专利名称：矿山隧道新型支护结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道支护结构及其施工方法，特别是一种用于矿山隧道开挖的新型隧道支护结构及其施工方法。
背景技术：
矿山隧道等地下工程的隧道开挖后，为了有效的约束和控制围岩变形，加强围岩的稳定性，保证施工安全，均需要施作必要的支护结构。目前用于软弱破碎围岩地段的支护方法一般均为新奥法施工，新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。复合式支护是以新奥法理论作为指导的一种现代支护结构，主要使用喷锚支护作为初期支护，模拟混凝土作为二次支护的一种组合支护结构，一般等待初期支护后围岩的变形基本稳定后，再进行二次支护。复合式支护施工方法中，围岩的初期变形压力主要的受力部分为初期支护，但是当开挖通过地应力比较复杂的软岩破碎地段时，由于应力释放引起围岩碎胀变形，且变形量大、速度快、持续时间久，仅仅依靠初期支护不足以抑制围岩变形的发展，容易发生支护破坏开裂，造成严重的破损，失稳造成坍塌的事故的也不在少数，需要二次支护承受较大部分的后期围岩形变压力。这时二次支护就不再是单纯的缓冲结构，将承受荷载成为有效降低围岩应力的一部分有效支护结构，所以二次支护的加强是避免复杂地质条件下软弱围岩隧道大变形造成的围岩塌方、支护结构破坏、拱架拆换等问题的关键。目前的二次支护一般设置有二次支护锚杆，二次型钢钢架，二次支护钢筋网片最后喷射二次混凝土，而锚杆与型钢架之间、型钢钢架之间整体性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿山隧道新型支护结构及其施工方法，解决目前的二次支护中锚杆与型钢钢架之间、型钢钢架之间整体性较差的技术问题，解决复杂地质条件下软弱围岩隧道大变形易造成围岩塌方、支护结构破坏、拱架拆换等技术问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种矿山隧道新型支护结构，是由初期支护和二次支护组成的多层支护结构，其中二次支护包括二次支护锚杆、二次支护钢筋网片、型钢钢架和二次喷射混凝土，二次支护钢筋网片的外侧紧贴初期支护，内侧紧贴沿围岩间隔设置的型钢钢架上，前后相邻的两个型钢钢架之间还焊有加强背板，每个型钢钢架上均焊有若干锚杆吊环，所述锚杆吊环的内径大于二期支护锚杆的外径，二期支护锚杆穿过锚杆吊环将二次支护钢筋网片锚固在围岩上，所述二次支护锚杆、二次支护钢筋网片、型钢钢架、加强背板和锚杆吊环通过二次喷射混凝土形成一体。所述锚杆吊环可间隔对称焊接或间隔交错焊接在型钢钢架的两侧边缘。
所述初期支护可包括初期支护锚杆、初期支护钢筋网片和初期喷射混凝土，其中初期支护钢筋网片覆盖围岩表面，初期支护钢筋网片由锚入围岩中的初期支护锚杆连接固定，两者通过初期喷射混凝土形成一体。所述型钢钢架可为双轴对称工字钢或单轴对称工字钢。所述加强背板可为角钢、槽钢或钢管，每两个前后相邻的型钢钢架之间设置三块以上。所述二次喷射混凝土的厚度可为100mm-200mm。所述初期喷射混凝土的厚度可为30mm-50mm。所述型钢钢架为拱形，其两底端之间可连接横向底梁，将型钢钢架连接为闭环结构，所述横向底梁可为双轴对称工字钢、单轴对称工字钢或槽钢。这种矿山隧道新型支护结构的施工方法，步骤如下
步骤一、开挖围岩，排除松动岩块等危险后，施做初期支护，先用初期支护锚杆将初期支护钢筋网片沿围岩表面固定；
步骤二、在初期支护钢筋网片外露面施做初期喷射混凝土，将初期支护构件与围岩固定成一体；
步骤三、施做二期支护先将二次支护钢筋网片在初期支护外露面定位；
步骤四、将各型钢钢架在二次支护钢筋网片外露面定位；
步骤五、在前后相邻的两个型钢钢架之间焊接至少三道加强背板；
步骤六、在型钢钢架的两侧边缘间隔焊接锚杆吊环；
步骤七、将二次支护锚杆顺序穿过锚杆吊环、二次支护钢筋网片的网眼和初期支护，将二次支护钢筋网片锚固在围岩上；
步骤八、施做二次喷射混凝土将所有支护构件连接成整体。所述步骤四或步骤五之后，可在所述型钢钢架的两底端之间连接横向底梁，将型钢钢架连接为闭环结构。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果
