一种高应力组合圈体梁支护结构及其施工方法与流程

本发明涉及巷道施工技术领域，具体是涉及一种高应力组合圈体梁支护结构及其施工方法。

背景技术：

在煤矿巷道掘进过程中，难免遇到不平衡应力场，巷道支护体处于非均压受力状态，巷道容易产生强烈的非对称变形，非对称变形压力先使巷道产生局部的变形破坏，随后其它区域开始破坏，最后整个巷道的支护系统破坏失效。传统的支护技术难以满足该地质条件下巷道支护工程的需求。

为解决这一煤矿巷道支护承压能力不足的难题，在巷道支护中构建均质同性支护圈体构成高应力组合圈体梁，所形成的巷道支护结构的往往是通过设置一道或几道支撑结构的手段来达到的，目前常用的支护结构中的现浇砼构件，其截面及配筋较大，作为支护桩，除起到挡土止水的作用外，还要于冠梁之间稳定连接，形成牢固的支护结构。但是，支护桩与冠梁的连接摩擦力小，容易造成连接失效等工程事故，而且，也容易造成圈体梁支护稳定性差的问题。

因此，需要提供一种高应力组合圈体梁支护结构及其施工方法旨在解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种高应力组合圈体梁支护结构及其施工方法，以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高应力组合圈体梁支护结构，包括钢桁架、梯形拱架、上部梁板、下部梁板、构件强螺栓、钢桁架冠梁和支护桩，所述钢桁架底部连接梯形拱架，梯形拱架安装在钢桁架冠梁上，钢桁架冠梁底部安装有支护桩；

所述钢桁架通过梁环架、辐射架和围檩连接为一体组成，梯形拱架底部嵌入在钢桁架冠梁的定位槽内，钢桁架顶部设有上部梁板，钢桁架冠梁底部设有下部梁板，所述上部梁板和下部梁板之间连接构件强螺栓。

作为本发明进一步的方案，所述钢桁架包括梁环架、辐射架、围檩、拉杆和内斜支撑杆，梁环架呈与组合圈体梁壁厚相契合的圆盘形，梁环架由位于同一圆心的内圆环、中圆环和外圆环组成，梁环架通过辐射架连接围檩，内圆环、中圆环和外圆环固定在辐射架上。

作为本发明进一步的方案，所述梁环架的相邻圆环之间通过内斜支撑杆与辐射架相连接，辐射架与围檩之间连接有拉杆，组合圈体梁位于梁环架围成的封闭区间内。

作为本发明进一步的方案，所述梁环架的内圆环内设有弧板，弧板连接在千斤顶一端，千斤顶嵌入并固定在梁环架上，千斤顶另一端连接压型钢板，压型钢板固定连接在围檩上。

作为本发明进一步的方案，所述内斜支撑杆的轴线与梁环架的圆环所在的切面的倾角设置为30°-60°，内斜支撑杆呈x型固定在梁环架的相邻圆环之间。

作为本发明进一步的方案，所述梯形拱架由横连杆和竖连杆焊接而成，横连杆和竖连杆与钢桁架的围檩相连接。

作为本发明进一步的方案，所述上部梁板和钢桁架之间设有垫板，钢桁架两侧的上部梁板和下部梁板之间设有护壁板。

作为本发明进一步的方案，所述支护桩内设有周向分布的预应力主筋，支护桩中部垂直固定有若干桩内插筋，桩内插筋向上延伸至支护桩顶部，桩内插筋外侧环绕有若干水平环筋，水平环筋自上而下依次分布，桩内插筋之间通过水平环筋相连接，桩内插筋与水平环筋焊接固定，桩内插筋顶部通过连接筋连接冠梁配筋，冠梁配筋设置在冠梁主体内，支护桩上浇筑有桩内水泥浆。

