多楔块隧道钢架的制作方法

本实用新型属于隧道加固技术领域，特别涉及一种多楔块隧道钢架。

背景技术：

我国是一个多山的国家，西南地区80％为山地，约占全国山地面积的30％。这片土地上居住着20多个民族，１亿多人的城市，地铁、公路、铁路是人们出行的主要交通方式。现在，道路已成 为国家的重要资源，对于促进国家经济增长、提高人民生活质量、维护国家安全等都具有重要价值。道路的发展不仅仅是经济的需要，也是人类文明和现代化的组成部分。而隧道作为道路中的重要节点有着至关重要的作用。隧道建设在近些年的建设中取得了飞跃式的发展。秦岭终南山公路隧道，单洞长18.02km，双洞单向交通，建设规模世界第一，中国公路隧道之最。厦门翔安隧道是中国大陆第一座大断面海底隧道，对我国隧道建设技术的进步和发展，缩小与世界先进水平的差距，起到了里程碑式的作用。目前在建的港珠澳跨海大桥中的隧道部分，也代表隧道发展的最前沿。

地下隧道的支护有初期支护和后期支护。初期支护一般叫初支，就是刚开挖完采用的一些支护方式，比如围岩条件的时候就简单的锚杆挂网喷锚支护，围岩条件差话就用钢拱架支护，再喷锚。后期支护叫做二次衬砌，简称二衬，就是用衬砌台车浇筑混凝土。小断面隧道在开挖支护过程中，施工者总容易忽略地质条件，认为隧道截面直径小，开挖后围岩自成拱，在围岩可自承范围内，所以支护施工时，一般情况下几乎不能满足钢架上楔块多于5个，由此，支撑小断面隧道的钢架总容易发生轴向偏压，过早的屈服；钢架与围岩之间贴合不紧密，由于开挖围岩表面不是光滑，在与钢架接触的部位容易发生局部应力集中现象，增大了钢架损坏的概率与损耗过大的可能，不能作为永久支护，增加了隧道建设的成本、需二次开挖施工之外，也违背了隧道建设的环保理念。

总之，以往小断面隧道在支护过程中总容易遇到构件与构件间连接不紧密；构件与围岩间不贴合，钢架底部易发生向围岩侧滑动等问题。

技术实现要素：

为了解决以上的技术问题，本实用新型针对上述现有存在技术的不足开发了一种多楔块隧道钢架，用于解决小断面隧道支护拱顶易塌陷的问题，能够改善型钢钢架易受局部集中荷载和偏压荷载导致易于弯曲或者屈服的缺陷，改进传统楔块与钢架间连接问题，与地基相连部分增加缓释垫，吸收小变形应力，采用轻高型钢柱，减弱钢架自重影响，是一种功能性较为综合的实用钢架。

本实用新型采用的技术方案：

一种多楔块隧道钢架，包括斜短钢柱、楔块、侧向钢柱、底部支座、缓释垫、垫板、预留螺栓孔、连接套筒和拱顶钢柱；其中楔块包括尖端螺纹部分，环垫；底部支座包括预制底座部分和预留现浇位置；

垫板内嵌于地基中，缓释垫下侧紧贴着垫板，上侧与底部支座相接，侧向钢柱的底端落座于底部支座中的预留现浇位置；除侧向钢柱底部区域外，斜短钢柱均匀的焊接在侧向钢柱与拱顶钢柱上，拱顶钢柱与侧向钢柱通过连接套筒相连并且在预留螺栓孔中插入螺栓，旋紧稳固；楔块均匀的分布在钢架上并锚固于围岩中。

进一步地，所述垫板为刚性的,当钢架受力时，垫板可以代替地基受力。

进一步地，所述缓释垫为弹性的，可吸收部分应力或者抵消由于钢架受力产生向下的小位移。

进一步地，楔块相较于以往传统楔块增加了尖端螺纹部分，环垫，尖端螺纹部分遵循了锚杆支护机理，楔块以锚固的形式将钢架与围岩紧密贴合，增加了环垫减小钢架与楔块接触部分的摩擦，同时，环垫可起到减小钢架受力发生变形的作用。

