一种隧道锁脚钢管主动承载系统技术方案

一种隧道锁脚钢管主动承载系统，包括设置在锁脚钢管正上方、并且固定在工字钢上的反力环、与锁脚钢管接触的施压装置以及给施压装置向下的力、从而向下推动锁脚钢管的顶推机构，所述顶推机构的一端铰接在反力环上、另一端与施压装置铰接。采用本实用新型专利技术提供的系统和方法，可以实现锁脚钢管主动承载，锁脚钢管不会因过大变形而失效，安装方便，材料消耗少，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道锁脚钢管主动承载系统
本技术涉及隧道与地下工程领域，具体是一种隧道锁脚钢管主动承载系统。
技术介绍
锁脚钢管是用于控制隧道初期支护结构沉降的重要方法。锁脚钢管通常采用直径42mm～108mm的无缝钢管，外端与初期支护的工字钢焊接，内端插入到岩土体中。当初期支护工字钢向下发生沉降时，插入岩土体中的钢管外端也同步向下位移，使钢管发生弯曲从而提供向上的支承力。按照传统施工方法，锁脚钢管打入后直接与钢拱架焊接，只有工字钢发生沉降时，锁脚钢管才发生变形而发挥承载能力，只有在工字钢沉降较大时，锁脚钢管才能提供较大的承载能力，因此，锁脚钢管是一种被动承载的模式。而工字钢发生较大的沉降，往往意味着隧道围岩发生大幅度变形甚至破坏，十分不利于隧道围岩和支护结构的稳定。因此，对于容易发生大变形的隧道，非常有必要使锁脚钢管主动提供承载力，在工字钢和围岩没有发生沉降变形时就提供支撑力控制其变形。
技术实现思路
本技术针对隧道锁脚钢管被动承载导致其不能尽早提供支承力、不利于控制工字钢和围岩沉降的问题，提供一种通过工字钢提供反力，主动使锁脚钢管弯曲，从而立即提供支承力的隧道锁脚钢管主动承载系统。本技术包括以下几种实施方案：一种隧道锁脚钢管主动承载系统，包括设置在锁脚钢管正上方、并且固定在工字钢上的反力环、与锁脚钢管接触的施压装置以及给施压装置向下的力、从而向下推动锁脚钢管的顶推机构，所述顶推机构的一端铰接在反力环上、另一端与施压装置铰接。本实施方式在使用时，将施压装置的弧形施压板包覆在锁脚钢管的末端，启动顶推机构的伸缩结构，通过传力钢管推动弧形施压板向下位移，使锁脚钢管发生向下弯曲，由此控制工字钢上的支承力，从而可以控制围岩的变形，相比传统施工方法，本技术材料消耗少，成本低，使锁脚钢管安装后即可提供承载力。本实施方式中，所述反力环为一个带有中心圆孔的反力钢板。本实施方式中，所述顶推机构包括伸缩结构以及分别固定连接在伸缩结构上下端的上连接件和下连接件。本实施方式中，所述伸缩结构为机械、电动或液压推杆。本实施方式中，所述施压装置包括一个带有中心圆孔的传力钢板和弧形施压板，所述弧形施压板固定在传力钢板的底部，所述弧形施压板面向锁脚钢管一侧设有与锁脚钢管外径相匹配的弧形定位槽。本实施方式中，所述顶推机构的上连接件通过转轴可旋转连接在反力环上，下连接件通过转轴可旋转连接在传力钢板上。综上所述，本技术通过顶推机构使锁脚钢管在工字钢和围岩沉降之前发生适度变形，主动给工字钢提供支撑力，有利于抑制围岩变形松动，通过顶推机构的行程实现工字钢沉降与锁脚钢管的变形量动态适应，锁脚钢管的变形和承载力可以动态调节，也不会因工字钢过大沉降失效，本技术安装工作量小，操作方便，材料消耗小，成本低廉。附图说明图1为本技术一种隧道锁脚钢管主动承载系统的示意图。图2为本技术反力环正视图与侧视图。图3为本技术顶推机构正视图与侧视图。图4为本技术施压装置正视图与侧视图。图中：1-锁脚钢管；11-变形后的锁脚钢管；2-反力环；3-顶推机构；4-施压装置；5-围岩；6-工字钢；21-中心圆孔；22-反力钢板；31—上连接件；32-下连接件；33-伸缩结构；41-传力钢板；42-弧形施压板。