一种隧道式锚碇钢拱架及其制作方法与流程

本发明涉及土木建筑工程领域，特别是一种隧道式锚碇钢拱架及其制作方法。

背景技术：

1、山区大跨径悬索桥的锚碇型式主要有重力式锚碇、隧道式锚碇和岩孔锚碇等，而隧道式锚碇因工程量小、经济节约、安全系数高、节地环保等优点而被广泛使用。隧道式锚碇（简称隧道锚）的施工结构不同于一般的隧道，也不同于隧道辅助坑道斜井，隧道式锚碇是将主缆中的大部分拉力直接传递给周围山体的基岩，隧道锚周边岩体和锚体一起承受主缆传递的拉力。隧道式锚碇由锚室结构、锚塞体结构及散索鞍支墩结构组成，锚塞体段一般采用新奥法施工，结构断面开挖后需要及时架设钢拱架和喷射混凝土进行初期支护，如图1；待洞身开挖完成后向锚塞体段填充混凝土，从而形成锚塞体。隧道式锚碇主要由锚塞体自重、接触面剪力、接触面摩擦力、以及楔形体夹持效应等几部分提供主缆抗拉拔力；其中接触面剪力与摩擦力的发挥，需要锚塞体与围岩密贴。

2、目前，为使围岩支护具有较高的结构刚度，隧道锚开挖初期支护的钢拱架通常采用i22a工字型钢，钢架尺寸较大，如图2。现场施工时，如图3所示，工字钢翼缘与围岩之间为面接触，容易存在较小空隙、不能被喷射混凝土填充密实，导致钢拱架与围岩接触不密贴，进而影响接触面抗剪能力与摩擦力，降低了锚塞体抵抗拉拔力的可靠性。

3、此外，由于隧道锚的结构断面具有洞内坡度大、断面变化频繁等特点，施工的钢拱架需要在现场根据实际工况的变截面大小进行制作。工字钢截面弯曲刚度大，现场进行弯曲加工难度大，通常需要采用火煨等方式，加工效率低，且弯曲后外弧翼缘容易变形，现场钢架制作精度难以保证。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术中隧道式锚碇初期支护的钢拱架采用工字型钢，存在现场制作难度大，且钢拱架与围岩接触不密贴的问题，提供一种隧道式锚碇钢拱架及其制作方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种隧道式锚碇钢拱架，包括t型钢架和加强连接件，所述t型钢架包括翼缘板和垂直连接于所述翼缘板上的腹板，所述腹板的外缘（即远离翼缘板的一侧）呈波浪形设置，所述t型钢架朝向翼缘板侧弯曲设置，所述腹板的波峰通过所述加强连接件连接于一体；所述加强连接件沿所述腹板的顶面（即波峰的外缘处）弯曲设置，所述加强连接件与围岩线接触。

4、上述隧道式锚碇钢拱架，通过采用具有波浪形腹板的t型钢架，能够在腹板波谷和腹板波峰之间形成具有较大差异的截面弯曲刚度，腹板波谷处的断面刚度小，更易于朝向翼缘板侧实现弯折加工，不必采用火煨等效率较低的现场加工方法；在此基础上，通过采用与围岩线接触的加强连接件设置在腹板顶面，一方面将腹板上具有较小刚度的波峰连接于一体，提高t型钢架的整体刚度，以满足初衬支护刚度要求，另一方面能有效避免钢拱架与初喷砼接触不密贴的问题，利于有效传递界面的粘聚力与摩擦力，确保锚塞体抵抗拉拔力的可靠性。

5、作为本发明的优选方案，所述加强连接件采用加强钢筋，结构强度大，加工方便且成本低；还可采用混凝土钢管或下弯的弧形板等结构形式，同样可实现与围岩线接触，保证钢拱架与初喷砼接触密贴。

6、作为其它可实施方案，将所述加强连接件设置于所述腹板的顶面且所述加强连接件与围岩线接触，替换为：所述加强连接件设置于所述腹板的侧面，所述加强连接件的设置高度低于所述腹板的顶面高度。通过腹板与围岩实现线接触，有效避免钢拱架与初喷砼接触不密贴的问题，同时也可保证钢拱架具有足够刚度进行初支。设置于腹板侧面的加强连接件可以是直线型的、弯曲型的、杆件型的、板状结构等形式的。

