一种钢管混凝土空心支架及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢管混凝土空心支架及其施工方法，属于岩土工程领域，能够提升抗震、让压变形和承受动力荷载的能力，且降低混凝土的使用量。所述钢管混凝土支架包括：钢管构件、橡胶混凝土和连接所述钢管构件的连接套管，所述钢管混凝土支架上设有排气孔和注浆孔；其中，所述钢管构件包括外支架钢管和空心的内支架钢管，所述外支架钢管和所述内支架钢管通过一或多个定位钢筋连接，以将所述外支架钢管和所述内支架钢管保持在同心的相对位置；所述橡胶混凝土是以混凝土或水泥砂浆为基材，均匀掺入各种非连续的橡胶粉或橡胶颗粒而形成的水泥基复合材料，且置于所述钢管构件内的外支架钢管和内支架钢管之间。本发明用于进行支护。
【专利说明】
一种钢管混凝土空心支架及其施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及岩土工程领域，特别涉及一种钢管混凝土空心支架及其施工方法。
【背景技术】
[0002]现有的地下工程支护方式中，钢管混凝土支架作为一种十分有效的支护结构，在新汶华丰煤矿、龙口北皂矿、邢台邢东矿、通化八宝矿、内蒙上海庙长城矿、淮南国投新集口孜东矿、神华宁煤清水营矿、甘肃平凉新安矿等矿的巷道、硐室或隧道支护中，其优良的支护性能已经在工程实际中的到了充分地检验。
[0003]但是，对于围岩压力大、变形量大、变形时间长、存在动压的隧道、地下油库、水封洞库和硐室，如果钢管混凝土支架没有抗震或让压功能，在支架与围岩相互作用过程中，当载荷超过支架的承载力时，支架就会失稳破坏而失去承载能力。尤其是在存在动压或者发生地震的情况下，钢管混凝土整体失稳的几率大大增加。而且现有的钢管混凝土支架消耗的混凝土往往较多，不利于降低成本。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供了一种钢管混凝土空心支架，能够提升钢管混凝土支架的抗震、让压变形和承受动力荷载的能力，且降低混凝土的使用量。
[0005]—方面，提供一种钢管混凝土空心支架，所述钢管混凝土空心支架包括:钢管构件、橡胶混凝土和连接所述钢管构件的连接套管，所述钢管混凝土空心支架上设有排气孔和注浆孔；
[0006]其中，所述钢管构件包括外支架钢管和空心的内支架钢管，所述外支架钢管和所述内支架钢管通过一或多个定位钢筋连接，以将所述外支架钢管和所述内支架钢管保持在同心的相对位置；
[0007]所述橡胶混凝土是以混凝土或水泥砂浆为基材，均匀掺入各种非连续的橡胶粉或橡胶颗粒而形成的水泥基复合材料，且置于所述钢管构件内的外支架钢管和内支架钢管之间。
[0008]可选地，所述内支架钢管的一端具有直径缩小段，另一端直径不变，使得连接钢管构件时将直径缩小段插入相邻的直径不变的一端。
[0009]可选地，所述定位钢筋包括第一种定位钢筋和第二定位钢筋;其中，第一种定位钢筋的一端焊接在内支架钢管直径缩小段与未缩小段的交界处，另一端焊接在外支架钢管边缘处;第二种定位钢筋的一端焊接在内支架钢管直径不变的一端，另一端焊接在外支架钢管边缘处。
[0010]可选地，所述外支架钢管的管壁厚度值在与待支护断面接触的位置处最大;所述外支架钢管的管壁厚度值在支架的内侧最小；最小与最大值的比值为1/2到4/5，管壁厚度由厚度值最大处到最小处厚度沿截面所在弧线线性减小。
[0011]可选地，所述外支架钢管的直径为8-30cm，内支架钢管与外支架钢管直径的比值为1/2-3/4;所述外支架钢管的最大管壁厚度值为6-20mm，所述外支架钢管的最小管壁厚度值为4-12_。其中，内支架钢管既可以是钢管，也可以是PVC塑料管，也可以是其他具有类似性能的管材。
[0012]可选地，所述内支架钢管的管壁厚度为2-12_，管壁厚度各处一致，所述的直径缩小段直径缩小的值为两倍的内支架钢管管壁厚度，直径缩小段的长度为10-40_。
