一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构制造技术

一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构，包括由型钢钢架和HRB400格栅主钢筋组成主骨架，型钢钢架下侧翼板下两边通过梯形HPB300钢筋和两根HRB400格栅主筋焊接连接，两根HRB400格栅主筋以矩形HPB300钢筋焊接连接。型钢钢架、两根HRB400格栅主钢筋、HPB300钢筋和HRB400主筋的焊接形成横截面为梯形主结构；型钢钢架与两根HRB400格栅主钢筋两端焊接在节点钢板上，其中两根HRB400格栅主钢筋与节点钢板的焊接点处焊接角钢以加强焊接强度。

A Combined Steel Frame Structure of Profile and Grid for Initial Support of Tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构
本技术属于支护钢架结构
，涉及对隧道及地下工程的初期支护钢架结构，具体涉及一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构。
技术介绍
隧道初期支护一般配置型钢或格栅钢架作为骨架，配置型钢钢架的初期支护因为型钢可以单独承载所以具有可以及时发挥作用的特点，而格栅钢架不能单独承载，其必须与喷射混凝土配合方可发挥作用。型钢与喷射混凝土共同组成的初期支护结构，由于喷射混凝土比型钢具有更大的刚度，所以承载的比例比型钢大得多，其不足的是由于早期强度较弱，承载能力不强，如果隧道支护变形较大，则可能导致喷射混凝土完全失去承载能力而只有型钢钢架单独承载的结局；配置格栅钢架的初期支护，如果早期隧道荷载较大，喷射混凝土强度增长较慢，来不及承载就可能被破坏。如果将型钢与格栅组合起来，型钢钢架发挥其早期可以单独承载的作用，保护喷射混凝土不被破坏，待喷射混凝土强度增长后与格栅发挥其承载能力强的作用。型钢钢架早期作用强而后期能力弱，格栅钢架早期能力弱而后期能力强，这二者的组合，可以相互取长补短、优势互补，这就使得隧道初期支护承载能力更强、更完美。当隧道断面较大、开挖宽度较大、荷载较大时，需要更厚的初期支护，如果采取配置型钢的方法，则需要更大型号的型钢，难以安装；如果采取配置格栅钢架的方法，则如上文所述早期承载能力弱；如果采取一层配置型号较小的型钢、一层配置格栅，分两层来施作，在由上至下分台阶开挖隧道并支护时，则由于内外层钢架接头相互干扰、影响而无法有效连接以及底部喷射混凝土与地基的接触面积严重减少等原因，难以发挥两层初期支护的作用。采取型钢与格栅组合钢架，则可以有效克服上述不足。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本技术的目的是提供一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构，采取型钢与格栅组合钢架，在初期支护外侧(靠近围岩)配置型钢钢架，在初期支护内侧配置格栅钢架，格栅钢架与型钢钢架以梯形辅助筋焊接连接，取消格栅最外侧的主筋，因为其接近初期支护结构断面的中性轴，或者布置与初期支护内侧；型钢钢架与格栅钢架单元接头焊接于一块钢板上，其中格栅钢架的主筋以角钢加强焊接连接。则可以有效克服上述不足。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构，包括由型钢钢架和HRB400格栅主钢筋组成主骨架，其特征在于，型钢钢架下侧翼板下两边通过HPB300钢筋和两根HRB400钢筋固焊，两根HRB400格栅主钢筋通过HPB300钢筋筋固焊，型钢钢架、两根HRB400格栅主钢筋、PB300钢筋和HPB400钢筋筋的焊接形成横截面为梯形主结构；型钢钢架与两根HRB400格栅主钢筋两端焊接在节点钢板上，两根HRB400格栅主钢筋与节点钢板的焊接点处焊接角钢以加强。角钢的长度以大于HRB400格栅主钢筋直径的5倍确定，角钢与格栅主筋双侧满焊。本技术的有益效果是：附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术的节点主视图。图3为本技术的HRB400主筋结构示意图。图4为本技术的PB300钢筋结构示意图。其中，1为型钢钢架；2为HRB400格栅主钢筋；3为PB300钢筋；4为HRB400主筋；5为角钢；6为节点钢板。具体实施方式以下结合附图对本技术进一步叙述。如图1、2、3、4所示，一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构，包括由型钢钢架1和HRB400格栅主钢筋2组成主骨架，其特征在于，型钢钢架下侧翼板下两边通过HPB300钢筋和两根HRB400钢筋固焊，两根HRB400格栅主钢筋通过HPB300钢筋筋固焊，型钢钢架、两根HRB400格栅主钢筋、PB300钢筋和HPB400钢筋筋的焊接形成横截面为梯形主结构；型钢钢架与两根HRB400格栅主钢筋两端焊接在节点钢板上，两根HRB400格栅主钢筋与节点钢板的焊接点处焊接角钢以加强。