(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号(10)授权公告号 CN 203925526 U(45)授权公告日 2014.11.05
(21)申请号 201420211402.1(22)申请日 2014.04.28
(73)专利权人中铁二院工程集团有限责任公司
地址610031 四川省成都市通锦路3号(72)发明人巩江峰 朱勇 张慧玲
(74)专利代理机构成都惠迪专利事务所(普通
合伙) 51215
代理人王建国(51)Int.Cl.
E21D 11/14(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
权利要求书1页 说明书3页 附图1页权利要求书1页 说明书3页 附图1页
(54)实用新型名称
用于隧道初期支护的新型钢架(57)摘要
用于隧道初期支护的新型钢架，以在保证支护刚度的前提下，减小隧道开挖和喷射混凝土层的厚度，从而降低隧道工程造价。它包括：底板(11)和腹板(12)，相互垂直且固结为一体，其横断面呈T型；加强肋板(13)，沿腹板(12)长度方向间隔设置于腹板(12)两侧，且与底板(11)和腹板(12)焊接连接为一体。
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权 利 要 求 书
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1.用于隧道初期支护的新型钢架，其特征是它包括：底板(11)和腹板(12)，相互垂直且固结为一体，其横断面呈T型；加强肋板(13)，沿腹板(12)长度方向间隔设置于腹板(12)两侧，且与底板(11)和腹板(12)焊接连接为一体。
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说 明 书
用于隧道初期支护的新型钢架
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技术领域
[0001]
本实用新型涉及铁路、公路、市政工程领域，特别涉及一种用于隧道初期支护的新
型钢架。
背景技术
[0002] 目前，暗挖隧道基本上均按新奥法原理施工，采用复合式衬砌支护，包括初期支护和二次衬砌。其中，初期支护和围岩共同组成的支护系统是主要承载结构，二次衬砌主要作为安全储备。初期支护主要由喷射混凝土、锚杆以及钢筋网片联合支护组成(简称喷锚支护)，当隧道通过不良地质段以及软弱破碎带时，还可以采取型钢、格栅钢架以及超前小导管等辅助措施。这种把“围岩—支护”视为不可分割的统一体以控制围岩变形和维护围岩稳定的现代支护，是隧道及地下工程施工中不可或缺的支护手段和方法。在初期支护体系中，喷射混凝土发挥着主导作用。主要原因有：(1)喷射混凝土能够及时支护和封闭，能充分利用掌子面的端部支撑效应，在几个小时内迅速对裸露围岩面提供连续的支护抗力，保护围岩的强度及整体稳定性；(2)喷射混凝土能够和锚杆、钢筋网及钢架组成柔性支护体系，一方面喷射混凝土能够与岩面、钢筋网及钢架紧密粘结和咬合，形成“围岩-初期支护”整体承载结构，另一方面该柔性支护系统既能提供连续的支护抗力，又有良好的柔性，对约束和控制围岩的变形至关重要；(3)喷射混凝土具有良好的整合作用，首先喷射混凝土能射入岩层表面张开的节理裂隙，把被裂隙分割的岩体整合起来，其次喷射混凝土填补了爆破开挖后岩面的凹凸不平整的地方，避免了局部危岩的应力集中，并可使隧道拱部岩层的法向应力转化为切向应力，形成岩石拱，有效发挥了岩层的自承载能力。[0003] 根据喷射混凝土的及时性、粘结性及整合作用分析，喷射混凝土的作用跟厚度没有直接的关系；另外，根据初期支护计算分析，围岩承担主要 的弯矩，喷层的重要作用是从与围岩粘结的接触界面上开始传递应力，使围岩内部形成压应力带，有利于围岩的稳定和支护的安全，从受力分析上跟喷射砼的厚度也没有直接的关系。目前部通用图及各设计院内部参考图的喷射混凝土厚度确定原则如下：Ⅱ(5cm)、Ⅲ(7～12cm)级围岩初喷混凝土厚度根据其最小厚度和结构强度需要制定；Ⅳ、Ⅴ级围岩喷射混凝土厚度根据初期支护钢架的高度及初喷(4cm)、复喷(3cm)厚度要求计算而来，采用的型钢钢架型号主要有I16、I18、I20、I22、I25、H175、H200等，格栅钢架的高度范围在15～18cm，根据计算Ⅳ、Ⅴ级围岩喷射混凝土厚度在22～32cm。这种Ⅳ、Ⅴ级围岩喷射混凝土厚度计算方式，并没有根据实际需要确定，而是将支护钢架的高度以及初喷和复喷混凝土厚度简单相加得来，所计算出的喷层厚度普遍偏厚。以双线Ⅴ级围岩为例，支护一般情况下都采用I20型钢钢架，喷射混凝土的厚度最小为27cm。过厚的喷射混凝土一方面增加了开挖断面和喷射混凝土的用量，导致成本增加；另一方面喷射混凝土的施工时间在整个隧道施工工序中所占的时间增大，功效降低导致施工进度缓慢。目前，暗挖隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩初期支护中采用的支护钢架均为传统国标根据建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等行业制定的工字钢或H型钢，这些型钢在功能上基本满足
[0004]
