一種鋼管混凝土支架及其施工方法與流程

2023-05-09 23:17:56

本發明涉及巖土工程領域，特別涉及一種鋼管混凝土支架及其施工方法。

背景技術：

現有的地下工程支護方式中，鋼管混凝土支架作為一種十分有效的支護結構，在新汶華豐煤礦、龍口北皂礦、邢臺邢東礦、通化八寶礦、內蒙上海廟長城礦、淮南國投新集口孜東礦、神華寧煤清水營礦、甘肅平涼新安礦等礦的巷道、硐室或隧道支護中，其優良的支護性能已經在工程實際中的到了充分地檢驗。

但是，對於圍巖壓力大、變形量大、變形時間長、存在動壓的隧道、地下油庫、水封洞庫和硐室，如果鋼管混凝土支架沒有抗震或讓壓功能，在支架與圍巖相互作用過程中，當載荷超過支架的承載力時，支架就會失穩破壞而失去承載能力。尤其是在存在動壓或者發生地震的情況下，鋼管混凝土整體失穩的機率大大增加。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種鋼管混凝土支架，在具備高強的支護能力的同時，大大提升抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力，解決了鋼管混凝土支架剛性過大的問題，大大降低了鋼管混凝土支架脆性破壞的可能性。

一方面，提供了一種鋼管混凝土支架，所述鋼管混凝土支架包括：支架鋼管、置於所述支架鋼管內的混凝土和連接所述支架鋼管的連接套管，所述鋼管混凝土支架上設有排氣孔和注漿孔；

其中，所述混凝土為橡膠混凝土，橡膠混凝土是以混凝土或水泥砂漿為基材，均勻摻入各種非連續的橡膠粉或橡膠顆粒而形成的水泥基複合材料。

可選地，所述橡膠粉是通過在無水乙醇或氫氧化鈉中浸泡並烘乾而得到，粒徑為300目到16目。

可選地，所述橡膠混凝土當中的橡膠粉重量所佔比例為0.1-20％。

可選地，所述支架鋼管的形狀為弧形，所述支架鋼管的管壁厚度由厚度值最大處到最小處沿界面所在弧線線性減小。

可選地，所述支架鋼管的管壁厚度在支架鋼管外側最大，為6-20mm，所述的支架鋼管6的管壁厚度值在支架的內側最小，為4-12mm，其中，最小值與最大值之比為1/2到4/5。

可選地，所述支架鋼管上設有限位鋼圈，以防止所述連接套管的錯動。

可選地，所述鋼管混凝土支架還可包括用於監測所述鋼管混凝土支架的應力和形變的傳感器。本發明實施例在鋼管混凝土支架上設置監測應力形變的傳感器，應力形變的數據可通過數據通信傳送至各種終端設備(例如，手機、電腦等)，以全程監控、分析鋼管混凝土支架的受力和形變，預防鋼管混凝土支架因應力和形變過大而發生傾覆、失穩等事故。

其中，監測應力形變的傳感器可安裝於鋼管混凝土支架受力的關鍵部位(例如，頂部、底部、兩側和肩部)。傳感器獲知的應力形變的數據傳輸至終端設備後，終端設備即可根據這些數據來分析支架各部位的狀態。

可選地，所述排氣孔和所述注漿孔位於所述鋼管混凝土支架的內側。

可選地，所述鋼管混凝土支架的頂部留有圓形排氣孔，直徑為2-10mm，底部留有圓形注漿孔，所述排氣孔和所述注漿孔在向支架鋼管內空間灌注橡膠混凝土時協同工作。

可選地，所述連接套管為截面為圓形的鋼管，管壁厚度為4-12mm，其內徑比支架鋼管6的外徑稍大，以保證所述支架鋼管順利插入連接，所述連接套管的長度為150mm-300mm。

另一方面，提供一種應用上面所述的鋼管混凝土支架的施工方法，所述方法包括：

利用所述連接套管將多個支架鋼管依次連接；

將連接好的支架鋼管通過固定錨杆安裝到待支護斷面上；

通過注漿孔向連接安裝好的支架鋼管內灌注拌制均勻的橡膠混凝土，直至橡膠混凝土充滿每一節支架鋼管為止；

利用木塞封堵注漿孔和排氣孔，至此鋼管橡膠混凝土支架施工完畢。

本發明實施例提供的鋼管混凝土支架及其施工方法，可應用於石油水封洞庫、地下儲油洞庫、硐室、井筒支護和隧道中，將橡膠混凝土創新性地引入到了鋼管混凝土支架支護技術中，由於橡膠混凝土的高阻尼比，使鋼混支架在具備高強的支護能力的同時，抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力得到了大大提升，解決了鋼混支架剛性過大的問題，大大降低了鋼混支架脆性破壞的可能性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的鋼管混凝土支架的整體結構示意圖；