一种高应力组合圈体梁支护结构的施工方法，通过以下步骤实施：

步骤1、按照设计图纸，在工厂完成钢桁架冠梁的制作，并在钢桁架冠梁底部预留出冠梁配筋；

步骤2、在地面确定的基坑位置周围环绕基坑间隔施工多个支护桩，支护桩在预先设定位置均匀分布，支护桩做垂直支撑；

步骤3、将制好的钢桁架冠梁运输到施工现场，桩内插筋通过连接筋连接钢桁架冠梁的冠梁配筋，并通过桩内水泥浆浇筑，待桩内水泥浆凝固后，形成支撑结构；

步骤4、将钢桁架的梁环架组合在圈体梁上，并通过千斤顶顶压弧板进行固定，将圈体梁、钢桁架和梯形拱架吊放于钢桁架冠梁上，梯形拱架嵌入在定位槽内；

步骤5、吊放就位后，钢桁架上铺设垫板，并将上部梁板、下部梁板以及护壁板依次吊放就位，通过构件强螺栓连接上部梁板和下部梁板，以满足圈体梁知支护施工的要求，至此，整体支护结构施工完成。

作为本发明进一步的方案，所述步骤2中，支护桩的施工步骤为：根据设计图纸确定支护桩的直径和间隔以及支护的深度，预先绑扎桩内插筋和水平环筋，将预应力主筋环绕水平环筋分布，并在支护桩模板内贯入桩内水泥浆，待桩内水泥浆凝固后，再进行钢桁架冠梁的安装。。

综上所述，本发明实施例与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的高应力组合圈体梁支护结构及其施工方法，其结构施作完成后，在上部梁板、下部梁板固定下，钢桁架和钢桁架冠梁稳固连接，钢桁架将作用力传递至钢桁架冠梁，通过将钢桁架冠梁作为结构受力体系一部分，在垂直支撑的支护桩作用下共同协调作用，作为圈体梁工程施工的基坑支护结构可完全满足圈体梁施工安全要求。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为发明实施例的结构示意图。

图2为发明实施例中钢桁架的结构示意图。

图3为发明实施例的钢桁架中弧板分布于两侧的结构示意图。

图4为发明实施例的钢桁架中弧板分布于顶部的结构示意图。

图5为发明实施例中支护桩连接钢桁架冠梁的结构示意图。

附图标记：1-钢桁架、2-弧板、3-压型钢板、4-千斤顶、5-梯形拱架、6-护壁板、7-垫板、8-上部梁板、9-下部梁板、10-构件强螺栓、11-钢桁架冠梁、12-冠梁主体、13-定位槽、14-支护桩、15-梁环架、16-内圆环、17-中圆环、18-外圆环、19-辐射架、20-围檩、21-拉杆、22-内斜支撑杆、23-横连杆、24-竖连杆、25-连接筋、26-预应力主筋、27-桩内插筋、28-水平环筋、29-冠梁配筋、30-桩内水泥浆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

参见图1所示，一种高应力组合圈体梁支护结构，包括钢桁架1、梯形拱架5、上部梁板8、下部梁板9、构件强螺栓10、钢桁架冠梁11和支护桩14，所述钢桁架1底部连接梯形拱架5，梯形拱架5安装在钢桁架冠梁11上，钢桁架冠梁11底部安装有支护桩14。

在本发明实施例中，参见图1和图2所示，所述钢桁架1包括梁环架15、辐射架19、围檩20、拉杆21和内斜支撑杆22，梁环架15呈与组合圈体梁壁厚相契合的圆盘形，梁环架15由位于同一圆心的内圆环16、中圆环17和外圆环18组成，梁环架15通过辐射架19连接围檩20，内圆环16、中圆环17和外圆环18固定在辐射架19上，梁环架15的相邻圆环之间通过内斜支撑杆22与辐射架19相连接，辐射架19与围檩20之间连接有拉杆21。

在本发明实施例中，所述梁环架15、辐射架19和围檩20连接为一体组成钢桁架1，连接方式为焊接或螺栓连接均可。

其中，参见图3和图4所示，组合圈体梁位于梁环架15围成的封闭区间内，为了进一步增加梁环架15对组合圈体梁支护的稳定性，所述梁环架15的内圆环16内设有弧板2，弧板2连接在千斤顶4一端，千斤顶4嵌入并固定在梁环架15上，千斤顶4另一端连接压型钢板3，压型钢板3固定连接在围檩20上，在梁环架15围护在组合圈体梁上时，通过千斤顶4驱动弧板2对组合圈体梁进一步支护，从而保证支护的稳定性。

