一种荷载自适应钢拱架及隧道施工方法技术

本申请公开了一种荷载自适应钢拱架，包括多个呈弧形的支撑组件，支撑组件的高度可调；多个支撑组件相互可拆卸连接且呈拱形分布。本申请还公开了一种隧道施工方法，根据施工参数，确定所需的荷载自适应钢拱架的结构和数量；每开挖设定的深度进行荷载自适应钢拱架的架设过程，然后单榀完整的荷载自适应钢拱架的各支撑组件在对应荷载调节器的驱使下挤压对应位置的围岩。通过充油口提供液体介质，使得各支撑板移动至挤压围岩。通过高度可调的多个支撑组件所形成的钢拱架，能够合理分配拱架结构受到的荷载。钢拱架前期通过向上预变形，在围岩发生变形之后，压迫拱架向下变形，从而相互抵消，能够降低结构内力、弯矩、基本消除偏压影响。影响。影响。

【技术实现步骤摘要】
一种荷载自适应钢拱架及隧道施工方法


[0001]本申请涉及隧道施工
，尤其是涉及一种荷载自适应钢拱架及其施工方法。

技术介绍

[0002]目前在进行隧道施工时，其初期支护结构一般由工字钢拼接而成的钢拱架或由钢筋桁架拼接而成钢格栅，结合喷射混凝土形成，承受围岩压力。目前技术形式的缺点是只能被动承受围岩的荷载，提供有限的调节作用，并没有变形控制功能；这就容易导致初期支护结构受力不均衡，引起整体结构内力不均衡，将导致衬砌结构的开裂、掉块、渗漏水等质量通病的出现。

