长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，由初期支护钢架和超前支护钢骨架构成，初期支护钢架由多榀拱架组成，拱架通过锚固在隧道壁上的锁脚锚杆和螺母固定连接；相邻拱架之间通过纵向连接拉杆和螺母固定连接；所述超前支护钢骨架包括多根前伸并灌浆锚固的无缝钢管形成管棚结构，每根无缝钢管对应一灌浆孔，多个灌浆孔沿隧道控制轮廓线的上部和左右帮分布成两排，两排灌浆孔相互错位，且无缝钢管在遇煤层时具有穿出煤层的部分，超前支护钢骨架还包括沿隧道壁向外倾斜40～50°插入岩层或煤层并灌浆锚固的多根花管结构的超前小导管。本实用新型的有益效果是，可有效减少隧道掘进动火频次及时间，隧道掘进安全，煤系地层通过快速。
【专利说明】
长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种瓦斯突出隧道掘进支护结构，特别是一种长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构。
【背景技术】
[0002]随着我国交通事业的发展，穿越含瓦斯地层修筑隧道的情况越来越多，高瓦斯隧道数量也在不断增加。虽然目前国内施工的瓦斯隧道多以高瓦斯为主，但存在瓦斯突出、有瓦斯突出现象的较少，一般采用常规煤矿巷道掘进的办法，施工速率低，工期较长。据不完全统计，国内涉及有煤与瓦斯突危险的隧道有发耳公路隧道、乌蒙山铁路隧道等，但未完全形成一套关于煤与瓦斯突隧道施工的工艺方法，国外瓦斯隧道施工可借鉴的经验较少。传统施工初期支护拱架连接通常采用电焊焊接，在焊接工作地点前后各20m范围内，风流中瓦斯浓度不得大于0.5%，并不得有可燃物，作业点应至少配备2个供水阀门和灭火器，并在作业完成前必须由专人检查，确认无残火后方可结束作业。作业完成后喷水浇洒，并观察lh。该施工方法费时费力，而且不能完全保证施工安全及施工人员的人身安全。为此，需要对支护结构进行改进，以形成初期支护的无焊连接，减少隧道掘进动火频次及时间，为隧道安全、快速通过煤系地层提供保障。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，以减少隧道掘进动火频次及时间，为隧道安全、快速通过煤系地层提供保障。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]—种长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，由初期支护钢架和超前支护钢骨架构成，初期支护钢架由多榀拱架组成，拱架通过锚固在隧道壁上的锁脚锚杆和螺母固定连接；相邻拱架之间通过纵向连接拉杆和螺母固定连接;所述超前支护钢骨架包括多根前伸并灌浆锚固的无缝钢管形成管棚结构，每根无缝钢管对应一灌浆孔，多个灌浆孔沿隧道控制轮廓线的上部和左右帮分布成两排，两排灌浆孔相互错位，且无缝钢管在遇煤层时具有穿出煤层的部分。
[0006]采用上述技术方案的本实用新型，通过初期支护钢架和超前支护钢骨架形成隧道掘进的初期和超前支护，超前支护钢骨架通过水泥浆锚固对煤层或岩层形成加固结构，确保掘进安全，初期支护钢架为煤体或岩体掘开后对隧道形成初期支护，并可通过后期的加固方式形成永久支护的组成部分，初期支护钢架通过锚固或螺栓螺母连接方式固定。因此，超前支护钢骨架和初期支护钢架均不需动火焊接，满足瓦斯突出的隧道施工安全性要求。
[0007]优选的，所述灌浆孔孔径为89mm，灌浆孔的孔口与煤层之间的垂直距离为1.5?2.5m，灌浆孔的孔口段内还设灌浆管，两排灌浆孔之间的排间距为0.25?0.40m;所述无缝钢管的公称通径为50mm，无缝钢管在遇煤层时具有穿出煤层至少1.0m的部分。以使超前支护钢骨架能够具有足够的加固强度，确保对煤层或岩层形成加固牢固，以形成安全性高的掘进环境。