角钢的长度以大于HRB400格栅主钢筋直径的5倍确定，角钢与格栅主筋双侧满焊。本技术的工作原理是：在初期支护外侧(靠近围岩)配置型钢钢架，在初期支护内侧配置格栅钢架，格栅钢架与型钢钢架以梯形辅助筋焊接连接，取消格栅最外侧的主筋，因为其接近初期支护结构断面的中性轴，或者布置与初期支护内侧；型钢钢架与格栅钢架单元接头焊接于一块钢板上，其中格栅钢架的主筋以角钢加强焊接连接。为说明方便，以一个双线铁路隧道具体实例计算来说明。设隧道开挖半径为7.2m，γ＝20kN/m3，Ⅴ级围岩。(初期支护计算半径取隧道开挖半径)基础参数：采取喷射28cm厚C25混凝土；20b工字钢，1榀/0.6m；按容许应力法设计，HPB235钢材抗拉或抗压计算强度fstd＝260MPa，弹性模量ES＝210GPa；C20喷射混凝土弯曲抗压强度为RW＝18MPa,对于其它抗压强度设计值采取混凝土强度等级乘以0.9系数确定；弹性模量为EC＝21GPa；20b工字钢几何参数：As＝39.578cm2，Is＝2500cm4。《混凝土结构设计规范》(GB50009-2010)，混凝土的弹性模量EC与混凝土立方体强度fcu,k之间的关系可用下式表示为：参照以上公式，乘以0.83系数，按照内插原理，确定低于C15强度的喷射混凝土弹性模量。喷射混凝土与型钢钢架承担荷载比例计算按照弯曲变形和轴向变形协调条件计算喷射混凝土和20b工字钢分别承担的荷载比例。弯曲变形计算式：轴向变形计算式：式中：ρ——曲率半径(m)；M——结构计算弯矩(kN·m)；Δl——轴向变形(m)；N——结构计算轴力(kN)；A——构件截面(m2)；L——构件长度(m)。喷射混凝土和钢架承担弯矩的比例计算式为：喷射混凝土和钢架承担轴力的比例计算式为：式中：Mh——喷射混凝土承担的弯矩(kN·m)；Ms——型钢钢架承担的弯矩(kN·m)；Nh——喷射混凝土承担的轴力(kN)；Ns——型钢钢架承担的轴力(kN)；Eh——喷射混凝土弹性模量(GPa)；Es——型钢钢材弹性模量(GPa)；Ih——喷射混凝土惯性矩(m4)；Is——型钢钢架惯性矩(m4)Ah——喷射混凝土截面(m2)；As——型钢钢架截面(m2)由(1)、(4)、(5)式并代入具体数据计算得喷射混凝土弹性模量及承担内力比例系数见下表。。不同喷射混凝土强度等级时的承载系数表型钢与格栅组合钢架工作原理从上表看出，喷射混凝土承担更大比例的荷载，根据现场经验，在当前技术条件下，C25湿喷混凝土在材料、施工工艺合格的情况下效果为：3小时强度可达3MPa，8小时可达10MPa，24小时可达20MPa；当前技术条件下，喷射混凝土工序之后就是下一循环的开挖，下一循环一开挖，上一循环刚施作的初期支护就开始时承受荷载，这个间隔时间约为3小时，如果此时喷射混凝土的强度尚达不到增长的荷载需求，喷射混凝土就可能被破坏，如果初期支护配置型钢钢架，就可以有效地承受围岩荷载而保护喷射混凝土。此时的围岩荷载通常比设计荷载小得多，按照当前流行的设计，型钢钢架有足够的能力支撑围岩荷载。到后期，喷射混凝土强度已经增长足够，就成为初期支护的主要承载结构，配置的格栅主筋开始发挥其关键作用。这就是型钢与格栅组合钢架的工作原理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构，包括由型钢钢架（1）和HRB400格栅主钢筋（2）组成主骨架，其特征在于，型钢钢架（1）下侧翼板下两边通过HPB300钢筋（3）和两根HRB400钢筋（2）固焊，两根HRB400格栅主钢筋（2）通过HPB300钢筋筋（4）固焊，型钢钢架（1）、两根HRB400格栅主钢筋（2）、PB300钢筋（3）和HPB400钢筋筋（4）的焊接形成横截面为梯形主结构；型钢钢架（1）与两根HRB400格栅主钢筋（2）两端焊接在节点钢板（6）上，两根HRB400格栅主钢筋（2）与节点钢板（6）的焊接点处焊接角钢（5）以加强。

【技术特征摘要】
1.一种隧道初期支护型钢与格栅组合钢架结构，包括由型钢钢架（1）和HRB400格栅主钢筋（2）组成主骨架，其特征在于，型钢钢架（1）下侧翼板下两边通过HPB300钢筋（3）和两根HRB400钢筋（2）固焊，两根HRB400格栅主钢筋（2）通过HPB300钢筋筋（4）固焊，型钢钢架（1）、两根HRB400格栅主钢筋（2）、PB300钢筋（3）和HPB...

【专利技术属性】
技术研发人员：剧仲林，
申请(专利权)人：中铁十二局集团第四工程有限公司，中铁十二局集团有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61