一种液压式隧道分级让压支护结构及施工方法技术

一种液压式隧道分级让压支护结构及施工方法，主要用于隧道工程，属于隧道支护施工领域。液压式隧道分级让压支护结构，由让压锚杆、外拱架、内拱架和垫板构成，让压锚杆由连杆和液压装置构成，外拱架由拱环、卡槽和液压装置构成，内拱架由拱节和液压装置构成，内拱架套于外拱架内侧，外拱架的液压装置盖板与垫板槽钢腹板焊接，垫板槽钢翼缘卡套在内拱架外侧，垫板内轴承抵在拱节端部，让压锚杆与内拱架交界处采用与外拱架和垫板连接处相同方式将垫板安置在内拱架内侧，让压锚杆的连杆依次穿过垫板、内拱架和外拱架，构成液压式隧道分级让压支护结构。本发明专利技术使锚杆、拱架协同变形，能够分级让压，增大让压量，使结构承受较小的围岩压力。

A Hydraulic Tunnel Graded Yielding Support Structure and Construction Method

The utility model relates to a hydraulic tunnel graded yielding support structure and construction method, which is mainly used in tunnel engineering and belongs to the field of tunnel support construction. Hydraulic tunnel graded yielding support structure consists of yielding bolt, external arch frame, internal arch frame and cushion plate. The yielding bolt consists of connecting rod and hydraulic device. The outer arch frame consists of arch ring, chuck and hydraulic device. The inner arch frame consists of arch joint and hydraulic device. The inner arch frame is sleeved inside the outer arch frame. The hydraulic device cover plate of the outer arch frame is welded with the steel web plate of cushion plate slot, and the steel flange of cushion plate slot. The clamp sleeve is on the outside of the inner arch frame, and the bearing of the cushion plate is placed at the end of the arch joint. The cushion plate is placed inside the inner arch frame at the junction of the pressure anchor rod and the inner arch frame in the same way as that at the junction of the outer arch frame and the cushion plate. The connecting rods of the pressure anchor rod pass through the cushion plate, the inner arch frame and the outer arch frame in turn, thus forming a hydraulic tunnel graded pressure The invention makes the bolt and the arch frame deform synergistically, can classify the yielding pressure, increase the yielding pressure, and make the structure bear smaller surrounding rock pressure.

【技术实现步骤摘要】
一种液压式隧道分级让压支护结构及施工方法
本专利技术涉及一种液压式隧道分级让压支护结构及施工方法，主要用于隧道工程，属于隧道支护施工领域。
技术介绍