[0013]可选地，所述混凝土为含有橡胶粉的橡胶混凝土，所述橡胶粉是通过在无水乙醇或氢氧化钠中浸泡并烘干而得到，粒径为300目到16目。
[0014]可选地，所述橡胶混凝土当中的橡胶粉重量所占比例为0.1-20%。
[0015]可选地，所述钢管混凝土空心支架还可包括用于监测所述钢管混凝土支架的应力和形变的传感器。本发明实施例在钢管混凝土空心支架上设置监测应力形变的传感器，应力形变的数据可通过数据通信传送至各种终端设备(例如，手机、电脑等)，以全程监控、分析钢管混凝土空心支架的受力和形变，预防钢管混凝土空心支架因应力和形变过大而发生倾覆、失稳等事故。
[0016]可选地，所述连接套管为截面为圆形的钢管，管壁厚度为4-12_，其内径比所述钢管构件的外径大，以保证所述钢管构件顺利插入连接，所述连接套管的长度为150mm-300mm，所述外支架钢管上设有限位钢圈，以防止所述连接套管的错动。
[0017]可选地，所述钢管混凝土空心支架的顶部留有圆形排气孔，直径为2-10mm，底部留有圆形注浆孔，所述排气孔和所述注浆孔在向支架钢管内空间灌注橡胶混凝土时协同工作，所述排气孔和所述注浆孔位于所述钢管混凝土空心支架的内侧。
[0018]可选地，所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔，所述第一孔与所述排气孔和注浆孔中的一个配合使用以通过供水管道向所述内支架钢管中注入水，所述第二孔与所述排气孔和注浆孔中的另一个配合使用以通过排水管道从所述内支架钢管中排出水，所述供水管道和所述排水管道为水供应循环系统的组成部分。
[0019]可选地，所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔，所述外支架钢管上设有与所述第一孔对应的第三孔以及与所述第二孔对应的第四孔，所述第一孔与所述第三孔配合使用以通过供水管道向所述内支架钢管中注入水，所述第二孔与所述第四孔配合使用以通过排水管道从所述内支架钢管中排出，所述供水管道和所述排水管道为水供应循环系统的组成部分水。
[0020]另一方面，提供一种应用上面所述的任一种钢管混凝土空心支架的施工方法，所述方法包括:
[0021]利用连接套管将钢管构件按照内支架钢管直径缩小一端插入直径不变一端的顺序依次连接，成为整体支架；
[0022]将连接好的通过固定锚杆将其安装到待支护断面上去；
[0023]通过注浆孔向空心钢管构件支架内灌注拌制均匀的橡胶混凝土，直至橡胶混凝土充满每一节钢管构件为止；
[0024]利用木塞封堵注浆孔和排气孔，至此空心钢管橡胶混凝土空心支架施工完毕。
[0025]可选地，所述方法还包括:
[0026]当所述传感器监测到所述钢管混凝土空心支架的应力超过应力阈值或形变超过形变阈值时，根据所述钢管混凝土空心支架的状态来增加锚杆支护和/或液压支架。
[0027]可选地，所述方法还包括:
[0028]在所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔时，通过水供应循环系统的供水管道向所述内支架钢管中注水，通过水供应循环系统的排水管道从所述内支架钢管中排出水。
[0029]本发明实施例提供的钢管混凝土空心支架及其施工方法，可应用于石油水封洞库、地下储油洞库、硐室、井筒支护和隧道中，将橡胶混凝土创新性地引入到了钢管混凝土支架支护技术中，由于橡胶混凝土的高阻尼比，使钢混支架在具备高强的支护能力的同时，抗震、让压变形和承受动力荷载的能力得到了大大提升，解决了钢混支架刚性过大的问题，大大降低了钢混支架脆性破坏的可能性。同时，钢管混凝土空心支架中的钢管构件包括外支架钢管和空心的内支架钢管，所述外支架钢管和所述内支架钢管通过一或多个定位钢筋连接，以将所述外支架钢管和所述内支架钢管保持在同心的相对位置，由于所述混凝土置于所述钢管构件内的外支架钢管和内支架钢管之间，而内支架钢管内并没有使用混凝土，因而能够降低混凝土的使用量。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是本发明实施例提供的钢管混凝土空心支架的整体结构示意图；
