隧道钢架结构及其施工方法与流程

1.本公开涉及隧道与地下工程技术领域，尤其涉及一种隧道钢架结构及其施工方法。


背景技术：

2.隧道支护多采用复合式衬砌，包括初期支护和模筑二次衬砌。隧道内围岩岩性较差时，初期支护中一般设置格栅钢架、型钢钢架等以增强初支的承载能力。传统格栅与混凝土触摸面积大，能有效形成整体，但钢格栅整体刚度较低，无法抵抗较大围岩压力而发生的变形破坏。隧道开挖完成后围岩表面凹凸不平，当钢架架设完成后，钢架与围岩表面不能密贴，使得钢架背后存在空洞，加之型钢钢架翼板较宽，使得钢架背后不能有效填充混凝土，极易松动诱发更大的变形。传统型钢钢架刚度大，表面光滑，与喷混凝土结合性较差，两者不能有效形成整体，钢架与喷混凝土为单独的承载单元，钢架负载力较大，极易导致钢架变形和断裂，影响隧道质量，威胁施工及行车安全。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本公开提供了一种隧道钢架结构及其施工方法。
4.本公开提供了一种隧道钢架结构，包括多个拱架单元，拱架单元为拱形结构，且包括多个相连的拱架段，多个拱架单元沿隧道延伸方向设置；拱架段包括钢架本体和螺旋钢筋，钢架本体设置在螺旋钢筋的螺旋状结构内，且钢架本体的中心轴与螺旋钢筋的中心轴平行；拱架段的两端均设置有连接板，连接板连接相邻的拱架段。
5.可选的，钢架本体为型钢段。
6.可选的，连接板与钢架本体连接。
7.可选的，连接板为平板结构；且连接板与钢架本体的连接面面积，大于钢架本体的截面面积。
8.可选的，相邻的拱架段的连接板螺栓连接。
9.可选的，钢架本体与螺旋钢筋之间填充有喷射混凝土。
10.可选的，相邻的拱架单元之间设置有连接件，连接件设置在拱架单元的外周上。
11.可选的，拱架单元的拱形结构外周设置有固定钢筋，固定钢筋用于将拱架单元固定在隧道围岩表面。
12.可选的，拱架单元的两侧均设置有锁脚锚杆。
13.本公开还提供一种隧道钢架结构的施工方法，包括以下步骤：
14.将螺旋钢筋套设在钢架本体外，组成拱架段；
15.在拱架段的两端设置连接板；
16.将拱架段吊运至安装位置，连接相邻的两个拱架段的连接板，多个拱架段连接组成拱架单元；
17.多个拱架单元沿隧道延伸方向设置。
18.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
19.本公开提供的隧道钢架结构及其施工方法，通过在钢架本体外设置螺旋钢筋，既保证了钢架结构的刚度，使钢架能够抵抗较大的围岩压力，又增加了钢架结构与混凝土的接触面积，使混凝土与钢架结构的接触更充分，避免了衬砌与围岩之间产生空洞；且该结构简单便于施工，能够节约建造成本。此外，通过在拱架段的两端设置连接板，用于与相邻的拱架段进行连接，提高了相邻拱架段之间连接的稳定性和拱架单元的整体性。
附图说明
20.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
21.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本公开实施例所述拱架段的截面图；
23.图2为本公开实施例所述连接板与钢架本体的连接关系示意图；
24.图3为本公开实施例所述连接件的示意图；
25.图4为本公开实施例所述拱架单元的示意图。
26.其中，1、钢架本体；2、螺旋钢筋；3、连接板；4、螺栓；5、连接件；6、固定钢筋；7、锁脚锚杆。
具体实施方式
27.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.结合图1、图2和图4所示，本公开的一些实施例，提供一种隧道钢架结构，包括多个拱架单元，拱架单元为拱形结构，且包括多个相连的拱架段，多个拱架单元沿隧道延伸方向设置；拱架段包括钢架本体1和螺旋钢筋2，钢架本体1设置在螺旋钢筋2的螺旋状结构内，且钢架本体1的中心轴与螺旋钢筋2的中心轴平行；拱架段的两端均设置有连接板3，连接板3连接相邻的拱架段。
30.上述的拱架段中，钢架本体1与套设在上述的钢架本体1外的螺旋钢筋2构成一个整体，用于提高钢架结构与喷射混凝土的连接性；优选地，钢架本体1与螺旋钢筋2之间焊接；钢架本体1的长度不小于螺旋钢筋2的长度。