近年来，随着我国基础设施建设的不断推进，采矿、隧道、水利水电等工程持续增加，特别是在山区，这类工程常常穿越高地应力软岩地区，变形破坏非常严重，给建设施工带来了重大的挑战。针对深部高地应力软岩硐室变形大，支护困难等特点，国内外对深部高地应力软岩硐室的支护进行了大量的研究，经历了从普通的锚喷支护、喷射钢纤维支护、柔性钢架支护到锚网喷与柔性钢架联合支护等形式，但这些支护形式的效果都不是很理想。现有的钢架，由多个拱节构成，其不足之处在于：拱节之间通过焊接或铆接而成，不可伸缩，所以拱架不能与围岩协同变形；专利（申请号：201520369326.1）公开了一种可伸缩的环形钢架，解决了传统钢架不可伸缩的问题，但这类钢架在变形过程中，拱节之间的分离量易造成卡环的屈服破坏，造成支护失效；专利（申请号：201520226686.6）公开了一种可调节的隧道支护结构，在相邻的拱节之间设置支护应力调节器，通过调节弹簧的变形，可以有效释放支护结构内部的应力，使其与围岩协同变形，但是该技术所控制的变形较小，在大变形的情况下，拱节之间容易错动而失效，或不能有效释放围岩压力，使支护结构仍承受较大的压力。现有的支护结构一方面不能合理的考虑结构之间的协同工作，让压结构和普通支护结构的结合使用，使让压结构不能有效的变形、普通支护结构因变形过大而失效，锚杆径向伸长与拱架环向收缩使两者产生剪切应力，而使锚杆发生剪切破坏；另一方面有限的让压量不能有效释放围岩压力，现有的让压支护结构能适当的收缩变形，但由于结构曲率增大使支护结构内力增大、连接件抑制拱节端部的分离量使连接件易剪切破坏等原因，拱架收缩变形过程中只能进行有限的变形，不能有效释放围岩应力，使结构仍然处于高应力的环境中，造成支护结构的屈服失效。因此，急需提出一种新的让压支护结构，使拱架、锚杆、围岩三者协同变形、减少相互之间剪切影响、增大让压量、恒阻实时让压、释放地应力，充分发挥让压支护结构的支护效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种液压式隧道分级让压支护结构及施工方法。本专利技术是一种液压式隧道分级让压支护结构及施工方法，液压式隧道分级让压支护结构，包括让压锚杆1、外拱架2、内拱架3和垫板4；让压锚杆1由连杆5和液压装置6构成；连杆5采用带肋钢筋；液压装置6是由液压缸10、盖板11和活塞12构成，液压缸10为由钢板焊接成的方形筒，盖板11为中心带有活塞孔18的方形钢板，活塞12穿过盖板11的活塞孔18，对称插入液压缸10两端，盖板11焊接在液压缸10的两端，构成液压装置6；连杆5一端与液压装置6的活塞12对齐焊接，构成让压锚杆1；外拱架2由拱环7、卡槽8和液压装置6构成；拱环7由弧形钢板和合页13构成，弧形钢板中心处设有矩形孔，两端带有可穿过轴承16和扭力弹簧17的凹口和凸榫，合页13由两侧叶片通过销钉15连接成V形，两侧叶片带有与弧形钢板相同的凹口和凸榫，弧形钢板和合页13首尾相接，并将扭力弹簧17和轴承16固定于连接处的凹口与凸榫中，插入销钉15，组成封闭的圆环，构成拱环7；卡槽8采用槽钢，垂直于槽钢两侧翼缘中心预留销钉孔19；拱环7的合页13V形尖端的销钉15穿过卡槽8翼缘的销钉孔19，液压装置6的活塞12焊接在卡槽8腹板中心，构成环形封闭的外拱架2；内拱架3由拱节9和液压装置6构成；拱节9为弧形工字钢，工字钢上下翼缘中心处带有与外拱架2弧形钢板相对应的矩形孔，矩形孔处的腹板切除，上下翼缘间焊接加劲肋；拱节9两端与液压装置6的活塞12中心对齐焊接，形成封闭圆环，构成内拱架3；垫板4由槽钢、轴承16和销钉15构成，槽钢翼缘内侧间距与拱节宽度一致，槽钢腹板中心预留圆形的活塞孔18，翼缘端部两侧带有销钉孔19，通过销钉15将轴承16固定在槽钢内，构成垫板4；内拱架3套于外拱架2内侧，使外拱架2的拱环7上的矩形孔与内拱架3的拱节9上的矩形孔中心对齐，将外拱架2的液压装置6的活塞12穿过垫板（4）的槽钢腹板的活塞孔18，盖板11与垫板4的槽钢腹板焊接；垫板4的槽钢翼缘卡套在内拱架3的拱节9外侧翼缘，垫板4内轴承16抵在拱节9的端部，让压锚杆1与内拱架3相交处采用与外拱架2和垫板4连接处相同的方式将垫板4安置在内拱架3内侧翼缘，使垫板4的槽钢上的活塞孔18与内拱架3的拱节9上的矩形孔中心对齐；将让压锚杆1的连杆5依次穿过垫板4的活塞孔18、内拱架3和外拱架2上的矩形孔，锚固于隧道周边稳定围岩，构成液压式隧道分级让压支护结构。