[0032]图2是本发明实施例提供的钢管构件的示意图；
[0033]图3为内支架钢管的直径缩小一端的详细视图；
[0034]图4是沿图2中的线AA截取的钢管构件的剖面图；
[0035]图5是定位钢筋的布置图；
[0036]图6是应用本发明提供的钢管混凝土支架的施工方法的流程图。
[0037]附图标记说明:
[0038]空心钢管构件I;连接套管2;橡胶混凝土3;内支架钢管4;注浆孔5;排气孔6;外支架钢管7;垂直定位钢筋8;斜定位钢筋9;内支架钢管直径缩小段10;内支架钢管直径不变段11;限位钢圈12;外支架钢管外侧管壁厚度最大处13;外支架钢管内侧管壁厚度最小处14。
【具体实施方式】
[0039]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0040]我国是世界上废橡胶产生量最大的国家之一，随着汽车工业的发展，中国现在每年报废轮胎已经达到每年一亿条以上，并且以每年15%的速度增长。废橡胶在自然条件下难降解，不仅占用土地、污染环境、破坏植物生长、存在火灾隐患，而且造成了巨大的资源浪费。我国非常重视废橡胶的处理与利用，但是无害化利用率偏低，约为60%。因此，进一步拓宽废橡胶的应用范围、加大废橡胶的利用效率是亟待解决的问题，对于缓解资源紧张、改善环境污染具有重大的社会和经济意义。
[0041]目前，我国废橡胶利用以生产再生胶为主，但再生胶生产过程复杂，生产能耗大，“三废”治理难，无法满足环保要求，欧美主要工业发达国家已经全面禁止再生胶的生产。废橡胶粉生产工艺简单，消耗能源少，不污染环境，成为发达国家利用废橡胶的主要方式。从长远看，废橡胶粉是非常有前途的产品，可以广泛应用于普通混凝土、沥青混凝土、防水材料以及其他建筑材料中，具有广阔的开发空间和利用前景。
[0042]橡胶混凝土是以混凝土或水泥砂浆为基材，均匀掺入各种非连续的橡胶粉或橡胶颗粒而形成的水泥基复合材料，是一种改性、环保的复合材料，其延性、抗裂性、抗渗性、减震阻尼性、保温隔热性和隔音降噪性等优于普通混凝土，橡胶主要通过物理力学作用改善混凝土内部结构，并不改变混凝土中各种材料本身的化学性能，因而不会破坏混凝土的耐久性。橡胶混凝土可大量消耗废橡胶，我国混凝土产量超过15亿m3，理论上Im3混凝土只须掺加0.8kg橡胶粉便可消化掉没有回收再生利用的废橡胶。废橡胶轮胎是一种由橡胶、炭黑、软化剂及硫化促进剂等多种材料组成的含交联结构的材料，所用的橡胶集料是废旧橡胶经粉碎机断裂其交联网状结构，产生的大量分子碎片颗粒，其表面呈惰性，根据粉碎后颗粒的大小，分为不同目数等级的橡胶粉。废橡胶资源丰富，价格低廉，利用其对混凝土进行改性是一种既简单又经济的方法。
[0043]本发明实施例提供一种钢管混凝土空心支架，所述钢管混凝土空心支架包括:钢管构件、橡胶混凝土和连接所述钢管构件的连接套管，所述钢管混凝土空心支架上设有排气孔和注浆孔;其中，所述钢管构件包括外支架钢管和空心的内支架钢管，所述外支架钢管和所述内支架钢管通过一或多个定位钢筋连接，以将所述外支架钢管和所述内支架钢管保持在同心的相对位置;所述橡胶混凝土是以混凝土为基材，均匀掺入各种非连续的橡胶粉或橡胶颗粒而形成的水泥基复合材料，且所述橡胶混凝土置于所述钢管构件内的外支架钢管和内支架钢管之间。
[0044]本发明实施例通过将橡胶混凝土引入到了钢管混凝土支架支护技术中，使得钢管混凝土支架在具备高强的支护能力的同时，大大提升抗震、让压变形和承受动力荷载的能力，解决了钢管混凝土支架刚性过大的问题，大大降低了钢管混凝土支架脆性破坏的可能性。同时，钢管混凝土空心支架中的钢管构件包括外支架钢管和空心的内支架钢管，所述外支架钢管和所述内支架钢管通过一或多个定位钢筋连接，以将所述外支架钢管和所述内支架钢管保持在同心的相对位置，由于所述混凝土置于所述钢管构件内的外支架钢管和内支架钢管之间，而内支架钢管内并没有使用混凝土，因而能够降低混凝土的使用量。