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说 明 书
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了隧道初期支护的需要，但是由于传统型钢并未考虑暗挖隧道洞内施工及初期支护的实际需求，且传统的工字钢高度偏高，外加其对称的结构形式要求复喷混凝土层的厚度不小于3cm，导致整个初期支护中喷射混凝土的厚度偏大。如何在确保现场施工安全的前提下，减小喷射混凝土厚度、降低工程造价、节约圬工、保护环境，成为地下工程设计师一项新的课题。
实用新型内容
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于隧道初期支护的新型钢架，以在保证支护刚度的前提下，减小隧道开挖和喷射混凝土层的厚度，从而降低隧道工程造价。[0006] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：[0007] 本实用新型用于隧道初期支护的新型钢架，其特征是它包括：底板和 腹板，相互垂直且固结为一体，其横断面呈T型；加强肋板，沿腹板长度方向间隔设置于腹板两侧，且与底板和腹板焊接连接为一体。
[0008] 本实用新型的有益效果是，可有效减小隧道开挖及喷射混凝土用量，降低工程造价、加快施工进度、保护环境；初期支护喷射混凝土更加密实，提高初期支护承载能力，能更好的适应暗挖隧道的施工及受力特征，整个支护体系具有“刚柔并济”的特点，能够降低隧道的安全风险。附图说明
[0009] [0010]
本说明书包括三幅附图：
图1为本实用新型用于隧道初期支护的新型钢架纵断面示意图；
[0011] 图2为本实用新型用于隧道初期支护的新型钢架横断面示意图；
[0012] 图3为采用本实用新型用于隧道初期支护的新型钢架的隧道初期支护的横断面示意图；
[0013] 图中示出构件、部位名称及所对应标记：底板11、腹板12、加强肋板13、洞周围岩20、初喷混凝土层31、钢架高度范围内喷射混凝土层32、复喷混凝土层33、预留变形缝40、二次衬砌50。
具体实施方式
[0014] 下面结合附图对本实用新型减小初期支护喷射混凝土厚度的结构进一步说明。[0015] 参照图1和图2，本实用新型用于隧道初期支护的新型钢架包括：底板11和腹板12，相互垂直且固结为一体，其横断面呈T型；加强肋板13，沿腹板12长度方向间隔设置于腹板12两侧，且与底板11和腹板12焊接连接为一体。[0016] 参照图3，本实用新型的新型钢架与传统的断面呈工字型或H型的支护钢架相比较有如下实质性区别：[0017] 1、新型钢架加大了与洞周围岩20的接触面积，即加大了底板11的宽度b，岩体的整体稳定性提高；[0018] 2、新型钢架沿腹板12长度方向在腹板12两侧间隔设置加强肋板13，加强支护钢架的刚度和整体稳定性；
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说 明 书
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3、新型钢架取消了与二次衬砌50接触端的腿宽，这样钢架高度范围内喷射混凝
土层32能够密贴支护钢架，消除了传统工字钢和H型钢喷射混凝土有死角的问题。由于与二次衬砌50接触端的面积大大减小，其复喷混凝土层33没有必要执行传统规范约定的不小于3cm，因为传统工字钢和H型钢与二衬接触端面积较大，如果复喷混凝土不足3cm，初支稍有变形极易开裂、剥落、掉块。该结构有“刚柔并济”的特点，早期强度较高，后期利于变形，且喷层不易开裂、剥落。[0020] 4、如果需要增加该新型钢架的刚度，可以通过调整底板11宽度b和腹板12厚度d，以及改变加强肋板13的设置数量(即改变相邻加强肋板13的距离x)而方便地实现，避免了传统上依靠不断增加工字钢高度的做法，同时复喷混凝土层33的厚度可以由3cm调整为1cm。
[0021] 参照图3，隧道开挖后，对暴露的洞周围岩20应及时喷射混凝土(初喷混凝土层31)，初喷混凝土层31的厚度根据初期支护强度要求一般不小于4cm，架立新型钢架后，喷射钢架高度范围内喷射混凝土层32和复喷混凝土层33。以双线Ⅴ级围岩为例，传统初期支护采用I20型钢钢架，喷射混凝土层的厚度为27cm。若采用本实用新型的新型钢架，钢架的高为16cm，喷射混凝土厚度(初喷混凝土层31厚度t、钢架高度范围内喷射混凝土层32厚度h、复喷混凝土层33厚度f之和)为21cm，这样既减小了隧道开挖断面，又减小了喷射混凝土的用量，同时用钢量也大大减小，节约了成本、加快了施工进度、保护了环境。
[0022] 以上所述只是用图解说明本实用新型用于隧道初期支护的新型钢架的一些原理，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和实用范围、领域内，故凡是所有可能被利用的相应修改及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。
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说 明 书 附 图
图1
图3
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