进一步地，所述钢柱与钢柱之间通过斜短钢柱固定距离，采用了三角桁架结构的支撑方式。

进一步地，所述在钢柱的薄弱位置，楔块均为一端与钢架接触，另一端与斜短钢柱和侧向钢柱的连接点接触，或与斜短钢柱和拱顶钢柱的连接点接触，起到了补充支撑的作用。

进一步地，所述斜短钢柱和侧向钢柱为一体结构，斜短钢柱和拱顶钢柱为一体结构，可通过工厂预制，并且批量生产，质量规格较为统一，隧道施工时，省时省力。

进一步地，所述多楔块隧道钢架的施工方法，包括以下步骤：

第一部分是钢架的拼接安装，第二部分是底部支座的落座；

a.钢架安装时，先由楔块固定拱顶钢柱，找准拱顶钢柱的位置，然后将尖端螺纹部分插入围岩中，楔块与拱顶钢柱的接触部分为环垫；

b.左右两侧同时施工，将侧向钢柱与拱顶钢柱连接起来，由侧向钢柱中的连接套筒插入拱顶钢柱的连接套筒中，对齐瞄准预留螺栓孔后，以螺栓连接的方式，将螺栓插入预留螺栓孔中，侧向钢柱和拱顶钢柱连接完毕；

c.分别固定两侧的侧向钢柱靠近拱顶的2个楔块，底部支座的落座，此时为两侧同时施工，将侧向钢柱的底端插入底部支座的预留现浇位置；

d.在钢架拼接安装未操作时，预估侧向钢柱底端投影在地面位置，预设垫板和缓释垫的位置，安装好垫板和缓释垫后，侧向钢柱插入预留现浇位置的同时将底部支座缓慢移动到缓释垫上，插入操作与移动操作完成后，校准钢架是否发生侧向偏移，如发生，请缓慢移动侧向钢柱的底端在预留现浇位置以调整偏差，如没有偏移，则进行最后1个步骤；

e.将最后的2个楔块在靠近底部支座的剩余位置上，嵌入围岩中并将预留现浇位置的缝隙及剩余位置，浇灌混凝土填满。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的有益效果具体分为以下方面：

1.本实用新型的垫板为刚性的，嵌入地基中，作为地基的一部分，当钢架受力时，垫板代替地基受力，减弱对天然地基的损耗。

2.本实用新型的缓释垫为弹性的，可吸收部分应力或者抵消由于钢架受力产生向下的小位移，同时起到缓释作用。

3.楔块包括的尖端螺纹部分、环垫和尖端螺纹部分遵循锚杆支护机理，楔块以锚固的形式将钢架与围岩紧密贴合。

4.本实用新型的楔块相较于以往传统楔块增加了尖端螺纹部分，环垫，尖端螺纹部分遵循了锚杆支护机理，以锚固的形式将钢架与围岩紧密贴合，同时增加了环垫，避免钢架与楔块接触部分的摩擦，同时，环垫可起到应对当钢架受力发生小变形的作用。

5.本实用新型的钢柱与钢柱之间通过斜短钢柱固定距离和距离，采用了三角桁架结构的支撑方式，使钢架结构更为稳固，尺寸经济。

6.本实用新型的楔块一端与钢架接触，一端与斜短钢柱和侧向钢柱或拱顶钢柱（9）的连接点接触，在钢柱的薄弱位置，起到了补充支撑和固定的作用。

7.本实用新型的斜短钢柱和侧向钢柱为一体结构，斜短钢柱和拱顶钢柱为一体结构，二者均可通过工厂预制，并且可批量生产，质量规格较为统一，隧道施工时，省时省力。

8.本实用新型的侧向钢柱底端插入底部支座中，避免传统钢架完全依靠楔块来避免钢架向围岩侧滑动的趋势，底部支座不仅起到固定座作用，同时将钢架与地基联系得更紧密，避免发生侧向滑动。