技术实现思路

[0003]本申请的其中一个目的在于提供一种能够进行荷载自适应的钢拱架。
[0004]本申请的另一个目的在于提供一种利用荷载自适应钢拱架进行隧道施工的方法。
[0005]为达到上述的目的，本申请采用的技术方案为：一种荷载自适应钢拱架，包括多个呈弧形的支撑组件，所述支撑组件的高度可调；多个所述支撑组件适于通过端部进行可拆卸连接，进而形成拱形结构的钢拱架；所述钢拱架的形状适于根据所述支撑组件的形状和/或数量进行调整。
[0006]优选的，所述支撑组件包括呈弧形的支撑板和钢架，以及至少一个荷载调节器；所述支撑板适于通过所述荷载调节器与所述钢架进行连接；所述荷载调节器适于带动所述支撑板相对于所述钢架进行移动，进而对所述支撑板的高度进行调节。
[0007]优选的，所述荷载调节器包括密封滑动配合的油缸和活塞；所述油缸可拆卸的安装于钢架，所述活塞的端部与所述支撑板可拆卸连接；所述活塞适于通过所述油缸内填充的液体介质沿所述油缸进行轴向移动，进而带动所述支撑板相对于所述钢架进行移动。
[0008]优选的，所述支撑组件还包括油管，所述支撑组件包括的所述荷载调节器之间通过所述油管进行连通；多个所述支撑组件对应的所述油管相互连通以形成油路，所述油路的充油口靠近于所述钢拱架的拱脚，所述油路适于通过所述充油口向所述油管内填充液体介质。
[0009]优选的，所述支撑板和所述钢架之间设置弹性的填充层，所述填充层的形变厚度不小于所述荷载调节器的调节行程。
[0010]一种隧道施工方法，包括如下施工步骤：
[0011]S100：根据隧道的前期施工参数，确定所需的荷载自适应钢拱架的结构和数量；
[0012]S200：每开挖设定的深度进行一次荷载自适应钢拱架的架设过程，进而形成单榀完整的荷载自适应钢拱架；
[0013]S300：通过充油口向各荷载调节器提供液体介质，以使得单榀完整的荷载自适应钢拱架的各支撑组件在对应荷载调节器的驱使下挤压对应位置的围岩。
[0014]优选的，前述的隧道施工方法还包括如下步骤：
[0015]S400：重复步骤S200和步骤S300，完成一个开挖段所需的多榀完整的荷载自适应钢拱架的架设后，进行一次喷射混凝土施工；
[0016]S500：重复步骤S400完成多个开挖段的施工后统一浇筑二衬；
[0017]优选的，步骤S100具体包括如下过程：
[0018]S110：根据隧道的地勘报告和现场施工条件，确定隧道的开挖方法和断面形状；
[0019]S120：根据隧道的断面形状，确实组成荷载自适应钢拱架所需的支撑组件的数量；
[0020]S130：各位置的支撑组件根据自身受力情况选择合适数量的荷载调节器，以及确定荷载调节器的安装位置；其中，荷载调节器的数量在隧道的高度方向上由上至下逐渐增多。
[0021]优选的，步骤S200具体包括如下过程：
[0022]S210：隧道开挖后清理开挖面；
[0023]S220：在开挖面的下端处架设第一个支撑组件并进行临时支撑；
[0024]S230：沿开挖面的侧边延伸方向，先将下一个支撑组件对准前一完成临时支撑的支撑组件的端部并进行连接；然后将下一个支撑组件的油管与前一支撑组件的油管进行接通；
[0025]S240：重复步骤S230，直至完成所有位置的支撑组件的架设以形成单榀完整的荷载自适应钢拱架，并形成留有充油口的完整的油路。
[0026]优选的，在步骤S400中，多榀完整的荷载自适应钢拱架的多个充油口相互对齐，以使得在步骤S500中进行二衬的浇筑时，二衬在隧道的长度方向上设置与充油口位置对应的预留槽。
[0027]优选的，在步骤S200中，若隧道采用分部开挖法，则无法一次性完成单榀完整的荷载自适应钢拱架的架设，此时需要在支撑组件预留的接头处设置临时保护罩，并且向已经架设完成的支撑组件的各荷载调节器提供液体介质；在各部分开挖完成后，再完成步骤S200以及后续的步骤。
[0028]与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
[0029]相比较传统工字钢连接的钢拱架，本申请通过高度可调的多个支撑组件所形成的钢拱架，能够极大的增强钢拱架的受荷调节能力，合理分配拱架结构受到的荷载，使钢拱架前期向上预变形，当围岩发生变形之后，压迫拱架向下变形，从而相互抵消，达到降低结构内力、弯矩、基本消除偏压影响、提高隧道安全系数的目的。
附图说明
[0030]图1为本专利技术中钢拱架的整体结构示意图。
[0031]图2为本专利技术图1中局部A处的放大示意图。
[0032]图3为本专利技术图1中局部B处的放大示意图。
[0033]图4为本专利技术中支撑组件的分解状态示意图。
[0034]图5为本专利技术中荷载调节器的分解状态示意图。
[0035]图6为本专利技术中荷载调节器与油管连接的结构示意图。
[0036]图7为本专利技术中支撑组件的局部剖视结构示意图。
[0037]图8为本专利技术中完成多榀完整的荷载自适应钢拱架的架设并进行二衬施工后的结构示意图。
[0038]图9为本专利技术图8中局部C处的放大示意图。
[0039]图中：钢拱架100、支撑组件1、支撑板11、荷载调节器12、油缸121、液压腔1210、连接孔1211、进液孔1212、活塞122、钢架13、油管14、充油口140、填充层15、紧固件200、混凝土300、二衬400、预留槽410。
具体实施方式
[0040]下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0041]在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。
[0042]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种荷载自适应钢拱架，其特征在于，包括多个呈弧形的支撑组件，所述支撑组件的高度可调；多个所述支撑组件适于通过端部进行可拆卸连接，进而形成拱形结构的钢拱架；所述钢拱架的形状适于根据所述支撑组件的形状和/或数量进行调整。2.如权利要求1所述的荷载自适应钢拱架，其特征在于：所述支撑组件包括呈弧形的支撑板和钢架，以及至少一个荷载调节器；所述支撑板适于通过所述荷载调节器与所述钢架进行连接；所述荷载调节器适于带动所述支撑板相对于所述钢架进行移动，进而对所述支撑板的高度进行调节。3.如权利要求2所述的荷载自适应钢拱架，其特征在于：所述荷载调节器包括密封滑动配合的油缸和活塞；所述油缸可拆卸的安装于钢架，所述活塞的端部与所述支撑板可拆卸连接；所述活塞适于通过所述油缸内填充的液体介质沿所述油缸进行轴向移动，进而带动所述支撑板相对于所述钢架进行移动。4.如权利要求3所述的荷载自适应钢拱架，其特征在于：所述支撑组件还包括油管，所述支撑组件包括的所述荷载调节器之间通过所述油管进行连通；多个所述支撑组件对应的所述油管相互连通以形成油路，所述油路的充油口靠近于所述钢拱架的拱脚，所述油路适于通过所述充油口向所述油管内填充液体介质。5.如权利要求2
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4任一项所述的荷载自适应钢拱架，其特征在于：所述支撑板和所述钢架之间设置弹性的填充层，所述填充层的形变厚度不小于所述荷载调节器的调节行程。6.一种隧道施工方法，其特征在于，包括如下施工步骤：S100：根据隧道的前期施工参数，确定所需的荷载自适应钢拱架的结构和数量；S200：每开挖设定的深度进行一次荷载自适应钢拱架的架设过程，进而形成单榀完整的荷载自适应钢拱架；S300：通过充油口向各荷载调节器提供液体介质，以使得单榀完整的荷载自适应钢拱架的各支撑组件在对应荷载调节器的驱使下挤压对应位置的围岩。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：应国刚，邢亚鹏，郑蓉军，陈维敏，
申请(专利权)人：宁波朗达工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：