一种适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架的制作方法

1.本发明属于隧洞施工技术领域，尤其涉及一种适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架。

背景技术：

2.当围岩地质条件很差(ⅳ、
ⅴ
类)或者在具有膨胀性且围岩压力大的岩体中开挖隧洞时，隧洞开挖后初期支护一般需要挂网、喷混凝土、立钢拱架或者格栅钢架，当围岩较破碎或者地质条件较差时钢拱架在围岩压力作用下会产生变形、侵限甚至坍塌的情况，侵限和坍塌后需要更换钢拱架，施工风险较大。目前，隧洞支护钢拱架型式主要有：普通型钢拱架和具有可缩性接头的钢拱架，普通型钢拱架适应围岩变形能力较弱，可缩性支护钢拱架可沿接头下滑被动适应围岩变形，但两种型式拱架均无法主动对围岩的荷载进行释放和调节。

技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是，提供一种适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架，结构简单、安全且能主动适应围岩变形。
4.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架，钢拱架的主体结构根据隧洞断面分成三段，包括由顶部的拱形架和上部的竖向架构成的上钢拱架、分别位于上钢拱架下部两端的竖向的两根下钢拱架，上钢拱架和下钢拱架通过可伸缩连接结构连接，上钢拱架和下钢拱架均采用“工”字钢或者“h”型钢。
5.所述可伸缩连接结构包括钢套管、上连接钢、下连接钢板和弹簧，弹簧两端分别与上连接钢板和下连接钢板焊接形成整体，上钢拱架端部焊接有上拱架连接钢板，下钢拱架端部焊接有下拱架连接钢板，上拱架连接钢板和上连接钢板过螺栓连接，下拱架连接钢板和下连接钢板通过螺栓连接，钢套管滑动包裹在上连接钢板、下连接钢板、上拱架连接钢板、上拱架连接钢板和弹簧的外侧，并分别向上包裹一段上钢拱架、向下包裹一段下钢拱架，在钢套管和上钢拱架板上分别设置竖向的长限位孔，通过限位螺栓拧入钢套管和上钢拱架翼板上的长限位孔控制上钢拱架伸缩调整范围。
6.所述钢套管横截面、上拱架连接钢板、上连接钢板、下拱架连接钢板和下连接钢板均为矩形。
7.所述上钢拱架上的长限位孔为一对，分别位于上钢拱架相对的翼板上，在钢套管上与钢拱架上的长限位孔相对应的位置也设置有长限位孔。
8.本发明的有益效果：既具有一定的刚度，以限制围岩变形自由发展，防止围岩松散破坏；又具有一定的柔性，以适应围岩适当的变形，使作用在支护结构上的变形压力不致过大，同时在围岩应力重分布完成后能主动伸张使钢拱架与围岩紧密结合。为隧洞初期支护提供了一种制作简单，安全可靠的支护装置。
附图说明
9.图1是本发明适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架整体三维图。
10.图2是本发明适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架的可伸缩连接结构三维剖视图。
11.图3是本发明适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架的可伸缩连接结构横剖面图。
12.图4是本发明适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架的可伸缩连接结构纵剖面图。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
15.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
16.如图1-4所示，本发明适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架，钢拱架的主体结构根据隧洞断面分成三段，包括由顶部的拱形架和上部的竖向架构成的上钢拱架1、分别位于上钢拱架1下部两端的竖向的两根下钢拱架2，上钢拱架1和下钢拱架2通过可伸缩连接结构3连接，上钢拱架1和下钢拱架2均采用“工”字钢或者“h”型钢。
17.所述可伸缩连接结构3包括钢套管4、上连接钢板8、下连接钢板9和弹簧12，弹簧12两端分别与上连接钢板8和下连接钢板9焊接形成整体，上钢拱架1端部焊接有上拱架连接钢板7，下钢拱架2端部焊接有下拱架连接钢板10，上拱架连接钢板7和上连接钢板8通过螺栓连接，下拱架连接钢板10和下连接钢板9通过螺栓连接，钢套管4滑动包裹在上连接钢板8、下连接钢板9、上拱架连接钢板7、上拱架连接钢板7和弹簧12的外侧，并分别向上包裹一段上钢拱架1、向下包裹一段下钢拱架2，在钢套管4和上钢拱架1翼板上分别设置竖向的长限位孔5，通过限位螺栓6拧入钢套管4和上钢拱架1翼板上的长限位孔5控制上钢拱架1伸缩调整范围。
18.所述钢套管4横截面、上拱架连接钢板7、上连接钢板8、下拱架连接钢板10和下连接钢板9均为矩形。
19.所述上钢拱架1上的长限位孔为一对，分别位于上钢拱架1相对的翼板上，在钢套
管4上与钢拱架1上的长限位孔相对应的位置也设置有长限位孔。
20.具体地说，所述上钢拱架1与上连接钢板8之间通过上连接钢板周边的四个螺栓固定连接，下钢拱架2与下连接钢板9之间通过下连接钢板周边的四个螺栓11固定连接。所述可伸缩连接结构3包括钢套管4、弹簧12，钢套管4内为弹簧12，弹簧12两端分别与上连接钢板8和下连接钢板9焊接形成整体，上钢拱架1端部与上拱架连接钢板7焊接，下钢拱架2端部与下拱架连接钢板10焊接，上拱架连接钢板7和上连接钢板8通过螺栓11连接，下拱架连接钢板10和下连接钢板9通过螺栓11连接。
21.所述上钢拱架1在遭受向内变形荷载时可伸缩连接结构3内高强弹簧12压缩，钢拱架主体结构整体向下移动。所述上钢拱架1在围岩应力重分布后可伸缩连接结构3内高强弹簧12伸张，钢拱架主体结构整体向上移动。
22.通过可伸缩连接结构能够让上钢拱架和下钢拱架之间具有调节功能，遭受向内变形荷载时可伸缩连接结构内弹簧压缩，围岩应力重分布后可伸缩连接结构内弹簧伸张。
23.上述的实例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

