[发明专利]基于矿用U型钢的约束混凝土定量让压拱架

说明书

技术领域

本发明涉及一种支护装置，尤其涉及一种用于深部或软岩等复杂条件下的难支护硐室、巷道、隧道等地下工程的约束混凝土定量让压拱架。

背景技术

国内外学者通过研究提出并发展了多种支护形式，如锚喷支护、锚网索喷、金属支架、高强度弧板等。随着社会经济的发展，地下岩体工程进一步向深、广方向发展，围岩层位越来越深，工程地质条件越来越复杂。高地应力、软岩流变、断层等地质构造、地下水等因素造成地下工程面临前所未有的支护难度。现有支护技术不能很好的满足现场复杂条件下的围岩支护要求，尤其是更难满足千米深井软岩巷道的支护。

现阶段深部高应力软岩巷道及硐室群常用的支护形式是U型钢支架。但U型钢支架在围岩支护时存在以下问题：①支护强度不足，在浅部围岩支护中该问题不明显，但现在国内多个深部矿区如淮南、巨野等地区的深部巷道，采用的U36钢支架均出现了U型钢支架屈服、断裂的现象，且在拱肩和拱顶部位的受压破坏比重较高；②支护成本高，矿用U36钢每米钢材重量为35.87kg/m，用钢量大，支护成本相对较高；③工作阻力低，U型钢支架在其强度范围内工作时，其工作阻力只与支架接头处摩擦阻力相关，而摩擦阻力又取决于卡缆的锁紧程度，我国U型钢支架普遍存在锁紧力不足，支架工作阻力相对较低的现象。④不能定量让压，采用卡缆作为节点连接形式，可以进行一定的让压，但是其让压量及让压时机很难把握和控制。

近年来，出现了一种用于巷道支护的钢管混凝土支架，该支架具有较高的支护强度，能够较为有效的支护巷道，为深部软岩巷道提供了一种新型的支护方式。但该支架尚存在一些问题，如：①护表面积小且应力集中，圆形截面的钢管混凝土支架与围岩表面理论上是线接触，接触面积小，一方面对围岩表面产生的护表面积小，另一方面易造成钢管表面的应力集中；②无法定量让压，深部大变形围岩支护的让压是必要的，现有的钢管混凝土支架在无法实现让压量和让压时机可控的让压效果；③抗弯刚度不足，深部巷道围岩受偏压的现象明显，拱形支架在偏压作用下对其抗弯刚度提出较高的要求。

总体来说，对于日益复杂的深部或软岩巷道、隧道、硐室等地下工程而言，现有的支护方式仍然存在一定的问题，不能满足难度日益增长的支护需要，影响了深部岩体工程的生产和安全。

发明内容

矿用U型钢支架存在一些问题，但毕竟是经过几十年科技发展的产物，在几代人的研究努力下，矿用U型钢支架的截面形式和尺寸日渐科学合理，其生产、加工、安装、使用的工艺和技术都已非常成熟，是一条完整的生产使用链，具有很强的发展潜力。本发明的目的是针对矿用U型钢支架存在的问题及其产业优势的优缺点共存的局面，通过研究，取长补短，发明了基于矿用U型钢的约束混凝土定量让压拱架。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于矿用U型钢的约束混凝土定量让压拱架，它是由多个拱形单架通过纵向连接套管连接而成的拱形立体结构，拱形单架为由多节管状复合构件围成的拱状结构，两节管状复合构件的连接处设有定量让压环，两节管状复合构件通过套在定量让压环和两节管状复合构件端头外面的套管相互连接，套管的下面设有阻止套管向下运动的挡卡。

所述的管状复合构件由封闭钢管及其填充在封闭钢管内部的混凝土组成，其形状根据拱架的整体形状确定，一般为弧形。封闭钢管为由矿用U型钢和封闭钢板焊接而成，封闭钢板处在外侧接触面，封闭钢管其横截面呈拱形或等腰梯形。

所述的封闭钢管内部设有加强肋板或加强钢筋，增强拱架的抗弯能力。

所述的封闭钢管侧部管壁上开有灌浆孔及排气孔。

上述的拱形立体结构为直墙拱形、直墙三心拱型或马蹄形。

所述的拱形单架的拱脚处通过连接法兰实现底拱和帮拱的连接。

管状复合构件为3~6节，根据现场实际需要，设计不同的空心钢管的节数和形状。