本发明在型钢钢架上设置二次支护锚杆的吊环，型钢钢架之间使用加强背板连接，克服了传统二次支护中锚杆与型钢钢架之间、型钢钢架之间整体性较差的技术问题，使整个二次支护的受力保持一致，增强结构整体性和对围岩的承载能力。本发明在隧道两侧的型钢钢架底部设置底梁，底梁将两个型钢钢架连接为一体，增加了型钢钢架对围岩的承载能力。本发明解决了复杂地质条件下软弱围岩隧道大变形易造成围岩塌方、支护结构破坏、拱架拆换等技术问题，由初期支护和新型二次支护形成的复合式支护结构，稳定性可靠性更强，其与周围破碎的岩体形成一个有机整体，有效降低围岩应力，确保了施工的安全和施工进度。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。图1是本发明支护结构的示意图。图2是图1中隧道顶部支护结构中A-A剖面的局部结构示意图。图3是图1中隧道边墙B方向的二次支护结构示意图。附图标记1 一初期支护锚杆、2 —初期支护钢筋网片、3 —初期喷射混凝土、4 —二次支护钢筋网片、5 —二期支护锚杆、6 —型钢钢架、6.1 一型钢钢架a、6. 2 一型钢钢架b、7 一加强背板、8 —锚杆吊环、9 一横向底梁、10 —二次喷射混凝土。
具体实施例方式实施例参见图1-2所示，一种矿山隧道新型支护结构，是由初期支护和二次支护组成的多层支护结构，初期支护包括初期支护锚杆1、初期支护钢筋网片2和初期喷射混凝土 3，其中初期支护钢筋网片2覆盖围岩表面，初期支护钢筋网片2由锚入围岩中的初期支护锚杆I连接固定，两者通过初期喷射混凝土 3形成一体，初期喷射混凝土 3厚度可为30mm-50mmo
初期支护结构的主要作用初期支护结构与破碎的围岩形成一个整体，可以充分利用围岩的自承能力在短时间内来抵抗围岩顶部传来的压力。二次支护包括二次支护锚杆5、二次支护钢筋网片4、型钢钢架6和二次喷射混凝土 10，二次支护钢筋网片4的外侧紧贴初期支护，内侧紧贴沿围岩间隔设置的型钢钢架6上，型钢钢架6为双轴对称工字钢或单轴对称工字钢。参见图3所示，前后相邻的两个型钢钢架即型钢钢架a6.1和型钢钢架b6. 2之间还焊有加强背板7，所述加强背板7为角钢、槽钢或钢管，每两个前后相邻的型钢钢架6之间设置三块以上，加强背板将彼此孤立的型钢钢架连接为一个整体，增加了型钢钢架的整体性和对围岩的支撑能力。每个型钢钢架6上均焊有若干锚杆吊环8，锚杆吊环8间隔对称焊接或间隔交错焊接在型钢钢架的两侧边缘，所述锚杆吊环8的内径大于二期支护锚杆5的外径，位于锚杆吊环8附近的二期支护锚杆5穿过锚杆吊环8将二次支护钢筋网片4锚固在围岩上，其余二期支护锚杆5还按照原设计锚固。二次支护锚杆5、二次支护钢筋网片4、型钢钢架6、加强背板7和锚杆吊环8通过二次喷射混凝土 10形成一体，二次喷射混凝土 10的厚度为100mm-200mmo所述型钢钢架6为拱形，若型钢钢架底部的岩体不稳定，可在两个型钢钢架底端之间连接横向底梁9，将型钢钢架连接为闭环结构成为一个有机整体来增加型钢钢架底部对围岩的承载能力，所述横向底梁9为双轴对称工字钢、单轴对称工字钢或槽钢。这种矿山隧道新型支护结构的施工方法，步骤如下
步骤一、开挖围岩，排除松动岩块等危险后，施做初期支护，先用初期支护锚杆I将初期支护钢筋网片2沿围岩表面固定；
步骤二、在初期支护钢筋网片2外露面施做初期喷射混凝土 3，将初期支护构件与围岩固定成一体；
步骤三、施做二期支护先将二次支护钢筋网片4在初期支护外露面定位；
步骤四、将各型钢钢架6在二次支护钢筋网片4外露面定位；
步骤五、在前后相邻的两个型钢钢架6之间焊接至少三道加强背板7 ；
步骤六、在型钢钢架6的两侧边缘间隔焊接锚杆吊环8 ；
步骤七、将二次支护锚杆5顺序穿过锚杆吊环8、二次支护钢筋网片4的网眼和初期支护，将二次支护钢筋网片4锚固在围岩上；
步骤八、施做二次喷射混凝土 10将所有支护构件连接成整体。所述步骤四或步骤五之后，在所述型钢钢架6的两底端之间连接横向底梁9，将型钢钢架连接为闭环结构。本发明并不仅仅局限于本实施例，根据施工现场情况和技术要求，其技术指标和参数均可以作相应的改变。例如实施例的初期支护中，钢筋网片网格间距可设为IOcmX 10cm，初期喷射混凝土 3厚度取50mm,使各构件形成一体。实施例的二期支护中，型钢钢架6为工字钢钢架，加强背板7为槽钢，根据实际情况可采用多块平行的加强背板7将前后两个相邻的型钢钢架6焊接起来，焊接位置为工字钢钢架的上翼缘下侧，沿工字钢的长度方向间隔设置，锚杆吊环8焊接在工字钢钢架的上翼缘的两侧，左右依次间隔焊接，二次喷射混凝土 10厚度取200mm，将所有构件连接成为一个有机的整体，横向底梁9为工字钢。