[0045]下面结合图1-5以橡胶混凝土为例对本发明实施例提供的钢管混凝土支架进行进一步阐释。
[0046]如图1-5所示的一种空心钢管混凝土支架包括:空心钢管构件1、橡胶混凝土3、连接套管2。空心钢管构件I通过连接套管2连接成为整体支架，利用固定锚杆将支架安装到待支护断面上，并向支架内灌注橡胶混凝土 3形成空心钢管橡胶混凝土支架。
[0047]所述的空心钢管构件I是由截面为圆形的两根同截面圆心的外支架钢管7和内支架钢管4组成，也就是说最终形成的是空心钢管橡胶混凝土支架，内支架钢管4、外支架钢管7通过垂直定位钢筋8和斜定位钢筋9固定其同心的相对位置;整体支架的形状可以为直墙半圆拱形、圆形、矩形、方形、马蹄形等，依据待支护断面形状而定。
[0048]所述外支架钢管7的直径为8-30cm，内支架钢管4与外支架钢管7直径的比值为I/
2-3/4;所述的外支架钢管7的管壁厚度值在与待支护断面接触的位置处13最大，为6-20mm;所述的外支架钢管的管壁厚度值在支架的内侧14最小，为4-12mm;最小与最大值的比值为1/2-4/5，管壁厚度由厚度值最大处13到最小处14厚度沿截面所在弧线线性减小。这样增强了钢管橡胶混凝土支架的抗弯折能力和外侧的抗拉强度。所述的外支架钢管7管壁厚度也可以是均匀一致的，数值为6-20_。
[0049]所述空心钢管构件I内支架钢管的管壁厚度为2_8mm，管壁厚度各处一致，内支架钢管4直径在其中一端头有直径缩小段10，另一端11直径不变;所述的直径缩小段10直径缩小的值为两倍的内支架钢管4管壁厚度，直径缩小段10的长度为10-40mm，这样在空心钢管构件I连接时便可将该构件I内钢管直径缩小段10插入相邻钢管橡胶混凝土构件内钢管直径未变化的一端U，以保证橡胶混凝土3的连续灌注，避免橡胶混凝土3溢入内支架钢管4内部。
[0050]所述的橡胶混凝土3是在普通混凝土内添加橡胶粉均匀搅拌而成，橡胶粉重量所占比例0.1%-20%。
[0051 ]所述的橡胶粉由废旧轮胎制成，其粒径为300目-16目，需通过在无水乙醇或氢氧化钠中浸泡并烘干，以去掉橡胶中的硬脂酸锌，从而增强橡胶颗粒与水泥砂浆的粘结能力，减少橡胶混凝土的开裂。
[0052]所述的空心钢管混凝土支架的顶部留有排气孔6，为圆形，直径2-10mm;底部留有注浆孔5，为圆形，注浆孔5的直径与注浆管的直径相匹配，排气孔6和注浆孔5在向支架内空间灌注橡胶混凝土3时协同工作。
[0053]所述的排气孔6和注浆孔5均位于钢管橡胶混凝土支架的内侧，这样的布置方式可以在确保顺利注浆的同时保证支架外侧足够的抗拉能力。
[0054]所述的连接套管2为截面为圆的钢管，管壁厚度为4_12mm，形状与被连接相邻空心钢管构件I匹配，内径比空心钢管构件I的外径稍大，能保证空心钢管构件I顺利插入连接即可;所述连接套管2的长度为150mm-300mm。
[0055]所述外支架钢管7外侧上焊有限位钢圈12，以避免连接套管2的错动。其中，限位钢圈可焊接到连接套管上。
[0056]所述的定位钢筋有两种，一种斜定位钢筋9是焊接在内支架钢管4直径缩小段10，共有2-6根钢筋，均匀分布，焊接方式一致，斜定位钢筋9 一端焊接在外支架钢管7边缘处，另一端焊接在内支架钢管4直径缩小段10与未缩小段的交界处;另一种垂直定位钢筋8是焊接在内支架钢管4直径未变化的一端11，共有2-6根钢筋，均匀分布，焊接方式一致，垂直定位钢筋8—端焊接在外支架钢管7边缘处，另一端焊接在内支架钢管4直径未变化一端11边缘处。两种定位钢筋的作用都是确保内支架钢管4和外支架钢管7同心的相对位置。