附图说明

图1为本实用新型多楔块隧道钢架整体示意图；

图2为本实用新型楔块示意图；

图3 为本实用新型侧向钢柱和拱顶钢柱连接示意图；

图4为本实用新型底部支座示意图；

图中，1为斜短钢柱、2为楔块、3为侧向钢柱、4为底部支座、5为缓释垫、6为垫板、7为预留螺栓孔、8为连接套筒、9为拱顶钢柱、2-1为尖端螺纹部分、2-2为环垫、4-1为预制底座部分和4-2为预留现浇位置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明，但不能将它们理解为对本实用新型保护范围的限定。

实施例：如图1-图4所示，一种多楔块隧道钢架，包括斜短钢柱1、楔块2、侧向钢柱3、底部支座4、缓释垫5、垫板6、预留螺栓孔7、连接套筒8和拱顶钢柱9；

所述垫板6为刚性的，嵌入地基中，所述缓释垫5为弹性的，缓释垫5下侧紧贴着垫板6，上侧与底部支座4相接，侧向钢柱3的底端落座于底部支座4中的预留现浇位置4-2；除侧向钢柱3底部区域外，斜短钢柱1均匀的焊接在侧向钢柱3与拱顶钢柱9上，拱顶钢柱9与侧向钢柱3通过连接套筒8相连并且在预留螺栓孔7中插入螺栓，旋紧稳固；楔块2均匀的分布在钢架上并锚固于围岩中；

所述钢柱与钢柱之间通过斜短钢柱1固定距离，采用了三角桁架结构的支撑方式；

所述在钢柱的薄弱位置，楔块2均为一端与钢架接触，另一端与斜短钢柱1和侧向钢柱3的连接点接触，或与斜短钢柱1和拱顶钢柱9的连接点接触；

所述斜短钢柱1和侧向钢柱3为一体结构，斜短钢柱1和拱顶钢柱9为一体结构；

所述多楔块隧道钢架的施工方法，包括以下步骤：

第一部分是钢架的拼接安装，第二部分是底部支座4的落座；

a.钢架安装时，先由楔块2固定拱顶钢柱9，找准拱顶钢柱9的位置，然后将尖端螺纹部分2-1插入围岩中，楔块2与拱顶钢柱9的接触部分为环垫2-2；

b.左右两侧同时施工，将侧向钢柱3与拱顶钢柱9连接起来，由侧向钢柱3中的连接套筒8插入拱顶钢柱9的连接套筒8中，对齐瞄准预留螺栓孔7后，以螺栓连接的方式，将螺栓插入预留螺栓孔7中，侧向钢柱3和拱顶钢柱9连接完毕；

c.分别固定两侧的侧向钢柱3靠近拱顶的2个楔块2，底部支座4的落座，此时为两侧同时施工，将侧向钢柱3的底端插入底部支座4的预留现浇位置4-2；

d.在钢架拼接安装未操作时，预估侧向钢柱3底端投影在地面位置，预设垫板6和缓释垫5的位置，安装好垫板6和缓释垫5后，侧向钢柱3插入预留现浇位置4-2的同时将底部支座4缓慢移动到缓释垫5上，插入操作与移动操作完成后，校准钢架是否发生侧向偏移，如发生，请缓慢移动侧向钢柱3的底端在预留现浇位置4-2以调整偏差，如没有偏移，则进行最后1个步骤；

e.将最后的2个楔块2在靠近底部支座4的剩余位置上，嵌入围岩中并将预留现浇位置4-2的缝隙及剩余位置，浇灌混凝土填满。

如图2和图4所示，楔块2包括尖端螺纹部分2-1，环垫2-2；底部支座4包括预制底座部分4-1和预留现浇位置4-2。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。