穿過導向孔B-2-1，兩組楔形墊片套在錨頭專用螺栓B-3-1上並分別位於導向鋼板B-2的內外兩面，螺母B-3-4擰緊在錨頭專用螺栓B-3-1上，將兩組楔形墊片與導向鋼板B-2內外兩面緊密貼合，錨頭專用螺栓B-3-1的中心軸線與導向鋼板B-2的端面傾斜；錨頭專用螺栓B-3-1的軸線方向設置有貫穿注漿管道B-3-1-3；錨頭專用螺栓B-3-1的內端與鎖腳錨管B-4相連；鎖腳錨管B-4安裝於隧道壁內，每組楔形墊片包括楔形橡膠墊板B-3-2和平鋼墊板B-3-3；楔形橡膠墊板B-3-2和平鋼墊板B-3-3同軸套裝在錨頭專用螺栓B-3-1上；平鋼墊板B-3-3的一端面與楔形橡膠墊板B-3-2的楔形端面貼合，平鋼墊板B-3-3的另一端面與導向鋼板B-2的導向孔B-2-1端面貼合；楔形橡膠墊板B-3-2的平端面通過連接在錨頭專用螺栓B-3-1上的螺母B-3-4限位固定；楔形橡膠墊板B-3-2內端面與墊板軸線傾斜，外端面與墊板軸線垂直；錨頭專用螺栓B-3-1包括六角螺栓頭；六角螺栓頭位於錨頭專用螺栓B-3-1外端；螺母B-3-4與錨頭專用螺栓B-3-1內端外螺紋配合，兩組楔形墊片和導向鋼板2的導向孔B-2-1位於螺母B-3-4與錨頭專用螺栓B-3-1的六角螺栓頭之間；錨頭專用螺栓B-3-1的外端布置有與注漿管道B-3-1-3連通的注漿接頭B-3-1-1；型鋼鋼拱架A由兩塊平行布置的翼緣板A-1和位於兩塊翼緣板A-1之間的鋼腹板A-2組成；導向鋼板B-2預焊於沿隧道徑向外側的翼緣板A-1上且與隧道壁面平行布置；導向孔B-2-1對稱設置於隧道鋼架B-1兩旁的導向鋼板B-2上；錨頭專用螺栓B-3-1的內端的外螺紋與鎖腳錨管B-4外端的內螺紋相配合。其裝配步驟如下：
步驟一：加工過程：在加工廠內，加工導向鋼板B-2並於兩側預留導向孔B-2-1，中空鎖腳錨管B-4靠鋼架側端頭設置內螺紋B-4-1，根據施工工法及臺階高度要求，在型鋼鋼拱架A預焊導向鋼板B-2。
步驟二：鑽孔過程：施工現場開挖，開挖面超欠挖處理後，施作初噴混凝土，型鋼鋼拱架A就位，安裝縱向連接裝置，安裝質量檢驗合格後，利用導向鋼板B-2上預留的導向孔B-2-1進行鑽孔，一般按與水平方向30—45°角度向下打設，鑽研深度大於錨管長度一定距離。
步驟三，裝管過程：鑽孔完成後，鎖腳錨管B-4從導向孔B-2-1中穿過插入鑽孔。
步驟四，拼裝過程：錨頭專用螺栓B-3-1先通過楔形橡膠墊板B-3-2、平鋼墊板B-3-3、導向孔B-2-1、螺母B-3-4與導向鋼板B-2拼裝夾持，接著旋轉專用螺栓頭部B-3-1-2使螺栓底部與鎖腳錨管B-4端頭連接，然後旋轉螺母B-3-4使錨頭B-3與鋼板B-2鎖緊，最後通過設置錨頭專用螺栓B-3-1上的注漿接頭B-3-1-1進行注漿作業，最終完成鎖腳錨管按設計位置及角度定位同時又能保證鎖腳錨管能與鋼架有效成為一體。
步驟五，復噴過程：完成上述作業後，經驗收合格後按設計要求進行復噴作業，接著進行下循環開挖及支護作業。
在步驟二中，型鋼鋼拱架A之間的連接通過可伸縮的縱向連接裝置C實現，可伸縮的縱向連接裝置C包括兩個平行布置的可伸縮的連接單元C-3；每個可伸縮的連接單元C-3由一個雙頭螺紋套筒C-5、兩個縱向連接筋C-6和兩個限位板C-8組成；每個縱向連接筋C-6的一端設置有可與雙頭螺紋套筒C-5螺紋配合連接的外螺紋C-7，另一端的端部固接有與其中心軸線垂直的一個限位板C-8；兩個可伸縮的連接單元C-3之間通過連接器C-4相互連接，連接器C-4可沿連接單元C-3的軸線方向自由移動；連接器C-4由兩個相互平行布置的連接套C-4a和一個連接杆C-4b組成；連接杆C-4b的兩端分別固接有連接套C-4a，連接杆C-4b的中心軸線與連接孔C-4a-1的中心軸線相互垂直；連接套C-4a上設置有用於與縱向連接筋C-6滑動配合連接的連接孔C-4a-1，限位板C-8為L形角鋼限位板；L形角鋼限位板包括相互垂直的連接部C-8a和限位部C-8b；連接部C-8a沿著可伸縮的連接單元C-3的軸線方向與可伸縮的連接單元C-3焊接；限位部C-8b與可伸縮的連接單元C-3的軸線相互垂直，可伸縮的縱向連接裝置C的一個可伸縮的連接單元C-3安裝於相鄰型鋼鋼拱架A的鋼腹板A-2之間且與兩個鋼腹板A-2沿隧道縱向頂接，可伸縮的縱向連接裝置C的另一個可伸縮的連接單元C-3安裝於相鄰型鋼鋼拱架A的翼緣板A-1的外側且與兩個翼緣板A-1沿隧道縱向壓接；連接於同一型鋼鋼拱架A兩端的兩組縱向連接裝置C交錯布置。
應當理解的是，以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的技術人員在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。