技术特征：

1.一种适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架，其特征在于，钢拱架的主体结构根据隧洞断面分成三段，包括由顶部的拱形架和上部的竖向架构成的上钢拱架(1)、分别位于上钢拱架(1)下部两端的竖向的两根下钢拱架(2)，上钢拱架(1)和下钢拱架(2)通过可伸缩连接结构(3)连接，上钢拱架(1)和下钢拱架(2)均采用“工”字钢或者“h”型钢。2.根据权利要求1所述适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架，其特征在于，所述可伸缩连接结构(3)包括钢套管(4)、上连接钢板(8)、下连接钢板(9)和弹簧(12)，弹簧(12)两端分别与上连接钢板(8)和下连接钢板(9)焊接形成整体，上钢拱架(1)端部焊接有上拱架连接钢板(7)，下钢拱架(2)端部焊接有下拱架连接钢板(10)，上拱架连接钢板(7)和上连接钢板(8)通过螺栓连接，下拱架连接钢板(10)和下连接钢板(9)通过螺栓连接，钢套管(4)滑动包裹在上连接钢板(8)、下连接钢板(9)、上拱架连接钢板(7)、上拱架连接钢板(7)和弹簧(12)的外侧，并分别向上包裹一段上钢拱架(1)、向下包裹一段下钢拱架(2)，在钢套管(4)和上钢拱架(1)翼板上分别设置竖向的长限位孔(5)，通过限位螺栓(6)拧入钢套管(4)和上钢拱架(1)翼板上的长限位孔(5)控制上钢拱架(1)伸缩调整范围。3.根据权利要求1所述适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架，其特征在于，所述钢套管(4)横截面、上拱架连接钢板(7)、上连接钢板(8)、下拱架连接钢板(10)和下连接钢板(9)均为矩形。4.根据权利要求1所述适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架，其特征在于，所述上钢拱架(1)上的长限位孔为一对，分别位于上钢拱架(1)相对的翼板上，在钢套管(4)上与钢拱架(1)上的长限位孔相对应的位置也设置有长限位孔。

技术总结

本发明公开了一种适应围岩变形的可伸缩隧洞支护钢拱架，涉及隧洞施工技术领域，钢拱架的主体结构根据隧洞断面分成三段，包括由顶部的拱形架和上部的竖向架构成的上钢拱架、分别位于上钢拱架下部两端的竖向的两根下钢拱架，上钢拱架和下钢拱架通过可伸缩连接结构连接，上钢拱架和下钢拱架均采用“工”字钢或者“H”型钢。本发明钢拱架结构前期利用弹簧压缩性能使作用在钢拱架主体结构上的变形压力不致过大，后期当围岩应力重分布调整完成后通过弹簧的回弹性能使钢拱架主体结构与围岩紧密结合，适应围岩适当的变形。适应围岩适当的变形。适应围岩适当的变形。