7、作为本发明的优选方案，钢拱架还包括支撑加劲肋，所述支撑加劲肋对称设于所述腹板的两侧，所述支撑加劲肋一体连接所述腹板和所述翼缘板。支撑加劲肋的设置能够支撑腹板使实现自身稳定；为防止结构干涉，支撑加劲肋上可相应设有缺口以用于容纳和承接加强钢筋。

8、作为本发明的优选方案，上述钢拱架还包括穿孔钢筋，所述翼缘板上设有若干开孔，所述穿孔钢筋焊接于所述支撑加劲肋上并从所述开孔处穿出。穿孔钢筋的设置用于加强初期支护与二衬混凝土的连接。

9、本发明还提供一种隧道式锚碇钢拱架的制作方法，包括以下步骤：

10、s1.将工字钢在腹板处沿纵向以波浪形切割成两半，形成两块具有多个齿状结构的t型钢架；

11、s2.将所述t型钢架朝向翼缘板侧弯曲；

12、s3.在所述腹板的顶面焊接加强连接件，所述加强连接件能够与围岩线接触，或者在所述腹板的至少一侧面上焊接加强连接件；所述加强连接件将多个所述齿状结构（即波峰）连接于一体。

13、采用上述隧道式锚碇钢拱架的制作方法，切割成型后腹板波谷处的断面刚度小，易于弯折加工，不必采用火煨等效率较低的现场加工方法，所制得的钢拱架能够满足初衬支护刚度要求，也能有效避免钢拱架与初喷砼接触不密贴的问题。

14、作为本发明的优选方案，所述加强连接件沿所述t型钢架连续设置且与所述t型钢架同向弯曲。当所述加强连接件设置于腹板侧面时，所述加强连接件也可以不连续设置，比如采用搭接、对接或多段式间隔设置，可采用直线型的构件也可采用曲线形状的构件；当所述加强连接件设置于腹板顶面，应同t型钢架的弯曲幅度一致、与开挖变截面的拱形相适应。

15、作为本发明的优选方案，所述加强连接件为加强钢筋。

16、作为本发明的优选方案，还包括步骤s4：在所述腹板侧面沿纵向间隔设置若干道支撑加劲肋，所述支撑加劲肋一体连接所述腹板和所述翼缘板，利于提高钢拱架的施工稳定性。当所述加强连接件设置于腹板顶面时，所述支撑加劲肋应与所述加强连接件的顶部位置齐平；当所述加强连接件设置于腹板侧面时，所述支撑加劲肋应与所述腹板的外缘位置齐平。

17、作为本发明的优选方案，在所述步骤s4中，将所述支撑加劲肋对称焊接于所述腹板的两侧，且所述支撑加劲肋分别与所述腹板和翼缘板垂直焊接，受力性能好，所述支撑加劲肋设有承接所述加强连接件的缺口，利于实现结构紧凑。

18、进一步地，作为本发明的优选方案，上述制作方法还包括步骤s5：在所述支撑加劲肋上焊接穿孔钢筋，所述穿孔钢筋从所述翼缘板处穿出，用于加强与二衬混凝土的连接。

19、作为本发明的优选方案，当所述加强连接件设置于所述腹板的侧面时，将所述加强连接件对称设置于所述腹板的两侧，且将所述加强连接件的顶部低于所述腹板的顶面设置。

20、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

21、1、采用本发明所提供的一种隧道式锚碇钢拱架，易于实现弯折加工，现场制作难度小，制作效率高，而且能有效避免钢拱架与初喷砼接触不密贴的问题，利于有效传递界面的粘聚力与摩擦力，从而确保锚塞体抵抗拉拔力的可靠性。

22、2、采用本发明所提供的一种隧道式锚碇钢拱架，施工时喷射混凝土能够填充于波浪形腹板的波谷处，加强了钢拱架和喷射混凝土的连接，利于提高钢拱架的抗压能力，从而更好支撑围岩收敛变形。

23、3、采用本发明所提供的一种隧道式锚碇钢拱架的制作方法，降低了钢拱架现场弯折加工难度，制作效率高，所制得的钢拱架满足初衬支护的刚度要求，且能有效避免钢拱架与初喷砼接触不密贴的问题，利于有效传递界面的粘聚力与摩擦力从而确保锚塞体抵抗拉拔力的可靠性。