[發明專利]基于礦用U型鋼的約束混凝土定量讓壓拱架

無效

• 申請號: 201210398376.3
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102877862A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 李術才;李為騰;王琦;王富奇;阮國強;左金忠;張波;王洪濤;王德超
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本發明涉及一種支護裝置，尤其涉及一種用于深部或軟巖等復雜條件下的難支護硐室、巷道、隧道等地下工程的約束混凝土定量讓壓拱架。

背景技術

國內外學者通過研究提出并發展了多種支護形式，如錨噴支護、錨網索噴、金屬支架、高強度弧板等。隨著社會經濟的發展，地下巖體工程進一步向深、廣方向發展，圍巖層位越來越深，工程地質條件越來越復雜。高地應力、軟巖流變、斷層等地質構造、地下水等因素造成地下工程面臨前所未有的支護難度。現有支護技術不能很好的滿足現場復雜條件下的圍巖支護要求，尤其是更難滿足千米深井軟巖巷道的支護。

現階段深部高應力軟巖巷道及硐室群常用的支護形式是U型鋼支架。但U型鋼支架在圍巖支護時存在以下問題：①支護強度不足，在淺部圍巖支護中該問題不明顯，但現在國內多個深部礦區如淮南、巨野等地區的深部巷道，采用的U36鋼支架均出現了U型鋼支架屈服、斷裂的現象，且在拱肩和拱頂部位的受壓破壞比重較高；②支護成本高，礦用U36鋼每米鋼材重量為35.87kg/m，用鋼量大，支護成本相對較高；③工作阻力低，U型鋼支架在其強度范圍內工作時，其工作阻力只與支架接頭處摩擦阻力相關，而摩擦阻力又取決于卡纜的鎖緊程度，我國U型鋼支架普遍存在鎖緊力不足，支架工作阻力相對較低的現象。④不能定量讓壓，采用卡纜作為節點連接形式，可以進行一定的讓壓，但是其讓壓量及讓壓時機很難把握和控制。

近年來，出現了一種用于巷道支護的鋼管混凝土支架，該支架具有較高的支護強度，能夠較為有效的支護巷道，為深部軟巖巷道提供了一種新型的支護方式。但該支架尚存在一些問題，如：①護表面積小且應力集中，圓形截面的鋼管混凝土支架與圍巖表面理論上是線接觸，接觸面積小，一方面對圍巖表面產生的護表面積小，另一方面易造成鋼管表面的應力集中；②無法定量讓壓，深部大變形圍巖支護的讓壓是必要的，現有的鋼管混凝土支架在無法實現讓壓量和讓壓時機可控的讓壓效果；③抗彎剛度不足，深部巷道圍巖受偏壓的現象明顯，拱形支架在偏壓作用下對其抗彎剛度提出較高的要求。

總體來說，對于日益復雜的深部或軟巖巷道、隧道、硐室等地下工程而言，現有的支護方式仍然存在一定的問題，不能滿足難度日益增長的支護需要，影響了深部巖體工程的生產和安全。

發明內容

礦用U型鋼支架存在一些問題，但畢竟是經過幾十年科技發展的產物，在幾代人的研究努力下，礦用U型鋼支架的截面形式和尺寸日漸科學合理，其生產、加工、安裝、使用的工藝和技術都已非常成熟，是一條完整的生產使用鏈，具有很強的發展潛力。本發明的目的是針對礦用U型鋼支架存在的問題及其產業優勢的優缺點共存的局面，通過研究，取長補短，發明了基于礦用U型鋼的約束混凝土定量讓壓拱架。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

基于礦用U型鋼的約束混凝土定量讓壓拱架，它是由多個拱形單架通過縱向連接套管連接而成的拱形立體結構，拱形單架為由多節管狀復合構件圍成的拱狀結構，兩節管狀復合構件的連接處設有定量讓壓環，兩節管狀復合構件通過套在定量讓壓環和兩節管狀復合構件端頭外面的套管相互連接，套管的下面設有阻止套管向下運動的擋卡。

所述的管狀復合構件由封閉鋼管及其填充在封閉鋼管內部的混凝土組成，其形狀根據拱架的整體形狀確定，一般為弧形。封閉鋼管為由礦用U型鋼和封閉鋼板焊接而成，封閉鋼板處在外側接觸面，封閉鋼管其橫截面呈拱形或等腰梯形。

所述的封閉鋼管內部設有加強肋板或加強鋼筋，增強拱架的抗彎能力。

所述的封閉鋼管側部管壁上開有灌漿孔及排氣孔。

上述的拱形立體結構為直墻拱形、直墻三心拱型或馬蹄形。

所述的拱形單架的拱腳處通過連接法蘭實現底拱和幫拱的連接。

管狀復合構件為3~6節，根據現場實際需要，設計不同的空心鋼管的節數和形狀。