[實用新型]一種鋼管混凝土拱架灌注模擬系統

有效

• 申請號: 201521053586.4
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN205263090U
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 玄超;張玉華;張尹;王書慶;李為騰;楊寧
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

技術領域

本實用新型涉及地下工程支護材料試驗領域，特別是一種地下工程中常用的鋼管混凝土 拱架灌注效果模擬系統。

背景技術

隨著我國基礎設施建設的快速發展，公路鐵路隧道、煤礦巷道、地鐵、水電硐室等修建 越來越廣泛，很多工程所處的地質條件愈發惡劣，如大埋深、軟巖、斷層構造等都帶來了嚴 重的支護失效問題。針對此，鋼管混凝土拱架由于其高強特性，在地下工程支護領域中扮演 著越發重要的角色，取得較好的社會經濟效益。

然而，目前的鋼管混凝土拱架支護參數的設計施工仍然以經驗為主，鋼管混凝土的灌注 工藝和參數選取缺少依據，如漿液流動性、灌漿速度、灌漿孔位置等的設計都沒有明確依據， 從而會影響核心混凝土的灌注密實度、強度等一系列重要指標。而混凝土的灌注效果對鋼管 混凝土拱架的實際承載能力影響巨大，并最終決定其支護效果。眾所周知，研究鋼管混凝土 灌注效果的最直觀方法是開展模擬試驗，通過不斷提高試驗方法的科學性和試驗系統的仿真 度，逐步得到較為精確的試驗結果。但是，目前尚沒有相關模擬系統或模擬系統能夠實現該 目的。

因此，當前亟待開發一種具有針對性的鋼管混凝土拱架灌注模擬系統和效果測評方法， 依此開展一系列鋼管混凝土拱架灌注模擬試驗。通過對比分析，掌握鋼管混凝土拱架灌注參 數、工藝、工序等對拱架混凝土灌注效果的影響規律，進而優化設計和施工參數，改善灌注 效果，完善鋼管混凝土拱架支護設計理論并促進該項技術的進步。

實用新型內容

為了解決現有技術中存在的技術缺陷，本實用新型公開了一種鋼管混凝土拱架灌注模擬 系統，其通過該模擬系統模擬礦山巷道、隧道、地鐵等工程常用鋼管混凝土拱架的混凝土灌 注場景，進而開展相關試驗，研究不同的灌漿工藝、參數、方法以及其他因素對灌漿效果的 影響規律。深入、直觀、準確的分析各種影響因素下灌漿效果的差異，進而總結出鋼管混凝 土灌漿的最優方案。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種鋼管混凝土拱架灌注模擬系統，包括一個由空心鋼管拼裝而成的拱架模具，在所述 的拱架模具上設有與灌漿系統相連的灌漿孔和用于在灌注混凝土時排出拱架模具內多余氣體 的排氣孔，且在所述的拱架模具上還設有沿拱架模具軸線一前一后交錯布置在拱架模具的正 面和背面的觀測條帶以及設置在拱架模具的底端的重力傳感器；所述的重力傳感器與數據采 集系統相連。

所述的拱架模具為由鋼管拼裝而成的拱架形狀的組合結構，其整體形狀為圓形、直腿半 圓拱形或三心拱形，其凈橫截面為圓形、方形或矩形；所述的拱架模具由數節構件通過套管 連接而成，每一節構件的各段由橫向法蘭連接而成，每一段是由從中軸線縱剖的鋼管通過縱 向法蘭連接而成；所述的拱架模具在各套管和法蘭處均可自由拆裝，便于灌漿養護結束后拆 模。

所述的觀測條帶是在試驗拱架側壁設定位置切出條狀孔后用高強透明樹脂材料填充而成 的，既能填充條狀孔防止混凝土外泄又能實現透明觀測試驗拱架內部情況的目的。

所述的拱架模具還通過一個支撐裝置進行支撐，所述的支撐裝置由立柱、橫梁、固定鉸 支座、卷揚機、斜撐和支撐臺組成；所述的橫梁固定在立柱上，在立柱的相同高度，前后各 設置一根，前后兩根橫梁間形成放置和固定拱架模具的間隔；所述的固定鉸支座設置在立柱 底端，所述的卷揚機通過鋼絲繩連接橫梁，用于牽拉所述的支撐裝置，使支撐裝置和拱架模 具可以以固定鉸為中心轉動。

所述的斜撐連接在立柱上，用于在固定支撐裝置，以保證灌注過程中支撐裝置的穩定。

所述的灌漿系統包括混凝土輸送泵、灌漿管、灌漿接頭、灌漿孔和排氣孔。所述的混凝 土輸送泵通過所述的灌漿管和所述的灌漿接頭連接所述的拱架模具，混凝土輸送泵向拱架模 具中灌注不同配合比的混凝土；所述的灌漿接頭內設置單向閥，使混凝土漿液只可單向流入 裝置而不可逆向流出，確保拆除灌漿管時漿液不會由灌漿孔流出。當混凝土從所述排氣孔流 出時，灌漿達到結束標準，停止混凝土輸送泵。

所述的灌漿系統還包括一個振動器，所述的振動器固定在拱架模具上，根據試驗需要選 擇是否開啟并選擇合適的震動參數，在灌漿過程中對拱架模具提供振動作用。

所述的觀測條帶均勻的布置在試驗拱架上，試驗員可通過觀測條帶，實時觀測記錄混凝 土漿液灌注的位置，從而推算灌漿體積和速度。