本专利技术的液压式隧道分级让压支护结构的施工方法，其步骤为：（1）构件预制：根据隧道围岩压力大小和开挖断面大小确定让压锚杆1与拱节9的型号和长度并截取各构件；根据地应力情况和围岩性质确定让压量，并根据让压量预制液压装置6，按设计要求完成各构件的装配；液压装置6通过注油孔压力注油，将所有的注油孔采用螺栓紧固；所有预制件均作防锈处理；（2）隧道及钻孔开挖：根据隧道布线及断面设计图纸要求，开挖隧道，按照让压锚杆1的设计长度和角度钻设锚杆孔；（3）拱环7施工：拱环7外侧紧靠隧道开挖断面，卡槽8翼缘与合页13尖端通过销钉15连接，腹板与液压装置6一侧的活塞12中心对齐焊接，液压装置6另一侧活塞12穿过垫板4，盖板11与垫板4中心对齐焊接，垫板4内轴承16的滚动方向与拱轴线方向一致；（4）内拱架3施工：拱节9的端部与液压装置6的活塞12中心对齐焊接，垫板4包裹拱节9的上翼缘，垫板4内轴承16抵在拱节9的端部；（5）让压锚杆1施工：让压锚杆1的连杆5依次穿过垫板4、内拱架3与外拱架2的矩形孔，安置在钻孔内，垫板4的翼缘包裹内拱架3的下翼缘，对让压锚杆1进行压力注浆；（6）壁后填充：采用喷射混凝土的方式，向外拱架2和开挖断面之间的缝隙填充混凝土，使外拱架2与开挖断面紧密接触，完成支护结构施工。本专利技术的有益效果：本专利技术与现有钢架相比，具有以下优点：（1）锚杆、外拱架、内拱架均为让压结构，使拱架与围岩更好的协同变形，围岩变形过程中，一部分围岩压力通过外拱架收敛释放，另一部分通过内拱架和锚杆的协同变形释放，能有效的释放围岩体中的应力，解决隧洞在施工与运营过程中出现的支护失效问题；（2）刚柔并济，有控制性的分级实时让压，溢流阀根据内外拱架的受力特点设定让压点，内拱架的设定值大于外拱架，支护结构进行外拱架让压时，内拱架的溢流阀压力未达到设定值，抑制内拱架的工作，直至外拱架让压结束，内拱架的溢流阀达到让压点，内拱架进行让压，让压前后均有强支护阶段，支护结构只有达到让压点后才能进行让压工作，结构在让压结束后，发挥强支护效果，控制围岩的过量变形；（3）增大结构的让压量，通过两方面的让压，有效避免结构因曲率问题导致让压终止，内拱架采用液压结构能减少围岩对拱节端部的制约，适应高地应力软岩的大变形；（4）减小曲率变化影响，外拱架V形波口间采用轴承连接，外拱架变形过程中，V形波口转动收缩，结构曲率变化较小，导致的结构内力增加较小；（5）垫板的滑动特性使内外拱架在收缩变形过程中，不对锚杆产生剪力；（6）拱环单向阻力转动，单向轴承使拱环只能沿着拱环收缩的方向转动，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压式隧道分级让压支护结构，包括让压锚杆（1）、外拱架（2）、内拱架（3）和垫板（4）；其特征在于：让压锚杆（1）由连杆（5）和液压装置（6）构成；连杆（5）采用带肋钢筋；液压装置（6）是由液压缸（10）、盖板（11）和活塞（12）构成，液压缸（10）为由钢板焊接成的方形筒，盖板（11）为中心带有活塞孔（18）的方形钢板，活塞（12）穿过盖板（11）的活塞孔（18），对称插入液压缸（10）两端，盖板（11）焊接在液压缸（10）的两端，构成液压装置（6）；连杆（5）一端与液压装置（6）的活塞（12）对齐焊接，构成让压锚杆（1）；外拱架（2）由拱环（7）、卡槽（8）和液压装置（6）构成；拱环（7）由弧形钢板和合页（13）构成，弧形钢板中心处设有矩形孔，两端带有可穿过轴承（16）和扭力弹簧（17）的凹口和凸榫，合页（13）由两侧叶片通过销钉（15）连接成V形，两侧叶片带有与弧形钢板相同的凹口和凸榫，弧形钢板和合页（13）首尾相接，并将扭力弹簧（17）和轴承（16）固定于连接处的凹口与凸榫中，插入销钉（15），组成封闭的圆环，构成拱环（7）；卡槽（8）采用槽钢，垂直于槽钢两侧翼缘中心预留销钉孔（19）；拱环（7）的合页（13）V形尖端的销钉（15）穿过卡槽（8）翼缘的销钉孔（19），液压装置（6）的活塞（12）焊接在卡槽（8）腹板中心，构成环形封闭的外拱架（2）；内拱架（3）由拱节（9）和液压装置（6）构成；拱节（9）为弧形工字钢，工字钢上下翼缘中心处带有与外拱架（2）弧形钢板相对应的矩形孔，矩形孔处的腹板切除，上下翼缘间焊接加劲肋；拱节（9）两端与液压装置（6）的活塞（12）中心对齐焊接，形成封闭圆环，构成内拱架（3）；垫板（4）由槽钢、轴承（16）和销钉（15）构成，槽钢翼缘内侧间距与拱节宽度一致，槽钢腹板中心预留圆形的活塞孔（18），翼缘端部两侧带有销钉孔（19），通过销钉（15）将轴承（16）固定在槽钢内，构成垫板（4）；内拱架（3）套于外拱架（2）内侧，使外拱架（2）的拱环（7）上的矩形孔与内拱架（3）的拱节（9）上的矩形孔中心对齐，将外拱架（2）的液压装置（6）的活塞（12）穿过垫板（4）的槽钢腹板的活塞孔（18），盖板（11）与垫板（4）的槽钢腹板焊接；垫板（4）的槽钢翼缘卡套在内拱架（3）的拱节（9）外侧翼缘，垫板（4）内轴承（16）抵在拱节（9）的端部，让压锚杆（1）与内拱架（3）相交处采用与外拱架（2）和垫板（4）连接处相同的方式将垫板（4）安置在内拱架（3）内侧翼缘，使垫板（4）的槽钢上的活塞孔（18）与内拱架（3）的拱节（9）上的矩形孔中心对齐；将让压锚杆（1）的连杆（5）依次穿过垫板（4）的活塞孔（18）、内拱架（3）和外拱架（2）上的矩形孔，锚固于隧道周边稳定围岩，构成液压式隧道分级让压支护结构。...

