一种隧道预应力式钢拱架的制作方法
【专利说明】一种隧道预应力式钢拱架 【技术领域】
[0001] 本实用新型属于隧道复合式衬砌施工技术领域，具体涉及一种隧道预应力式钢拱 架。 【【背景技术】】
[0002] 预应力作为一门新兴技术自出现以来，以其能改善结构受力状态和提高结构刚度 稳定性等优异特性在土建工程领域广受欢迎，尤其是在大跨径桥梁、核电站等重点领域更 为常见。该技术以其优良的受力性能表现出更好的稳定性与抗裂性，从而可以起到结构整 体优化的效果。然而，该项技术在隧道工程建设领域应用较少。隧道工程作为岩土领域中的 一项重要分支，整体结构的设计与动态施工均与围岩的稳定性密不可分。不少地层较差的 围岩在开挖后会随着时间的推移而变得愈加脆弱，使得隧道整体结构不得不采取更多的被 动支护措施来应对该种不利影响，既不经济也使结构趋于复杂。由于相当一部分围岩开挖 前较为完整，因此若对围岩结构施加主动预应力将有效抑制围岩裂隙的发展和形变，从而 阻止了整体结构状态的进一步恶化。目前隧道施工过程中所体现出来的预应力技术主要是 端头式锚杆，然而由于该类锚杆的适应性及强度限制，使得该种预应力所发挥出来的性能 有限。因此有必要寻找其他适合施加更大预应力的隧道结构。 【【实用新型内容】】
[0003] 针对目前预应力技术在隧道领域的应用面不广泛、支护结构主要为被动受力状 态，本实用新型提出了一种隧道预应力式钢拱架，该钢拱架使得隧道支护的力学状态由被 动接受荷载转变为主动对围岩施加荷载，从而有效控制了围岩状态的恶化，使得施工的后 续操作更为灵活，避免出现较为被动的局面。
[0004] -种隧道预应力式钢拱架，包括作为所述钢拱架竖直段的组合体，所述的组合体 的长度可调节，组合体的一端与钢拱架的半圆弧形拱圈9的端部固定连接。
[0005] 所述的组合体包括工字钢1和槽钢2,所述的工字钢1 一端的端面上固定设置有第 一施力板5,工字钢1通过第一施力板5与所述半圆弧形拱圈9的端部固定连接;所述的槽钢2 沿着工字钢1上的腹板与翼缘形成的腔体设置，槽钢2上朝向工字钢1上设置第一施力板5的 端部固定设置有第二施力板501，槽钢2另一端的端部固定设置有连结支座6且该端延伸出 工字钢1另一端的端部。
[0006] 所述的槽钢2的开口方向朝向与工字钢1的腹板相背的一侧。
[0007] 所述的槽钢2腹板的宽度小于工字钢1腹板的宽度。
[0008] 所述的工字钢1的腹板上开设有若干组第一螺栓孔组7,所述的第一螺栓孔组7沿 着工字钢1的长度方向分布，每组第一螺栓孔组7包括若干螺栓孔，同组内螺栓孔之间的中 心距相同，不同组的螺栓孔中心距相同；所述的槽钢2的腹板上有若干组第二螺栓孔组701， 所述的第二螺栓孔组701与第一螺栓孔组7对应开设，所述的第二螺栓孔组701沿着工字钢1 的长度方向分布，每组第二螺栓孔组701包括若干螺栓孔，同组内螺栓孔之间的中心距相 同，不同组的螺栓孔中心距相同；所述的第一螺栓孔组7螺栓孔的中心距与所述的第二螺栓 孔组701螺栓孔的中心距不同。
[0009] 所述的组合体还包括导轨3,所述的导轨3为u型导轨，导轨3设置在所述工字钢1与 槽钢2相接触的位置，导轨3设置在槽钢2翼边的外侧且均与槽钢2和工字钢1接触。
[0010] 所述的导轨3翼边的端部延伸至连结支座6的端面上，导轨3的底部套在第二施力 板501外缘。
[0011] 所述的工字钢1与第一施力板6之间，槽钢2与第二施力板501之间，槽钢2与连结支 座6之间均通过焊接固定连接。
[0012]所述的半圆弧形拱圈9的端部焊接有第三施力板502,所述的第三施力板502与第 一施力板5上对应开设有螺栓孔，工字钢1与半圆弧形拱圈9通过螺栓固定连接。
[0013] 所述的连结支座6上开设有用于安装槽钢2的螺栓孔。
[0014] 与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
[0015] 本实用新型的隧道预应力钢拱架在钢拱架的竖直段设置了长度可调节的组合体， 在架设钢拱架时，将该组合体的一端与钢拱架的半圆弧形拱圈的端部固定连接，将组合体 的另一端固定设安装在隧道内，通过使组合体的长度增长来实现对钢拱架施加预应力，待 对钢拱架施加的预应力达到设定值后，再将组合体的长度固定下来便可实现了本实用新型 的钢拱架的预应力设置，从而使得隧道支护的力学状态由被动接受荷载转变为主动对围岩 施加荷载，从而有效控制了围岩状态的恶化，使得施工的后续操作更为灵活，避免出现较为 被动的局面。