具体实施方式为了更好地理解本技术，下面结合附图及实施实例，对技术作进一步详细说明，但本技术的实施方式不仅限于此，本技术的保护范围也涉及本领域技术人员根据本技术构思所能够想到的等同技术手段。参见图1～图4，一种隧道锁脚钢管主动承载系统，包括锁脚钢管1、反力环2、顶推机构3和施压装置4。所述的反力环2为一个带有中心圆孔21的反力钢板22，反力钢板22的厚度满足承载要求。所述的顶推机构3包括伸缩结构33以及分别固定连接在伸缩结构33一端的上连接件31和下连接件32，所述伸缩结构可以为机械、电动或液压推杆，本实施例采用机械推杆。所述的施压装置4，由一个带有中心圆孔的传力钢板41和弧形施压板42焊接而成，所述顶推机构的上连接件31通过转轴可旋转连接在反力环2上，下连接件32通过转轴可旋转连接在传力钢板41上，弧形施压板42面向锁脚钢管1一侧设有与锁脚钢管1外径相匹配的弧形定位槽，从而实现密贴传递压力。在隧道施工中，围岩5开挖后安装工字钢6，当围岩5较为软弱、稳定性差时，围岩5和工字钢6会发生向下沉降等变形，严重时会坍塌，此时需要锁脚钢管1提供支承力。按照传统方法，锁脚钢管1施工后直接与工字钢6焊接，只有当工字钢6向下沉降后，锁脚钢管1同步发生变形并提供支承力，变形越大，支承力越大，变形超过一定范围，锁脚钢管1发生破坏失效，而本技术通过下述方式可以控制支撑力：一种隧道锁脚钢管主动承载方法，首先在工字钢6上焊接反力环2，并向围岩5内打入锁脚钢管1，然后在反力环2上连接顶推机构3和施压装置4，反力环2距离锁脚钢管1的末端为顶推机构3的最小值。将施压装置4的弧形施压板42包覆在锁脚钢管1的末端，启动顶推机构3的伸缩结构33，通过传力钢管41推动弧形施压板42向下位移，使锁脚钢管1发生向下弯曲，变形后的锁脚钢管11。由此工字钢6上可以获得相应的支承力，用于控制围岩5的变形。在下一步施工中，围岩5和工字钢6会向下沉降，如果不调整伸缩结构33，锁脚钢管1会继续发生变形。此时可根据锁脚钢管1的极限变形能力，部分收缩伸缩结构33，使锁脚钢管1的变形在允许范围内，不至于发生破坏失效。当围岩5和工字钢6稳定后，或者后续施工完成，将锁脚钢管1与工字钢6焊接牢固，收缩伸缩结构33，可以拆下顶推机构3和施压装置4供后续充分使用。相比传统施工方法，本技术增加的材料消耗为反力环2，材料消耗少，成本低。上述实施例仅示例性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属
中具有通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道锁脚钢管主动承载系统，其特征在于：包括设置在锁脚钢管正上方、并且固定在工字钢上的反力环、与锁脚钢管接触的施压装置以及给施压装置向下的力、从而向下推动锁脚钢管的顶推机构，所述顶推机构的一端铰接在反力环上、另一端与施压装置铰接。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道锁脚钢管主动承载系统，其特征在于：包括设置在锁脚钢管正上方、并且固定在工字钢上的反力环、与锁脚钢管接触的施压装置以及给施压装置向下的力、从而向下推动锁脚钢管的顶推机构，所述顶推机构的一端铰接在反力环上、另一端与施压装置铰接。


2.根据权利要求1所述隧道锁脚钢管主动承载系统，其特征在于：所述反力环为一个带有中心圆孔的反力钢板。


3.根据权利要求2所述隧道锁脚钢管主动承载系统，其特征在于：所述顶推机构包括伸缩结构以及分别固定连接在伸缩结构上下端的上连接件和下连接件。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍毅敏，蔚小英，王思捷，赵志忠，许鹏，谢笛，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43