圖2是本發明實施例提供的鋼管構件的示意圖；

圖3是沿圖2中的線AA截取的鋼管構件的剖面圖；

圖4是應用本發明提供的鋼管混凝土支架的施工方法的流程圖。

附圖標記說明：

鋼管橡膠混凝土支架構件1；連接套管2；排氣孔3；注漿孔4；橡膠混凝土5；支架鋼管6；支架鋼管內側7；支架鋼管外側8；限位鋼圈9。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

我國是世界上廢橡膠產生量最大的國家之一，隨著汽車工業的發展，中國現在每年報廢輪胎已經達到每年一億條以上，並且以每年15％的速度增長。廢橡膠在自然條件下難降解，不僅佔用土地、汙染環境、破壞植物生長、存在火災隱患，而且造成了巨大的資源浪費。我國非常重視廢橡膠的處理與利用，但是無害化利用率偏低，約為60％。因此，進一步拓寬廢橡膠的應用範圍、加大廢橡膠的利用效率是亟待解決的問題，對於緩解資源緊張、改善環境汙染具有重大的社會和經濟意義。

目前，我國廢橡膠利用以生產再生膠為主，但再生膠生產過程複雜，生產能耗大，「三廢」治理難，無法滿足環保要求，歐美主要工業發達國家已經全面禁止再生膠的生產。廢橡膠粉生產工藝簡單，消耗能源少，不汙染環境，成為發達國家利用廢橡膠的主要方式。從長遠看，廢橡膠粉是非常有前途的產品，可以廣泛應用於普通混凝土、瀝青混凝土、防水材料以及其他建築材料中，具有廣闊的開發空間和利用前景。

需要說明的是，橡膠混凝土是以混凝土或水泥砂漿為基材，均勻摻入各種非連續的橡膠粉或橡膠顆粒而形成的水泥基複合材料，是一種改性、環保的複合材料，其延性、抗裂性、抗滲性、減震阻尼性、保溫隔熱性和隔音降噪性等優於普通混凝土，橡膠主要通過物理力學作用改善混凝土內部結構，並不改變混凝土中各種材料本身的化學性能,因而不會破壞混凝土的耐久性。橡膠混凝土可大量消耗廢橡膠，我國混凝土產量超過15億m3，理論上1m3混凝土只須摻加0.8kg橡膠粉便可消化掉沒有回收再生利用的廢橡膠。廢橡膠輪胎是一種由橡膠、炭黑、軟化劑及硫化促進劑等多種材料組成的含交聯結構的材料，所用的橡膠集料是廢舊橡膠經粉碎機斷裂其交聯網狀結構，產生的大量分子碎片顆粒，其表面呈惰性，根據粉碎後顆粒的大小，分為不同目數等級的橡膠粉。廢橡膠資源豐富，價格低廉，利用其對混凝土進行改性是一種既簡單又經濟的方法。

本發明實施例提供了一種鋼管混凝土支架，將橡膠混凝土創新性地引入到了鋼管混凝土支架支護技術中，使得鋼管混凝土支架在具備高強的支護能力的同時，大大提升抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力，解決了鋼管混凝土支架剛性過大的問題，大大降低了鋼管混凝土支架脆性破壞的可能性。

下面結合圖1-3對本發明實施例提供的鋼管橡膠混凝土支架進行進一步闡釋。

如圖1-3所示，本發明實施例提供的鋼管橡膠混凝土支架包括：支架鋼管6、橡膠混凝土5、連接套管2。支架鋼管6通過連接套管2連接成為整體支架，利用固定錨杆將連接好的支架鋼管6安裝到待支護斷面上，並且可以在支架鋼管6的內部空間灌注橡膠混凝土5而形成本發明實施例提供的鋼管橡膠混凝土支架。

所述支架鋼管6的形狀可以是弧形，也可以是直線型，其組成整體支架的形狀可以為直牆半圓拱形、圓形、矩形、方形、馬蹄形等，依據待支護斷面形狀而定。

所述支架鋼管6圓形截面的直徑為8-30cm，所述支架鋼管6的管壁厚度值在與待支護斷面接觸的位置處也就是支架鋼管外側8最大，為6-20mm；所述的支架鋼管6的管壁厚度值在支架的內側7最小，為4-12mm；最小與最大值的比值為1/2-4/5，支架鋼管6管壁厚度由厚度值最大處到最小處厚度沿截面所在弧線線性減小。這樣增強了鋼管橡膠混凝土支架的抗彎折能力和外側的抗拉強度。所述的支架鋼管6管壁厚度也可以是均勻一致的，厚度值為6-20mm。

所述的橡膠混凝土5是在普通混凝土內添加橡膠粉均勻攪拌而成，橡膠粉重量所佔比例0.1％-20％。

所述的橡膠粉由廢舊輪胎製成，其粒徑為300目-16目，需通過在無水乙醇或氫氧化鈉中浸泡並烘乾，以去掉其中的硬脂酸鋅，從而增強橡膠顆粒與水泥砂漿的粘結能力，減少橡膠混凝土的開裂。

