[发明专利]锚杆-钢架联合让压初期支护结构及施工方法

说明书

锚杆‑钢架联合让压初期支护结构及施工方法，属于隧道工程领域，其包括钢拱架、屈曲耗能结构、让压锚杆和力转换杆；钢拱架由两个以上的弧形拱节构成，相邻的两弧形拱节通过腹板连接板和下翼缘连接板连接，屈曲耗能结构焊接在钢拱架外缘，让压锚杆设置在相邻两钢拱架的连接处，传力杆一端与让压锚杆上托盘连接，另一端与力转换杆连接，力转换杆的另一端利用高强螺栓铰接在钢拱架两腹板形成的腔内。本发明目的是在让压过程中将围岩对支护结构的径向力转化为环向力，使得结构受力更加合理，并且实现了围岩与支护结构协同变形，解决了目前的隧道初期支护结构体系在高地应力作用下扭曲变形、甚至破坏等问题，有效控制了围岩变形破坏。

技术领域

本发明属于隧道工程支护技术领域，尤其涉及一种锚杆-钢架联合让压初期支护结构，特别适用于高地应力条件下地下隧洞的初期支护。

背景技术

随着我国交通运输工程的发展，各种深埋暗挖工程越来越多，例如高速公路、高速铁路隧道和大型水工隧洞等。尤其是进入山区后，这类工程常常面临高地应力、围岩软弱等特殊地质条件，开挖后围岩应力平衡状态遭到破坏，从而产生较大变形，这种变形通常是无法阻挡的，因此，这类工程会遇到围岩大变形，支护困难等问题。为了防止硐室围岩进一步变形破坏，硐室支护结构最理想的状态应当是实现抗压和让压的有机统一。

目前常用的可让压支护结构主要分为两类：一是通过可让压锚杆支护装置适当的让压，释放大量的变形能量，从而有效的控制了硐室围岩的变形破坏；二是通过可伸缩钢拱架实现让压，钢拱架在变形过程中消耗了一部分变形能量，对硐室围岩稳定起到了一定的作用。但是这两类可让压支护结构的让压量达到设计让压量上限后，锚杆易产生拉断破坏、钢架易发生扭曲破坏，且上述可伸缩钢架在支护全过程都承受很大的弯矩作用，受力并不是最合理的。因此，如何设计一种“刚柔联合”、可多级让压、并保证其受力更加合理的锚杆-钢架联合支护结构极为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种锚杆-钢架联合让压初期支护结构及施工方法，最大限度的减轻地下洞室开挖过程中的大变形灾害。

本发明是锚杆-钢架联合让压初期支护结构及施工方法，锚杆-钢架联合让压初期支护结构，包括钢拱架1、屈曲耗能结构2、让压锚杆3和力转换杆11，钢拱架1由两个以上的弧形拱节4构成，弧形拱节4由两根型号、长度相同的H型钢并列焊接形成，其两端腹板及下翼缘开设螺栓孔，相邻的两弧形拱节4之间利用高强螺栓12，通过腹板连接板13和下翼缘连接板14连接；屈曲耗能钢板16等间距的焊接在弧形拱节4外侧，其所在平面与弧形拱节4翼缘垂直，屈曲耗能钢板16外侧沿环向焊接屈曲耗能结构翼缘15形成屈曲耗能结构2；让压锚杆3设置在相邻两弧形拱节4的连接处，锚杆体5锚固在稳定围岩中，带有中心孔的上托盘6穿过锚杆体5前端紧贴围岩体，依次安装让压弹簧8、中心和四角带有孔的下托盘7，利用锚具9将下托盘7锚定；传力杆10一端穿过下托盘7四角的孔，焊接在上托盘6上，另一端采用高强螺栓12与力转换杆11铰接，力转换杆11的另一端利用高强螺栓12铰接在弧形拱节4两腹板形成的腔内。

锚杆-钢架联合让压初期支护结构的施工方法，其步骤为：

（1）制作钢拱架1：依据隧道断面设计图，将H型钢弯曲成与隧道断面相同的弧度，把两根型号、长度相同的H型钢并列焊接形成弧形拱节4，在每一弧形拱节4两端腹板及下翼缘各开设4~6个螺栓孔，在距离弧形拱节4端部200~300mm的腹板中线上相对的开设螺栓孔，并在弧形拱节4两端上翼缘中心切口；腹板连接板13弧度、宽度与弧形拱节4腹板相同，下翼缘连接板14弧度、宽度与弧形拱节4下翼缘相同；

（2）焊接屈曲耗能结构2：屈曲耗能钢板16等间距的焊接在弧形拱节4外侧，其所在平面与弧形拱节4翼缘垂直，屈曲耗能钢板16外侧沿环向焊接屈曲耗能结构翼缘15形成屈曲耗能结构2；