[0057]在本发明实施例中，可选地，所述钢管混凝土支架还可包括用于监测所述钢管混凝土支架的应力和形变(例如，上下或者两侧方面的形变)的传感器(图未示出)。所述传感器初始可设置一个安全的应力阈值和一个安全的形变阈值，并监测钢管混凝土支架的实时应力值和形变值。当实时应力值和形变值超过此应力阈值或形变阈值时，可触发警报装置发出警报声响。
[0058]当工作人员听到警报声时，即可得知钢管混凝土支架处于极限受力状态，此时，会采取增加锚杆支护、增加液压支柱等相应的补救手段，避免进一步的失稳。而当应力应变数据长时间处于稳定状态，则可证明支架已处于稳定工作的安全状态。
[0059]本发明实施例在钢管混凝土支架上设置监测应力形变的传感器，应力形变的数据可通过数据通信传送至各种终端设备(例如，手机、电脑等)，以全程监控、分析钢管混凝土支架的受力和形变，预防钢管混凝土支架因应力和形变过大而发生倾覆、失稳等事故。
[0060]在本发明实施例中，可选地，所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔，所述第一孔与所述排气孔和注浆孔中的一个配合使用以通过供水管道向所述内支架钢管中注入水，所述第二孔与所述排气孔和注浆孔中的另一个配合使用以在内支架钢管注满水时通过排水管道从所述内支架钢管中排出水。这样一来，可以利用外支架钢管的两个现有孔来与所述第一孔和第二孔配合，无需在外支架钢管上另外开设额外的孔。
[0061]在本发明实施例中，作为另一种实现方式，在所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔的情况下，可选地，所述外支架钢管上可设有与所述第一孔对应的第三孔以及与所述第二孔对应的第四孔。其中，所述第一孔与所述第三孔配合使用以通过供水管道向所述内支架钢管中注入水，所述第二孔与所述第四孔配合使用以通过排水管道从所述内支架钢管中排出水，所述供水管道和所述排水管道为水供应循环系统的组成部分。在注水过程中，若发现有水从所述内支架钢管通过排水管道排出，则可得知内支架钢管中水已注满。
[0062]在本发明实施例中，所述供水管道和所述排水管道可以为水供应循环系统的组成部分。由水供应循环系统通过供水管道向所述内支架钢管供水，从所述内支架钢管排出的水可通过排水管道重新回到水供应循环系统，水供应循环系统通过选择性地供应热水和冷水可以实现永久的供暖和制冷功能。
[0063]其中，第一孔和第二孔可设置在内支架钢管上的各种不同位置，这两孔越小越好，能够保证水正常进出即可。所述管道可以为各种材质的管子，例如软管、钢管等。
[0064]本发明实施例通过在内支架钢管中注入水，可实现冬天取暖、夏天制冷的功能。具体地，可在内支架钢管中通水，类似北方冬季取暖用的暖气功能，温度过低时通热水取暖，气温过高时通凉水制冷，从而方便作业人员。此外，可为多个空心支架配套冷、热水循环系统以实现这一功能。另外，在隧道、硐室、洞库内发生火灾时利用本发明，可在第一时间放出内支架钢管中循环的水，从而达到救灾的目的。
[0065]参照图6，本发明实施例提供的空心钢管混凝土支架的施工方法可以包括:
[0066]61、利用连接套管2将空心钢管构件I按照内支架钢管直径缩小一端10插入直径不变一端11的顺序依次连接，成为整体支架；
[0067]62、将连接好的空心钢管构件I组成的支架通过固定锚杆将其安装到待支护断面上去;
[0068]63、通过注浆孔5向空心钢管构件I支架内灌注拌制均匀的橡胶混凝土 3，直至橡胶混凝土 3充满每一节空心钢管构件I为止；
[0069]64、利用木塞封堵注浆孔5和排气孔6，至此空心钢管橡胶混凝土支架施工完毕。
[0070]可选地，所述施工方法还包括:当所述传感器监测到所述钢管混凝土支架的应力超过应力阈值或形变超过形变阈值时，根据所述钢管混凝土支架的状态来增加锚杆支护和/或液压支架。