进一步的，所述弧板2设置在组合圈体梁的两侧或顶部，在千斤顶4施力后均可进行顶压固定，保证支护的稳定性，消除存在的预留间隙。

在本发明实施例中，参见图1和图2所示，所述内斜支撑杆22的轴线与梁环架15的圆环所在的切面的倾角设置为30°-60°，内斜支撑杆22呈x型固定在梁环架15的相邻圆环之间，这种结构设计的目的在于：改变了梁环架15的圆环之间的连接结构，提高了辐射架19的自承和承载能力，有效的控制了辐射架19倾斜变形，保障了钢桁架1支护时的可靠性。

所述梯形拱架5由横连杆23和竖连杆24焊接而成，横连杆23和竖连杆24与钢桁架1的围檩20相连接，梯形拱架5底部嵌入在钢桁架冠梁11的定位槽13内，此时，梯形拱架5的底壁与钢桁架冠梁11的定位槽13顶壁抵触，定位槽13和梯形拱架5的设置方便了钢桁架1的定位安装，并且提高了钢桁架1与钢桁架冠梁11连接时的接触面积和嵌入连接的牢固性。

为了进一步提高钢桁架1与钢桁架冠梁11连接的牢固性，所述钢桁架1顶部设有上部梁板8，上部梁板8和钢桁架1之间还设有垫板7，钢桁架冠梁11底部设有下部梁板9，所述上部梁板8和下部梁板9之间连接构件强螺栓10。

所述钢桁架1两侧的上部梁板8和下部梁板9之间还设有护壁板6，用以对钢桁架1侧壁进行保护。

所述钢桁架冠梁11的冠梁主体12底部均匀分布的连接有支护桩14，支护桩14做垂直支撑，支护桩14用于承载钢桁架冠梁11的重量同时保证对支护桩14进行竖向支撑的稳定性；

参见图1和图5所示，所述支护桩14内设有周向分布的预应力主筋26，支护桩14中部垂直固定有若干桩内插筋27，桩内插筋27向上延伸至支护桩14顶部，桩内插筋27外侧环绕有若干水平环筋28，水平环筋28自上而下依次分布，桩内插筋27之间通过水平环筋28相连接，桩内插筋27与水平环筋28焊接固定，桩内插筋27顶部通过连接筋25连接冠梁配筋29，冠梁配筋29设置在冠梁主体12内，支护桩14上浇筑有桩内水泥浆30，桩内水泥浆30用于对支护桩14与冠梁主体12连接部位进行加强，提高二者的连接稳固性。

上述实施例的高应力组合圈体梁支护结构的其施工方法，通过以下步骤实施：

步骤1、按照设计图纸，在工厂完成钢桁架冠梁11的制作，并在钢桁架冠梁11底部预留出冠梁配筋29；

步骤2、在地面确定的基坑位置周围环绕基坑间隔施工多个支护桩14，支护桩14在预先设定位置均匀分布，支护桩14做垂直支撑；具体施工步骤为：根据设计图纸确定支护桩14的直径和间隔以及支护的深度，预先绑扎桩内插筋27和水平环筋28，将预应力主筋26环绕水平环筋28分布，并在支护桩14模板内贯入桩内水泥浆30，待桩内水泥浆30凝固后，再进行钢桁架冠梁11的安装；

步骤3、将制好的钢桁架冠梁11运输到施工现场，桩内插筋27通过连接筋25连接钢桁架冠梁11的冠梁配筋29，并通过桩内水泥浆30浇筑，待桩内水泥浆30凝固后，形成支撑结构；

步骤4、将钢桁架1的梁环架15组合在圈体梁上，并通过千斤顶4顶压弧板2进行固定，将圈体梁、钢桁架1和梯形拱架5吊放于钢桁架冠梁11上，梯形拱架5嵌入在定位槽13内；

步骤5、吊放就位后，钢桁架1上铺设垫板7，并将上部梁板8、下部梁板9以及护壁板6依次吊放就位，通过构件强螺栓10连接上部梁板8和下部梁板9，以满足圈体梁知支护施工的要求，至此，整体支护结构施工完成。

结论：依照上述方法对本发明的高应力组合圈体梁支护结构施作完成后，在上部梁板8、下部梁板9固定下，钢桁架1和钢桁架冠梁11稳固连接，钢桁架1将作用力传递至钢桁架冠梁11，通过将钢桁架冠梁11作为结构受力体系一部分，在垂直支撑的支护桩14作用下共同协调作用，作为圈体梁工程施工的基坑支护结构可完全满足圈体梁施工安全要求。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，仅是本发明的优选实施方式。本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，都将落入本发明的保护范围之内。