本发明专利技术公开了一种用于隧道初期支护结构的支承装置及其施做方法，其包括型钢钢架、至少一根锁脚锚管以及连接板，所述连接板与所述型钢钢架的贴合；且每一所述锁脚锚管的一端穿过所述连接板，并被固定于所述隧道围岩内。相对于现有技术而言，本发明专利技术的技术方案打设锚管时不必使锚管紧贴拱架上的预留钢筋，由此减小了锚管施做的难度；提供了更大的焊缝施做空间，方便操作；改变了锁脚锚管与型钢拱架之间的作用机理，使两者的连接更加稳定可靠；且制作过程简便易行，对操作人员的技术能力要求低。
【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道初期支护结构的支承装置及其施做方法
本专利技术涉及隧道建设领域，尤其涉及一种用于隧道初期支护结构的支承装置及其施做方法。
技术介绍
隧道在不良地质条件下进行开挖时，如遇到围岩承载力不足，会出现初期支护结构下沉的现象，此时上部围岩松弛区域也会随之扩大，引起拱顶附近围岩的变形及稳定性的降低，容易导致隧道轮廓线发生变化，对线路安全运营产生危害。为了防止这种现象的发生，在初期支护结构钢拱架的拱脚处设置锁脚锚管以提高承载力成为隧道施工过程中的有效措施。锁脚锚管一般从钢架脚部打入围岩，打入方向为斜下或水平，锚管端头与钢架连接，并将砂浆或药液注入到围岩中以实现锚管与围岩之间的附着力，因为这种附着力的增加，初期支护结构的承载力得以增加，避免了结构的下沉。然而受到施工现场复杂因素的影响，上述措施的施做效果往往达不到预期，原因之一在于锚管与型钢钢架的连接方案不合理，施工过程不易操作甚至无法操作，进而使锚管与钢架间的连接强度受到影响，出现部分构件在受力过程中互相脱开的情况。具体的，如图1-3所述，现有的初期支护结构的支撑装置包括：工字钢钢架200、锁脚锚管300以及U型钢筋400，其具体施工方案如下：首先施做工字钢钢架200，之后将U型钢筋400焊接在工字钢钢架200的拱脚位置，U型钢筋400的放置方法为包围工字钢钢架200，底部与工字钢腹板紧贴并焊接，侧部分别与工字钢腹板两侧进行接触并焊接，U型钢筋400所在平面需要与锁脚锚管300轴向平行，之后向围岩内打设锁脚锚管300，锁脚锚管300打设完毕后将锚管端头与U型钢筋400搭接并焊接，以实现锚管和型钢拱架的连接。为了使拱架受力均匀，锁脚锚管300一般成对打设，2根锁脚锚管300分别位于拱架两侧，当需要大幅增加承载力时，也可在同一位置打设4根锁脚锚管300，工字钢钢架200两侧各2根，上下排布，与工字钢钢架200的连接均是通过与同一个U型钢筋400的焊接实现。而上述施工方法的弊端在于：1、锚管打设完毕后，需要将端头与U型钢筋搭接并焊接，而U型钢筋与拱架焊接完毕后无法移动，且U型钢筋截面积较小，现场施工经验表明，锁脚锚管的打设很难保持较高精度，当锁脚锚管端头与U型钢筋距离较远或与U型钢筋所在平面不平行时，需要在空隙中填充更多焊材进行焊接，不但增加了焊接难度，还提高了出现焊接缺陷的几率。2、当钢拱架同一侧有多根锚管时，按照现有方案，上下2根锚管需要焊接在同一段U型钢筋上，因U型钢筋的截面积较小，如锚杆端头能够紧贴钢筋，则留给焊接操作的空间极小，极大的增加了焊接难度，使焊接效果难以保证。因此，有必要提供一种隧道初期支护结构的支承装置及其施做方法，方便施工人员现场施做，并且能够有效保证锁脚锚管与型钢钢架之间的连接强度。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种用于隧道初期支护结构的支承装置及其施做方法，其使得在打设锁脚锚管时不必使锁脚锚管紧贴拱架上的预留钢筋，由此减小了锁脚锚管施做的难度；提供了更大的焊缝施做空间，方便操作；改变了锁脚锚管与型钢拱架之间的作用机理，使两者的连接更加稳定可靠；且整个制作过程简便易行，对操作人员的技术能力要求低。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一方面，提供了一种用于隧道初期支护结构的支承装置，包括型钢钢架和至少一根锁脚锚管；所述型钢钢架包括靠近隧道围岩的第一侧面以及远离所述隧道围岩、且与所述第一侧面相对的第二侧面，还包括连接板，所述连接板包括前侧面、所述前侧面相对的后侧面、上侧面以及与所述上侧面相对的下侧面，且所述后侧面与所述型钢钢架的第二侧面贴合；每一所述锁脚锚管的一端穿过所述连接板，并被固定于所述隧道围岩内。优选的，沿所述连接板的中心轴线X对称设置有供所述锁脚锚管穿过的通孔；所述型钢钢架为工字钢；所述连接板为连接钢板。优选的，固定于所述隧道围岩内的所述锁脚锚管的中心轴线Y与水平面的夹角为θ，且0°≤θ＜90°。优选的，当θ＝0°时，所述通孔为圆形，且所述通孔直径D为d+1.5mm，其中，所述d为锁脚锚管直径。优选的，当0°＜θ＜90°时，所述通孔为上下两端均为半圆弧形的条形孔，且所述条形孔的宽度W为d+1.5mm，所述条形孔的长度L为d×tanθ+d/cosθ+1.5mm，其中，所述d为锁脚锚管直径。优选的，当所述锁脚锚管为2根，且沿所述中心轴线X对称设置时，所述连接板长度L’为(2d+1.5mm)×2+b，宽度W’为(2d+1.5mm)×2+b，厚度为3-7mm；其中，所述b为所述工字钢翼缘板的宽度。