[0071 ] 可选地，在上述步骤64之前，在所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔时，所述施工方法还包括:向所述内支架钢管中注水，待注水完成后，封闭所述第一孔和所述第二孔。
[0072]本发明实施例提供的空心钢管橡胶混凝土支架及其施工方法的优点可包括:
[0073](I)本发明相对于实心钢管混凝土支架可以节省大量的混凝土，降低了支架的成本。
[0074](2)将橡胶混凝土创新性地引入到了空心钢管混凝土支架支护技术中，由于橡胶混凝土的高阻尼比，使钢混支架在具备高强的支护能力的同时，抗震、让压变形和承受动力荷载的能力得到了大大提升，解决了空心钢混支架刚性过大的问题，大大降低了钢混支架脆性破坏的可能性；
[0075](3)利用橡胶混凝土取代钢混支架中的普通混凝土，钢管为橡胶混凝土提供紧箍力，使得橡胶粉与混凝土提相容性不好的问题得到极大程度的改善；
[0076](4)使用橡胶粉而不是橡胶粒，在一定程度上解决了橡胶粒混凝土橡胶粒上浮与分布不均的问题；
[0077](5)本发明拓展了橡胶粉在土木工程中的应用，进一步，为解决目前废旧橡胶轮胎污染严重的问题做出了贡献；
[0078](6)本发明采用的外支架钢管为厚度可变的钢管，提高了钢混支架的抗弯折破坏的能力，同时也节省了钢材的用量；
[0079]需要说明的是:上述实施例提供的钢管混凝土支架与其施工方法实施例属于同一构思，它们之间也相互参照，这里冗余内容不再赘述。
[0080]需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0081]需要说明的是，在本文中，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。
[0082]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0083]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述钢管混凝土空心支架包括:钢管构件、橡胶混凝土和连接所述钢管构件的连接套管，所述钢管混凝土空心支架上设有排气孔和注浆孔； 其中，所述钢管构件包括外支架钢管和空心的内支架钢管，所述外支架钢管和所述内支架钢管通过一或多个定位钢筋连接，以将所述外支架钢管和所述内支架钢管保持在同心的相对位置； 所述橡胶混凝土是以混凝土或水泥砂浆为基材，均匀掺入各种非连续的橡胶粉或橡胶颗粒而形成的水泥基复合材料，且置于所述钢管构件内的外支架钢管和内支架钢管之间； 所述内支架钢管的一端具有直径缩小段，另一端直径不变，使得连接钢管构件时将直径缩小段插入相邻的直径不变的一端； 所述定位钢筋包括第一种定位钢筋和第二定位钢筋； 其中，第一种定位钢筋的一端焊接在内支架钢管直径缩小段与未缩小段的交界处，另一端焊接在外支架钢管边缘处； 第二种定位钢筋的一端焊接在内支架钢管直径不变的一端，另一端焊接在外支架钢管边缘处。2.根据权利要求1所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述外支架钢管的管壁厚度值在与待支护断面接触的位置处最大；所述外支架钢管的管壁厚度值在支架的内侧最小;最小与最大值的比值为1/2到4/5，管壁厚度由厚度值最大处到最小处厚度沿截面所在弧线线性减小。3.根据权利要求1所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述外支架钢管的直径为8-30cm，内支架钢管与外支架钢管直径的比值为1/2-3/4;所述外支架钢管的最大管壁厚度值为6_20mm，所述外支架钢管的最小管壁厚度值为4-12mm。4.根据权利要求1所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述内支架钢管的管壁厚度为2-12mm，管壁厚度各处一致，所述的直径缩小段直径缩小的值为两倍的内支架钢管管壁厚度，直径缩小段的长度为10-40mm。