权利要求
1.一种矿山隧道新型支护结构，是由初期支护和二次支护组成的多层支护结构，其中二次支护包括二次支护锚杆(5)、二次支护钢筋网片(4)、型钢钢架(6)和二次喷射混凝土(10)，二次支护钢筋网片(4)的外侧紧贴初期支护，内侧紧贴沿围岩间隔设置的型钢钢架(6)上，其特征在于前后相邻的两个型钢钢架(6)之间还焊有加强背板(7)，每个型钢钢架(6)上均焊有若干锚杆吊环(8)，所述锚杆吊环(8)的内径大于二期支护锚杆(5)的外径，二期支护锚杆(5)穿过锚杆吊环(8)将二次支护钢筋网片(4)锚固在围岩上，所述二次支护锚杆(5)、二次支护钢筋网片(4)、型钢钢架(6)、加强背板(7)和锚杆吊环(8)通过二次喷射混凝土(10)形成一体。
2.根据权利要求1所述的矿山隧道新型支护结构，其特征在于所述锚杆吊环(8)间隔对称焊接或间隔交错焊接在型钢钢架的两侧边缘。
3.根据权利要求1所述的矿山隧道新型支护结构，其特征在于所述初期支护包括初期支护锚杆(I)、初期支护钢筋网片(2)和初期喷射混凝土(3)，其中初期支护钢筋网片(2)覆盖围岩表面，初期支护钢筋网片(2)由锚入围岩中的初期支护锚杆(I)连接固定，两者通过初期喷射混凝土(3)形成一体。
4.根据权利要求1所述的矿山隧道新型支护结构，其特征在于所述型钢钢架(6)为双轴对称工字钢或单轴对称工字钢。
5.根据权利要求1所述的矿山隧道新型支护结构，其特征在于所述加强背板(7)为角钢、槽钢或钢管，每两个前后相邻的型钢钢架(6)之间设置三块以上。
6.根据权利要求1所述的矿山隧道新型支护结构，其特征在于所述二次喷射混凝土(10)的厚度为 100mm-200mm。
7.根据权利要求3所述的矿山隧道新型支护结构，其特征在于所述初期喷射混凝土(3)的厚度为 30mm-50mm。
8.根据权利要求1所述的矿山隧道新型支护结构，其特征在于所述型钢钢架(6)为拱形，其两底端之间连接横向底梁(9)，将型钢钢架连接为闭环结构，所述横向底梁(9)为双轴对称工字钢、单轴对称工字钢或槽钢。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的矿山隧道新型支护结构的施工方法，其特征在于步骤如下 步骤一、开挖围岩，排除松动岩块等危险后，施做初期支护，先用初期支护锚杆(I)将初期支护钢筋网片(2)沿围岩表面固定； 步骤二、在初期支护钢筋网片(2)外露面施做初期喷射混凝土(3)，将初期支护构件与围岩固定成一体； 步骤三、施做二期支护先将二次支护钢筋网片(4)在初期支护外露面定位； 步骤四、将各型钢钢架(6)在二次支护钢筋网片(4)外露面定位； 步骤五、在前后相邻的两个型钢钢架(6)之间焊接至少三道加强背板(7)； 步骤六、在型钢钢架(6)的两侧边缘间隔焊接锚杆吊环(8)； 步骤七、将二次支护锚杆(5)顺序穿过锚杆吊环(8)、二次支护钢筋网片(4)的网眼和初期支护，将二次支护钢筋网片(4)锚固在围岩上； 步骤八、施做二次喷射混凝土( 10)将所有支护构件连接成整体。
10.根据权利要求9所述的矿山隧道新型支护结构的施工方法，其特征在于所述步骤四 或步骤五之后，在所述型钢钢架(6)的两底端之间连接横向底梁(9)，将型钢钢架连接为闭环结构。
全文摘要
一种矿山隧道新型支护结构及其施工方法，支护结构由初期支护和二次支护组成的多层支护结构，其中二次支护包括二次支护锚杆、二次支护钢筋网片、型钢钢架和二次喷射混凝土，二次支护钢筋网片的外侧紧贴初期支护，内侧紧贴沿围岩间隔设置的型钢钢架上，前后相邻的两个型钢钢架之间还焊有加强背板，每个型钢钢架上均焊有若干锚杆吊环，二期支护锚杆穿过锚杆吊环将二次支护钢筋网片锚固在围岩上，二次支护锚杆、二次支护钢筋网片、型钢钢架、加强背板和锚杆吊环通过二次喷射混凝土形成一体。本发明解决了目前二次支护中锚杆与型钢架之间、型钢钢架之间整体性较差的问题，解决了复杂地质条件下软弱围岩隧道大变形易造成围岩塌方、支护结构破坏等问题。
文档编号E21D21/00GK103061779SQ201210569308
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者陆志东, 何家发, 彭小平, 康小平 申请人:中鼎国际工程有限责任公司