[0008]优选的，所述拱架的外壁面上焊接有连接构件，连接构件上设有穿过所述纵向连接拉杆一端的连接孔，纵向连接拉杆两端分别通过螺合并对所述连接构件形成夹持的两个螺母与连接构件固定连接。以确保连接方便性和牢固性。
[0009]进一步优选的，所述连接构件由不等边角钢构成，该不等边角钢的宽边与所述拱架焊接;所述连接孔设在所述不等边角钢的窄边上。进一步确保连接牢固性。
[0010]优选的，所述拱架由工字钢制成的多个节段拼接形成拱壁段和墙壁段，相邻节段之间通过分别焊接固定在对应节段端部的接头连接钢板由螺栓螺母固定连接。以确保拱架制作的方便性和连接牢固性，并形成良好的支护强度。
[0011]进一步优选的，所述拱壁段的拱脚部和墙壁段的墙脚部均焊接有锁脚连接钢板，锁脚连接钢板两端分别设有一锁脚连接孔;所述锁脚锚杆由一端螺合并对锁脚连接钢板形成夹持的两个螺母与锁脚连接钢板固定连接。确保锁脚锚杆与拱架形成方便和牢固的连接。
[0012]优选的，所述超前支护钢骨架还包括沿隧道壁向外倾斜40?50°插入岩层或煤层并灌浆锚固的多根花管结构的超前小导管，超前小导管尾端与紧邻的所述拱架焊接固定，超前小导管前端呈封闭的尖锥状，超前小导管管壁上形成的任一浆液出口距尾端管口不小于350mm。超前小导管通过预钻孔打入煤体或岩体内，然后灌浆与煤体或岩体固结，以在初期支护钢架形成阶段对煤体或岩体形成进一步加固，减少初期支护钢架的负荷；同时，超前小导管通过尾部与初期支护钢架焊接固定可进一步提高隧道初期支护和后期永久支护的牢固性，确保隧道掘进和使用安全，为后期永久支护的牢固性提供保障。
[0013]进一步优选的，所述超前小导管尾部焊接有钢筋箍，超前小导管还通过尾部与所述初期支护钢架焊接固定。钢筋箍可有效防止超前小导管口部被冲击破裂，进一步确保煤体或岩体固化强度。
[0014]本实用新型与现有技术相比的有益效果是，可有效减少隧道掘进动火频次及时间，隧道掘进安全，隧道煤系地层通过快速。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的结构示意图。
[0016]图2是本实用新型中灌浆孔的孔口分布示意图。
[0017]图3是本实用新型中灌浆孔深度示意图。
[0018]图4是本实用新型中超前支护钢骨架的部分结构示意图。
[0019]图5是本实用新型中超前小导管的分布示意图。
[0020]图6是本实用新型中超前小导管的结构示意图。
[0021]图7是本实用新型中同一拱架相邻节段间的连接结构示意图。
[0022]图8是本实用新型中相邻拱架间的连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施范围之中。
[0024]参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8，一种长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，由初期支护钢架和超前支护钢骨架构成，初期支护钢架由多榀拱架I组成，拱架I通过锚固在隧道壁上的锁脚锚杆2和螺母固定连接;相邻拱架I之间通过纵向连接拉杆3和螺母固定连接，同一拱架I上的相邻纵向连接拉杆3间距1.0?1.5m;超前支护钢骨架包括多根前伸并灌浆锚固的无缝钢管4形成管棚结构，每根无缝钢管4对应一灌浆孔5，多个灌浆孔5沿隧道控制轮廓线的上部和左右帮分布成两排，两排灌浆孔5相互错位，且无缝钢管4在遇煤层时具有穿出煤层至少1.0m的部分。其中，灌浆孔5孔径为89mm，灌浆孔5的孔口与煤层之间的垂直距离为1.5?2.5m，灌浆孔5中心沿隧道壁向外倾斜5?10°，灌浆孔5的孔口段内还设灌浆管7;两排灌浆孔5之间的排间距为0.25?0.40m，同一排中相邻灌浆孔5间距0.6?