5.根据权利要求1所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述橡胶混凝土为含有橡胶粉的橡胶混凝土，所述橡胶粉是通过在无水乙醇或氢氧化钠中浸泡并烘干而得到，粒径为300目到16目，所述橡胶混凝土当中的橡胶粉重量所占比例为0.1-20%。6.根据权利要求1所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述钢管混凝土空心支架还包括用于监测所述钢管混凝土空心支架的应力和形变的传感器。7.根据权利要求1所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述连接套管为截面为圆形的钢管，管壁厚度为4-12mm，其内径比所述钢管构件的外径大，以保证所述钢管构件顺利插入连接，所述连接套管的长度为150_-300_，所述外支架钢管上设有限位钢圈，以防止所述连接套管的错动。8.根据权利要求7所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述钢管混凝土空心支架的顶部留有圆形排气孔，直径为2-10mm，底部留有圆形注浆孔，所述排气孔和所述注浆孔在向支架钢管内空间灌注橡胶混凝土时协同工作，所述排气孔和所述注浆孔位于所述钢管混凝土空心支架的内侧。9.根据权利要求1所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔，所述第一孔与所述排气孔和注浆孔中的一个配合使用以通过供水管道向所述内支架钢管中注入水，所述第二孔与所述排气孔和注浆孔中的另一个配合使用以通过排水管道从所述内支架钢管中排出水，所述供水管道和所述排水管道为水供应循环系统的组成部分。10.根据权利要求1所述的钢管混凝土空心支架，其特征在于，所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔，所述外支架钢管上设有与所述第一孔对应的第三孔以及与所述第二孔对应的第四孔，所述第一孔与所述第三孔配合使用以通过供水管道向所述内支架钢管中注入水，所述第二孔与所述第四孔配合使用以通过排水管道从所述内支架钢管中排出水，所述供水管道和所述排水管道为水供应循环系统的组成部分。11.一种应用权利要求1-8任一所述的钢管混凝土空心支架的施工方法，其特征在于，所述方法包括: 利用连接套管将钢管构件按照内支架钢管直径缩小一端插入直径不变一端的顺序依次连接，成为整体支架； 将连接好的通过固定锚杆将其安装到待支护断面上去； 通过注浆孔向空心钢管构件支架内灌注拌制均匀的橡胶混凝土，直至橡胶混凝土充满每一节钢管构件为止； 利用木塞封堵注浆孔和排气孔，至此钢管橡胶混凝土空心支架施工完毕。12.根据权利要求11所述的施工方法，其特征在于，所述方法还包括: 当所述传感器监测到所述钢管混凝土空心支架的应力超过应力阈值或形变超过形变阈值时，根据所述钢管混凝土空心支架的状态来增加锚杆支护和/或液压支架。13.根据权利要求11所述的施工方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述内支架钢管上设有第一孔和第二孔时，通过水供应循环系统的供水管道向所述内支架钢管中注水，通过水供应循环系统的排水管道从所述内支架钢管中排出水。
【文档编号】E21D11/10GK106014450SQ201610533640
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】张仕林, 李成刚, 李廷春
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油工程建设公司, 中国石油天然气华东勘察设计研究院岩土工程处