所述的鋼管混凝土支架的頂部留有排氣孔3，為圓形，直徑2-10mm；底部留有注漿孔4，為圓形，注漿孔4的直徑與注漿管的直徑相匹配，排氣孔3和注漿孔4在向支架內空間灌注橡膠混凝土5時協同工作。

所述的排氣孔3和注漿孔4均位於鋼管橡膠混凝土支架的內側，這樣的布置方式可以在確保順利注漿的同時保證支架外側足夠的抗拉和抗彎折能力。

所述的連接套管2為截面為圓的鋼管，管壁厚度為4-12mm，其形狀與被相鄰連接鋼管橡膠混凝土支架構件1匹配，內徑比支架鋼管6的外徑稍大，能保證支架鋼管6順利插入連接即可；所述連接套管2的長度為150mm-300mm。

所述的支架鋼管6上焊有限位鋼圈9，其高度為3-5mm，可以避免連接套管2的錯動，保證鋼管橡膠混凝土支架的穩定性。其中，限位鋼圈可焊接到連接套管上。

在本發明實施例中，可選地，所述鋼管混凝土支架還可包括用於監測所述鋼管混凝土支架的應力和形變(例如，上下或者兩側方面的形變)的傳感器(圖未示出)。所述傳感器初始可設置一個安全的應力閾值和一個安全的形變閾值，並監測鋼管混凝土支架的實時應力值和形變值。當實時應力值和形變值超過此應力閾值或形變閾值時，可觸發警報裝置發出警報聲響。

當工作人員聽到警報聲時，即可得知鋼管混凝土支架處於極限受力狀態，此時，會採取增加錨杆支護、增加液壓支柱等相應的補救手段，避免進一步的失穩。而當應力應變數據長時間處於穩定狀態，則可證明支架已處於穩定工作的安全狀態。

本發明實施例在鋼管混凝土支架上設置監測應力形變的傳感器，應力形變的數據可通過數據通信傳送至各種終端設備(例如，手機、電腦等)，以全程監控、分析鋼管混凝土支架的受力和形變，預防鋼管混凝土支架因應力和形變過大而發生傾覆、失穩等事故。

參照圖4，本發明鋼管橡膠混凝土支架的施工方法可包括：

41、利用連接套管2將支架鋼管6依次連接；

42、將連接好的支架鋼管6通過固定錨杆將其安裝到待支護斷面上去；

43、通過注漿孔4向連接安裝好的支架鋼管6內灌注拌制均勻的橡膠混凝土5，直至橡膠混凝土5充滿每一節鋼管橡膠混凝土支架構件1為止；

44、利用木塞封堵注漿孔4和排氣孔3，至此鋼管橡膠混凝土支架施工完畢。

可選地，當所述傳感器監測到所述鋼管混凝土支架的應力超過應力閾值或形變超過形變閾值時，根據所述鋼管混凝土支架的狀態增加錨杆支護和/或液壓支架。

本發明實施例提供的鋼管混凝土支架及其施工方法，將橡膠混凝土創新性地引入到了鋼管混凝土支架支護技術中，由於橡膠混凝土的高阻尼比，使鋼混支架在具備高強的支護能力的同時，抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力得到了大大提升，解決了鋼混支架剛性過大的問題，大大降低了鋼混支架脆性破壞的可能性。

本發明實施例提供的鋼管橡膠混凝土支架及其施工方法的優點可包括：

(1)將橡膠混凝土創新性地引入到了鋼管混凝土支架支護技術中，由於橡膠混凝土的高阻尼比，使鋼混支架在具備高強的支護能力的同時，抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力得到了大大提升，解決了鋼混支架剛性過大的問題，大大降低了鋼混支架脆性破壞的可能性；

(2)利用橡膠混凝土取代鋼混支架中的普通混凝土，鋼管為橡膠混凝土提供緊箍力，使得橡膠粉與混凝土提相容性不好的問題得到極大程度的改善；

(3)使用橡膠粉而不是橡膠粒，在一定程度上解決了橡膠粒混凝土橡膠粒上浮與分布不均的問題；

(4)本發明拓展了橡膠粉在土木工程中的應用，進一步，為解決目前廢舊橡膠輪胎汙染嚴重的問題做出了貢獻；

(5)本發明採用的支架鋼管為厚度可變的鋼管，提高了鋼混支架的抗彎折破壞的能力，同時也節省了鋼材用量。

需要說明的是：上述實施例提供的鋼管混凝土支架與其施工方法實施例屬於同一構思，它們之間也相互參照，這裡冗餘內容不再贅述。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。對於裝置類實施例而言，由於其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

需要說明的是，在本文中，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬體來完成，也可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。