0.Sm;无缝钢管4的公称通径为50mm，无缝钢管4前端设有回浆孔4a，无缝钢管4尾部搭接在拱架I上;超前支护钢骨架还包括沿隧道壁向外倾斜40?50°插入岩层或煤层并灌浆锚固的多根花管结构的超前小导管10，多根超前小导管10呈扇形的分布在隧道的上拱部，超前小导管10采用外径42mm及壁厚3.5mm的热乳无缝钢管制作，超前小导管10尾端与紧邻的拱架I焊接固定，超前小导管10前端呈封闭的尖锥状，超前小导管10管壁上的多个浆液出口 1a呈梅花形分布，相邻浆液出口 1a的轴向间距150?200mm，任一浆液出口 1a距尾端管口不小于350mm。超前小导管10尾部焊接有直径8mm钢筋构成的钢筋箍11，超前小导管10还通过尾部与所述初期支护钢架焊接固定。
[0025]其中，拱架I由工字钢制成的多个节段Ia拼接形成拱壁段和墙壁段，相邻节段Ia之间通过分别焊接固定在对应节段Ia端部的接头连接钢板Ib由螺栓螺母固定连接;拱壁段的拱脚部和墙壁段的墙脚部均焊接有锁脚连接钢板9，锁脚连接钢板9两端分别设有一锁脚连接孔;锁脚锚杆2由一端螺合并对锁脚连接钢板9形成夹持的两个螺母与锁脚连接钢板9固定连接。拱架I的外壁面上焊接有连接构件8，连接构件8上设有穿过所述纵向连接拉杆3—端的连接孔，纵向连接拉杆3两端分别通过螺合并对所述连接构件8形成夹持的两个螺母与连接构件8固定连接。连接构件8由不等边角钢构成，该不等边角钢的宽边与所述拱架I焊接;连接孔设在所述不等边角钢的窄边上。
[0026]本实用新型在用于隧道掘进时，采用台阶法掘进，在掘进掌子面前先做超前支护钢骨架的灌浆孔4和无缝钢管4，然后灌浆固化，在遇松软岩层或煤层时，还应先对松软层进行钻孔灌浆，对松软层进行固化处理;在掘出掌子面后，做初期支护钢架中拱架I的拱壁段的拱部和拱脚，然后进行超前小导管10的施工及拱架I的墙壁段施工，二者可交叉进行。其现场动火焊接的部分只有超前小导管10的对应拱架I，其动火频次低，隧道掘进安全性好。
[0027]以上虽然结合了附图描述了本实用新型的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本实用新型的范围和意图之内的。
【主权项】
1.一种长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，其特征在于，由初期支护钢架和超前支护钢骨架构成，初期支护钢架由多榀拱架(I)组成，拱架(I)通过锚固在隧道壁上的锁脚锚杆(2)和螺母固定连接;相邻拱架(I)之间通过纵向连接拉杆(3)和螺母固定连接;所述超前支护钢骨架包括多根前伸并灌浆锚固的无缝钢管(4)形成管棚结构，每根无缝钢管(4)对应一灌浆孔(5)，多个灌浆孔(5)沿隧道控制轮廓线的上部和左右帮分布成两排，两排灌浆孔(5)相互错位，且无缝钢管(4)在遇煤层时具有穿出煤层(6)的部分。2.根据权利要求1所述的长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，其特征在于，所述灌浆孔(5)孔径为89mm，灌浆孔(5)的孔口与煤层之间的垂直距离为1.5?2.5m，灌浆孔(5)的孔口段内还设灌浆管(7)，两排灌浆孔(5)之间的排间距为0.25?0.40m;所述无缝钢管(4)的公称通径为50_，无缝钢管(4)在遇煤层时具有穿出煤层至少1.0m的部分。3.根据权利要求1所述的长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，其特征在于，所述拱架(I)的外壁面上焊接有连接构件(8 )，连接构件(8)上设有穿过所述纵向连接拉杆(3)—端的连接孔，纵向连接拉杆(3)两端分别通过螺合并对所述连接构件(8)形成夹持的两个螺母与连接构件(8 )固定连接。4.根据权利要求3所述的长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，其特征在于，所述连接构件(8)由不等边角钢构成，该不等边角钢的宽边与所述拱架(I)焊接;所述连接孔设在所述不等边角钢的窄边上。5.根据权利要求1?4中任意一项权利要求所述的长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，其特征在于，所述拱架(I)由工字钢制成的多个节段(Ia)拼接形成拱壁段和墙壁段，相邻节段(Ia)之间通过分别焊接固定在对应节段(Ia)端部的接头连接钢板(Ib)由螺栓螺母固定连接。6.根据权利要求5所述的长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，其特征在于，所述拱壁段的拱脚部和墙壁段的墙脚部均焊接有锁脚连接钢板(9)，锁脚连接钢板(9)两端分别设有一锁脚连接孔;所述锁脚锚杆(2)由一端螺合并对锁脚连接钢板(9)形成夹持的两个螺母与锁脚连接钢板(9)固定连接。7.根据权利要求1?4中任意一项权利要求所述的长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，其特征在于，所述超前支护钢骨架还包括沿隧道壁向外倾斜40?50°插入岩层或煤层并灌浆锚固的多根花管结构的超前小导管(10)，超前小导管(10)尾端与紧邻的所述拱架(I)焊接固定，超前小导管(10)前端呈封闭的尖锥状，超前小导管(10)上任一浆液出口(1a)距尾端管口不小于350mm。8.根据权利要求7所述的长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，其特征在于，所述超前小导管(10)尾部焊接有钢筋箍(11)。
【文档编号】E21D11/00GK205477642SQ201620188615
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】邹永红, 曹美俊, 王强, 李林林, 王江, 代黔彪, 李兆奎, 葛仲元
【申请人】中铁十八局集团有限公司, 中铁十八局集团隧道工程有限公司