31.通过采用上述的钢架结构，钢架本体1与螺旋钢筋2构成一个整体，提高钢架结构与喷射混凝土连接性，使喷射混凝土的包裹性更好，可有效提高钢架本体1的抗变形能力，并且同等受力情况下，可有效减小钢架用料，节省材料，充分发挥钢与混凝土组合结构抗弯、抗压性能良好的优点；同时，提高混凝土与围岩表面的密贴性，避免钢架与围岩之间出
现空洞。
32.在一些实施例中，钢架本体1为型钢段。具体地，型钢可以根据施工需求采用工字钢、h型钢、u型钢、方形钢管等；型钢较格栅钢架具有更好的刚性，能够抵抗较大围岩压力，不易发生的变形破坏；且直接采用型钢作为钢架本体1，无需在主筋之间设置钢架，降低了施工难度，节省了材料，能够节约建造成本。
33.在一些实施例中，连接板3与钢架本体1连接。优选地，连接板3与钢架本体1的端部焊接。通过在钢架本体1上设置连接板3，能够避免在连接相邻拱架段时直接对钢架本体1进行连接，提高了拱架段连接处的强度，进而提高整个拱架单元的整体性；且由于钢架本体1的刚度高于螺旋钢筋2，因此连接板3与钢架本体1进行连接具有更强的稳定性。
34.在一些实施例中，连接板3为平板结构；且连接板3与钢架本体1的连接面面积，大于钢架本体1的截面面积。具体地，连接板3可以时圆形结构、方形结构或能够相互卡接的异形结构；连接板3之间可以通过焊接、螺栓连接、u型钢筋固定等方式进行连接，面积大于钢架本体1的截面面积的连接板3，一方面可以为连接提供足够的空间；另一方面也可以增加钢架结构与混凝土的接触面积。
35.在一些实施例中，相邻的拱架段的连接板3螺栓连接。优选地，相邻两拱架段的连接板3之间，围绕连接板3与钢架本体1的连接面面积，间隔设置有多处螺栓4，使拱架段的连接处能够承受较大的横向载荷，避免拱架单元发生断裂；此外，螺栓孔的加工精度要求低，结构简单，能够提高施工效率。
36.在一些实施例中，钢架本体1与螺旋钢筋2之间填充有喷射混凝土。具体地，将喷射混凝土填充至钢架本体1与螺旋钢筋2之间的空隙中，能够更充分的使钢架本体1与螺旋钢筋2成为一个整体，使钢架本体1与螺旋钢筋2一起抵抗较大围岩压力，避免钢架本体1被破坏；提高拱架单元的承载力。
37.结合图3所示，在一些实施例中，相邻的拱架单元之间设置有连接件5，连接件5设置在拱架单元的外周上。具体地，连接件5可采用钢筋、钢管、槽钢、钢带等，也可以组合使用。通过在拱架单元的外周上设置连接件5能够提升格栅钢架结构整体性，提升钢架的承载能力，同时也能够对混凝土形成约束。
38.在一些实施例中，拱架单元的拱形结构外周设置有固定钢筋6，固定钢筋6用于将拱架单元固定在隧道围岩表面。更详细的，通过固定钢筋6能够嵌入围岩内，用于将拱架单元固定在隧道围岩的内壁上，以提升钢架结构的稳定性和承载能力。具体地，固定钢筋6与钢架结构之间可以通过焊接或u型钢筋固定等方式进行连接。
39.在一些实施例中，拱架单元的两侧均设置有锁脚锚杆7。更详细地，可以在拱架单元每侧的拱脚位置设置一处锁脚锚杆7，也可以在拱脚上方设置多处锁脚锚杆7，用于防止拱脚收缩。
40.本公开的一些实施例中，还提供一种隧道钢架结构的施工方法，包括一下步骤：
41.将螺旋钢筋2套设在钢架本体1外，组成拱架段；
42.在拱架段的两端设置连接板3；
43.将拱架段吊运至安装位置，连接相邻的两个拱架段的连接板3，多个拱架段连接组成拱架单元；
44.多个拱架单元沿隧道延伸方向设置。
45.通过上述的施工方法，既解决传统型格栅钢架刚度小，施工不便、刚度不足的问题，又解决传统型钢钢架与喷混凝土接触不充分，容易产生衬砌背后空洞的问题；能够有效提升钢架结构的承载力和抗变形能力，充分发挥钢架结构与混凝土结合的抗弯性能和抗压性能。
46.在本公开的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构或装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的实施方式的限制。
47.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。