[發明專利]一種用于隧道鋼架的自適應承壓吸能系統及使用方法

在審

• 申請號: 202111135923.4
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113719299A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 易磊;李理;梁旭;周春;王福華;胡磊
• 申請（專利權）人: 武漢海潤工程設備有限公司
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/15
• 代理公司: 北京恒和頓知識產權代理有限公司 11014
• 代理人: 周君

本發明公開了一種用于隧道鋼架的自適應承壓吸能系統及使用方法，該系統包括平行間隔設置的第一鋼架連接板和第二鋼架連接板，設于第一鋼架連接板和第二鋼架連接板之間的法蘭板、聚氨酯彈性體以及定位螺栓；法蘭板的一端焊接在第二鋼架連接板上，另一端與第一鋼架連接板固定；聚氨酯彈性體安裝于第一鋼架連接板和第二鋼架連接板之間，聚氨酯彈性體靠近第一鋼架連接板的一端安裝有傳感器；本發明使用聚氨酯彈性體作為承壓吸能部件，伸縮量范圍可控，整體自適應、安全性好，成本低，重量輕；能夠解決現有鋼架伸縮量局限，控制伸縮量范圍不可控、鋼架極限承載能力不可控無法對鋼架進行有效保護的問題。

技術領域

本發明屬于隧道施工工程技術領域，更具體地，涉及一種用于隧道鋼架的自適應承壓吸能系統及使用方法。

背景技術

隨著我國鐵路建設的持續快速發展，鐵路線覆蓋地域范圍廣泛。新建鐵路經過山區時，通過不同形式的隧道穿越山嶺。隧道大變形是隧道修建過程中所遇到的一種極難處理的技術難題，大變形的后果不僅引起隧道施工過程中的安全問題，同時也是后期運營的巨大安全隱患。

當前對于隧道大變形的主要技術措施包括預留變形量、增強初期支護或臨時支護、施工二次襯砌以控制圍巖變形并提高圍巖的自承能力等方面。鋼架是支撐圍巖的最為有效的手段，廣泛應用在大變形隧道中，然而當前使用的鋼架接頭以剛性連接為主，在大變形發生后會隨著變形的持續增大而發生扭曲甚至剪切破壞，極大的降低了初期支護的承載能力，圍巖的變形不能有效得到抑制，圍巖也經常出現進一步惡化的情況，為了保證隧道結構安全并滿足建筑限界，只能拆除初期支護重建，造成了極大的安全風險和極高的建設成本；同時，在工程施工實際中，鋼架接頭配合鋼架支護的下沉，需要實現3～5噸荷載內的大壓縮行程內吸收能量的作用，但受安裝空間的限制，鋼架接頭的外形尺寸有限，同時必須具備安全性、穩定性和耐久性。

現有設計雖然研制出了可伸縮鋼架，但是其可伸縮量局限，不能有效的控制伸縮量的范圍、也不能控制鋼架的極限承載能力進而不能對鋼架進行有效保護。因此，急需一種可伸縮、伸縮量范圍可控、極限承載能力安全余量大且穩定耐久的隧道鋼架用自適應承壓吸能裝置對鋼架及隧道內部支撐結構進行有效的保護。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種用于隧道鋼架的自適應承壓吸能系統，使用聚氨酯彈性體作為第一級承力吸能單元適應隧道鋼架下沉工況，使用法蘭板與第一鋼架連接板作為第二級承力單元，可以使鋼架處于預設的穩定狀態，接觸穩定，受力均勻，極限承載能力安全余量大且穩定耐久；在聚氨酯彈性體上設傳感器，使得其伸縮量范圍可控，整體自適應、安全性好；本發明通過螺栓分別將第一鋼架連接板和第二鋼架連接板與鋼架進行連接，通過定位螺栓進行自適應承壓吸能系統自身的定位與鎖定，操作簡單，安裝簡易；能夠解決現有可伸縮鋼架可伸縮量局限，不能有效的控制伸縮量的范圍、也不能控制鋼架的極限承載能力進而不能對鋼架進行有效保護的問題。

為了實現上述目的，本發明的一個方面提供一種用于隧道鋼架的自適應承壓吸能系統，包括平行間隔設置的第一鋼架連接板和第二鋼架連接板，設于所述第一鋼架連接板和第二鋼架連接板之間的法蘭板、聚氨酯彈性體以及定位螺栓；其中，

所述法蘭板的一端焊接在所述第二鋼架連接板上，另一端通過所述定位螺栓與所述第一鋼架連接板固定；

所述聚氨酯彈性體通過定位柱安裝于所述第一鋼架連接板和第二鋼架連接板之間，進而將所述第一鋼架連接板和第二鋼架連接板連接為一整體；

所述聚氨酯彈性體靠近所述第一鋼架連接板的一端選擇性安裝有傳感器，用于對所述自適應承壓吸能系統的壓縮量和荷載進行實時監控；

所述聚氨酯彈性體作為第一級承力吸能單元吸收隧道鋼架下沉產生的能量并將動能轉化為彈性勢能，同時吸收隧道鋼架震動能量，所述法蘭板與第一鋼架連接板共同作為第二級承力單元進一步吸收剩余載荷，使鋼架處于預設的穩定狀態，進而對鋼架及隧道內部支撐結構進行有效保護。