【技术特征摘要】
1.一种液压式隧道分级让压支护结构，包括让压锚杆（1）、外拱架（2）、内拱架（3）和垫板（4）；其特征在于：让压锚杆（1）由连杆（5）和液压装置（6）构成；连杆（5）采用带肋钢筋；液压装置（6）是由液压缸（10）、盖板（11）和活塞（12）构成，液压缸（10）为由钢板焊接成的方形筒，盖板（11）为中心带有活塞孔（18）的方形钢板，活塞（12）穿过盖板（11）的活塞孔（18），对称插入液压缸（10）两端，盖板（11）焊接在液压缸（10）的两端，构成液压装置（6）；连杆（5）一端与液压装置（6）的活塞（12）对齐焊接，构成让压锚杆（1）；外拱架（2）由拱环（7）、卡槽（8）和液压装置（6）构成；拱环（7）由弧形钢板和合页（13）构成，弧形钢板中心处设有矩形孔，两端带有可穿过轴承（16）和扭力弹簧（17）的凹口和凸榫，合页（13）由两侧叶片通过销钉（15）连接成V形，两侧叶片带有与弧形钢板相同的凹口和凸榫，弧形钢板和合页（13）首尾相接，并将扭力弹簧（17）和轴承（16）固定于连接处的凹口与凸榫中，插入销钉（15），组成封闭的圆环，构成拱环（7）；卡槽（8）采用槽钢，垂直于槽钢两侧翼缘中心预留销钉孔（19）；拱环（7）的合页（13）V形尖端的销钉（15）穿过卡槽（8）翼缘的销钉孔（19），液压装置（6）的活塞（12）焊接在卡槽（8）腹板中心，构成环形封闭的外拱架（2）；内拱架（3）由拱节（9）和液压装置（6）构成；拱节（9）为弧形工字钢，工字钢上下翼缘中心处带有与外拱架（2）弧形钢板相对应的矩形孔，矩形孔处的腹板切除，上下翼缘间焊接加劲肋；拱节（9）两端与液压装置（6）的活塞（12）中心对齐焊接，形成封闭圆环，构成内拱架（3）；垫板（4）由槽钢、轴承（16）和销钉（15）构成，槽钢翼缘内侧间距与拱节宽度一致，槽钢腹板中心预留圆形的活塞孔（18），翼缘端部两侧带有销钉孔（19），通过销钉（15）将轴承（16）固定在槽钢内，构成垫板（4）；内拱架（3）套于外拱架（2）内侧，使外拱架（2）的拱环（7）上的矩形孔与内拱架（3）的拱节（9）上的矩形孔中心对齐，将外拱架（2）的液压装置（6）的活塞（12）穿过垫板（4）的槽钢腹板的活塞孔（18），盖板（11）与垫板（4）的槽钢腹板焊接；垫板（4）的槽钢翼缘卡套在内拱架（3）的拱节（9）外侧翼缘，垫板（4）内轴承（16）抵在拱节（9）的端部，让压锚杆（1）与内拱架（3）相交处采用与外拱架（2）和垫板（4）连接处相同的方式将垫板（4）安置在内拱架（3）内侧翼缘，使垫板（4）的槽钢上的活塞孔（18）与内拱架（3）的拱节（9）上的矩形孔中心对齐；将让压锚杆（1）的连杆（5）依次穿过垫板（4）的活塞孔（18）、内拱架（3）和外拱架（2）上的矩形孔，锚固于隧道周边稳定围岩，构成液压式隧道分级让压支护结构。2.根据权利要求1所述的液压式隧道分级让压支护结构，其特征在于：液压装置（6）的液压缸（10）外径与拱节（9）翼缘宽度相同，长度与让压量相...

【专利技术属性】
技术研发人员：董建华，徐斌，颉永斌，李建军，包万飞，赵永达，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62