优选的，当所述锁脚锚管为4根，且沿所述中心轴线X的延伸方向对称设置时，所述连接板长度L’为(2d+1.5mm)×2+b，宽度W’为(3.5d+3.0mm)×2+b，厚度为3-7mm；其中，所述b为所述工字钢翼缘板的宽度。优选的，所述连接板的上侧面和/或下侧面与所述型钢钢架的第二侧面之间形成有角焊缝，且所述角焊缝沿所述连接板长度方向延伸；所述锁脚锚管与通孔之间、围绕所述锁脚锚管形成有塞焊缝。优选的，至少一根所述锁脚锚管与注浆设备连接，通过所述注浆设备对至少一根所述锁脚锚管进行注浆。另一方面，还提供一种上述支承装置的施做方法，包括如下步骤：S1、预制所述锁脚锚管、型钢钢架以及连接板；S2、固定所述型钢钢架，在所述连接板上开设所述通孔；或固定所述型钢钢架，在所述连接板上开设所述通孔，且在所述隧道围岩上开设用于固定所述锁脚锚管的固定孔，并对所述固定孔进行清理；S3、将开设有所述通孔的连接板与所述型钢钢架的第二侧面贴合，并对所述连接板的上侧面和/或下侧面与所述型钢钢架的第二侧面沿所述连接板长度方向进行焊接，形成角焊缝；S4、将所述锁脚锚管的一端穿过所述连接板上的通孔，并将其直接打入到所述隧道围岩内进行固定，或将所述锁脚锚管的一端穿过所述连接板上的通孔，并将其固定在所述隧道围岩的固定孔内；S5、在所述锁脚锚管与所述通孔之间进行焊接，形成塞焊缝，使所述锁脚锚管与所述连接板连接牢固；S6、将至少一个所述锁脚锚管与注浆设备连接，通过所述注浆设备对至少一个所述锁脚锚管进行注浆。本专利技术的技术方案所取得的技术效果如下：1、由于连接钢板的设置，锁脚锚管打设时不必使锁脚锚管紧贴型钢钢架上的预留钢筋，避免了锁脚锚管打设完毕后与U型钢筋距离较远或与U型钢筋所在平面不平行时焊接困难的情况，减小了锁脚锚管打设的难度。2、当型钢钢架同一侧有多根锁脚锚管时，避免了多根锁脚锚管焊接于同一段U型钢筋上的情况，锁脚锚管与连接板的焊接操作具有更大的施做空间，降低了操作难度，有益于提高焊缝质量。3、现有方案中，U型钢筋与锚管之间的作用力直接依靠焊缝传递，本专利技术的装置中，锁脚锚管提供的支承反力并不是全部由焊缝传递，尤其在锁脚锚管打入围岩的角度θ较小时，锁脚锚管提供的支承反力大部分作用于连接板上，锁脚锚管与连接板在通孔处的焊缝承受的作用力较小，更多地起到了固定作用，由此降低了对焊缝质量的要求，鉴于现场焊接受到的影响因素较多，客观上降低了焊缝破坏导致连接失效的几率。4、制作过程简便易行，对操作人员的技术能力要求低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于隧道初期支护结构的支承装置，包括型钢钢架和至少一根锁脚锚管，所述型钢钢架包括靠近隧道围岩的第一侧面以及远离所述隧道围岩、且与所述第一侧面相对的第二侧面，其特征在于，还包括连接板，所述连接板包括前侧面、所述前侧面相对的后侧面、上侧面以及与所述上侧面相对的下侧面，且所述后侧面与所述型钢钢架的第二侧面贴合；每一所述锁脚锚管的一端穿过所述连接板，并被固定于所述隧道围岩内。
【技术特征摘要】
1.一种用于隧道初期支护结构的支承装置，包括型钢钢架和至少一根锁脚锚管，所述型钢钢架包括靠近隧道围岩的第一侧面以及远离所述隧道围岩、且与所述第一侧面相对的第二侧面，其特征在于，还包括连接板，所述连接板包括前侧面、所述前侧面相对的后侧面、上侧面以及与所述上侧面相对的下侧面，且所述后侧面与所述型钢钢架的第二侧面贴合；每一所述锁脚锚管的一端穿过所述连接板，并被固定于所述隧道围岩内。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，沿所述连接板的中心轴线X对称设置有供所述锁脚锚管穿过的通孔；所述型钢钢架为工字钢；所述连接板为连接钢板。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，固定于所述隧道围岩内的所述锁脚锚管的中心轴线Y与水平面的夹角为θ，且0°≤θ＜90°。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，当θ＝0°时，所述通孔为圆形，且所述通孔直径D为d+1.5mm，其中，所述d为锁脚锚管直径。5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，当0°＜θ＜90°时，所述通孔为上下两端均为半圆弧形的条形孔，且所述条形孔的宽度W为d+1.5mm，所述条形孔的长度L为d×tanθ+d/cosθ+1.5mm，其中，所述d为锁脚锚管直径。6.如权利要求4-5之一所述的装置，其特征在于，当所述锁脚锚管为2根，且沿所述中心轴线X对称设置时，所述连接板长度L’为(2d+1.5mm)×2+b，宽度W’为(2d+1.5mm)×2+b，厚度为3-7mm；其中，所述b为所述工字钢翼缘板的宽度。7.如权利要求4-5之一所述的装置，其特征在于，当所述锁脚锚管为4根，且...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭斌，赵勇，倪光斌，林传年，魏峰，吕刚，陈学峰，刘建友，陈志广，王杨，于鹤然，刘方，张矿三，张延，
申请(专利权)人：中铁工程设计咨询集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11
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