[0016] 进一步的，本实用新型的组合体通过采用力学性能好的工字钢和槽钢使得本实用 新型的钢拱架具有好的力学性能，通过在槽钢的端部分别焊接第二施力板和连结支座，槽 钢通过连结支座安装在隧道内，在工字钢的一端焊接第一施力板，工字钢通过第一施力板 与圆弧形拱圈的端部固定连接，槽钢沿着工字钢上的腹板与翼缘形成的腔体设置，在槽钢 的腹板和工字钢的腹板处均开设有若干组螺栓孔组;在安装时，先用螺栓穿过槽钢和工字 钢腹板上的螺栓孔，将本实用新型的安装成与传统钢拱架相同的形式，将钢拱架安装在隧 道内后，将千斤顶设置在第一施力板和第二施力板之间，将螺栓取出，通过千斤顶为钢拱架 施加预应力，待施加的预应力达到要求后，找出槽钢腹板与工字钢腹板上对准的螺栓孔，再 通过螺栓将槽钢与工字钢紧固，最后将槽钢和工字钢焊接固定。
[0017] 本实用新型将现有预应力技术进行了更深层次的延伸。传统的预应力施加方式以 张拉为主，而隧道支护结构由于有围岩的作用，一定程度上克服了钢拱架的变形失稳问题， 使得以挤压为主的预应力施力方式成为可能；
[0018] 同时，本实用新型也使原本隧道领域中应用十分有限的预应力技术又增添新的施 工工艺，为今后的隧道优化设计提供的更多方案；
[0019] 本实用新型通过对围岩施加压力从而将其裂缝及形变抑制在初始状态，避免了围 岩整体的进一步恶化，从而为后续工作提供了更多有利时机；
[0020] 本实用新型将初期支护由被动受力状态转变为主动施力状态，可使整体施工设计 方案简化、降低成本，同时也能与传统支护结构配合使用，适用范围灵活广泛。 【【附图说明】】
[0021] 图1为本实用新型预应力钢拱架的工作原理图；
[0022] 图2为本实用新型预应力钢拱架的安装示意图；
[0023] 图3为本实用新型组合体安装时的结构示意图；
[0024] 图4为本实用新型组合体组成结构示意图，其中图4(a)为槽钢的结构示意图，图4 (b)为工字钢的结构示意图，图4(c)为导轨的结构示意图；
[0025] 图5为本实用新型组合体的横截面结构示意图；
[0026] 图6为本实用新型预应力钢拱架的局部结构剖面图，其中图6(a)为工字钢与第一 施力板的连接关系示意图，图6(b)为槽钢与第二施力板的连接关系示意图，图6(c)为槽钢 与连结支座的连接关系示意图；
[0027]图7为本实用新型预应力钢拱架的组合体的结构示意图；
[0028]图8为本实用新型螺栓孔组的布置平面图，其中图8(a)为工字钢上的螺栓孔组的 布置平面图，图8(b)为槽钢上的螺栓孔组的布置平面图。
[0029]其中：1-工字钢;2-槽钢;3-导轨;4-焊接点；5-第一施力板;501-第二施力板;502-第二施力板;6-连结支座;7-螺检孔组;701-第二螺检孔组;8-千斤顶;9-半圆弧形拱圈；10-洞壁预留槽;11-洞壁围岩;12-地面。 【【具体实施方式】】
[0030] 下面结合附图来对本实用新型作进一步的说明。
[0031] 如图1至图8所示，本实用新型的一种隧道预应力式钢拱架，包括作为所述钢拱架 竖直段的组合体，所述的组合体的长度可调节，组合体的一端与钢拱架的半圆弧形拱圈9的 端部固定连接。
[0032] 所述的组合体包括工字钢1和槽钢2,所述的工字钢1 一端的端面上固定设置有第 一施力板5,工字钢1通过第一施力板5与所述半圆弧形拱圈9的端部固定连接;所述的槽钢2 沿着工字钢1上的腹板与翼缘形成的腔体设置，槽钢2上朝向工字钢1上设置第一施力板5的 端部固定设置有第二施力板501，槽钢2另一端的端部固定设置有连结支座6且该端延伸出 工字钢1另一端的端部。
[0033]所述的槽钢2的开口方向朝向与工字钢1的腹板相背的一侧。
[0034]所述的槽钢2腹板的宽度小于工字钢1腹板的宽度。
[0035] 所述的工字钢1的腹板上开设有若干组第一螺栓孔组7,所述的第一螺栓孔组7沿 着工字钢1的长度方向分布，每组第一螺栓孔组7包括若干螺栓孔，同组内螺栓孔之间的中 心距相同，不同组的螺栓孔中心距相同；所述的槽钢2的腹板上有若干组第二螺栓孔组701， 所述的第二螺栓孔组701与第一螺栓孔组7对应开设，所述的第二螺栓孔组701沿着工字钢1