三维钢筋网架与混凝土组合衬砌结构的制作方法

本发明涉及巷道施工技术领域，具体涉及一种三维钢筋网架与混凝土组合衬砌结构。

背景技术：

巷道由于所处环境恶劣或受到采动影响等原因，巷道围岩向巷道内发生位移产生底臌甚至坍塌的风险，因此解决上述巷道围岩支护问题一直是该领域的研究课题。

现有技术中，巷道的围岩支护有很多方法，存在锚杆支护法，锚杆支护虽然支护强度较为可靠，但是施工周期长、成本高，也存在锚杆混凝土混合支护法，上述支护方法的施工周期更长，成本也比锚杆支护法更高，还存在U型钢架支护法，虽然U型钢架的支护强度较高，但是在U型钢的支撑架的钢材消耗量更大，并且巷道的围岩变形的过程中，U型钢的支撑架受力时，无法得到有效的分解转化，很容易造成U型钢的弯曲溃缩，因此必须通过增加U型钢的使用量，方能消除上述问题，这样就造成工程成本进一步增加。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种三维钢筋网架与混凝土组合衬砌结构，能够提高对巷道围岩的支撑强度，减少施工成本。

为实现上述目的，本组合结构发明采用的技术方案是：

三维钢筋网架与混凝土组合衬砌结构，包括沿巷道周向围设的三维钢筋网架，所述三维钢筋网架外喷射有混凝土层；

所述三维钢筋网架包括主网格架和次网格架，所述主网格面位于巷道的内壁布置，所述次网格架与主网格架之间间隔布置且二者通过架间连接筋连接；

所述主网格架包括沿巷道周向布置的主弧筋所述主弧筋沿着巷道的长度方向间隔布置多个，所述主弧筋之间通过主纵向筋连接，所述主纵向筋长度方向与巷道的长度一致且沿着巷道周向方向间隔布置多个，所述主弧筋与主纵向筋构成的网格面上还设置有主斜向弧筋，所述主斜向弧筋沿着巷道的长度方向内壁弯曲斜向布置；

所述次网格架包括向巷道中心方向布置的次弧筋，所述次弧筋沿巷道周向弯曲布置且沿着巷道的长度方向间隔设置多个，所述次弧筋之间通过次纵向筋连接，所述次纵向筋长度方向与巷道的长度一致且沿着巷道周向方向间隔布置多个，所述次弧筋与次纵向筋构成的网格面上还设置有次斜向弧筋，所述次斜向弧筋沿着巷道的长度方向弯曲斜向布置。

本发明还存在的附加特征在于：

所述三维钢筋网架沿着巷道的周向分为弧顶网架段、两侧腰网架段以及底部网架段，所述弧顶网架段、两侧腰网架段以及底部网架段之间顺序连接构成与巷道轮廓吻合的柱形结构，所述弧顶网架段与两侧腰网架段之间以及两侧腰网架段与底部网架段之间均通过网架端部连接器连接为一体。

所述网架端部连接器包括第一、第二钢板，所述第一、第二钢板上均设置有用于插接主弧筋及次弧筋的第一、第二插孔，所述第一、第二钢板之间的贴合面设置有木垫板，所述第一、第二钢板以及木垫板之间通过连接螺栓连接为一体。

所述第一、第二钢板的截面为直角梯形结构，所述第一、第二钢板的直腰边所在的直腰面与木垫板的两侧面贴合，所述第一、第二插孔分别设置在第一、第二钢板的斜腰边所在的第一、第二斜腰面上，所述第一、第二插孔沿着巷道的长度方向间隔布置多个，所述第一插孔的孔芯连线与第二插孔的孔芯连线平行。

所述架间连接筋的一端设置在主网格架中的主弧筋、主纵向筋以及主斜向弧筋结合点位置处，所述架间连接筋的另一端设置在次网格架中的次弧筋、次纵向筋以及次斜向弧筋的结合点位置处。

与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：利用上述三维钢筋网架和混凝土层围合的结构能够实现对巷道的有效支撑，巷道围岩压力释放至首先释放至主网格架上，主网格架上的主弧筋、主纵向筋以及主斜向弧筋构成的网格状结构，支撑强度高，并且通过架间连接筋传递至至次弧筋、次纵向筋以及次斜向弧筋构成的网格状次网格架上，整个三维钢筋网架的强度极高，能够提高对巷道围岩的支撑强度，减少施工成本。

附图说明

图1是三维钢筋网架与混凝土组合衬砌结构布置在巷道的端面视图；

图2是三维钢筋网架的部分结构示意图；

图3和图4是网架端部连接器的两种视角的结构示意图。

具体实施方式

结合图1至图4，对本发明作进一步地说明：

三维钢筋网架与混凝土组合衬砌结构，包括沿巷道A周向围设的三维钢筋网架，所述三维钢筋网架外喷射有混凝土层20；

所述三维钢筋网架包括主网格架和次网格架，所述主网格面位于巷道A的内壁布置，所述次网格架与主网格架之间间隔布置且二者通过架间连接筋17连接；

所述主网格架包括沿巷道A周向布置的主弧筋11，所述主弧筋11沿着巷道A的长度方向间隔布置多个，所述主弧筋11之间通过主纵向筋12连接，所述主纵向筋12长度方向与巷道A的长度一致且沿着巷道A周向方向间隔布置多个，所述主弧筋11与主纵向筋12构成的网格面上还设置有主斜向弧筋13，所述主斜向弧筋13沿着巷道A的长度方向内壁弯曲斜向布置；

所述次网格架包括向巷道A中心方向布置的次弧筋14，所述次弧筋14沿巷道A周向弯曲布置且沿着巷道A的长度方向间隔设置多个，所述次弧筋14之间通过次纵向筋15连接，所述次纵向筋15长度方向与巷道A的长度一致且沿着巷道A周向方向间隔布置多个，所述次弧筋14与次纵向筋15构成的网格面上还设置有次斜向弧筋16，所述次斜向弧筋16沿着巷道A的长度方向弯曲斜向布置；

结合图1和图2所示，利用上述三维钢筋网架和混凝土层围合的结构能够实现对巷道的有效支撑，巷道围岩压力释放至首先释放至主网格架上，主网格架上的主弧筋11、主纵向筋12以及主斜向弧筋13构成的网格状结构，支撑强度高，并且通过架间连接筋17传递至至次弧筋14、次纵向筋15以及次斜向弧筋16构成的网格状次网格架上，整个三维钢筋网架的强度极高，能够提高对巷道围岩的支撑强度，减少施工成本；

上述的各个筋条构成的桁架状结构，从而使得三维钢筋的强度极强，在实施对巷道A的支撑时，确保对巷道A的支撑强度。

作为本发明的优选方案，所述三维钢筋网架沿着巷道A的周向分为弧顶网架段、两侧腰网架段以及底部网架段，所述弧顶网架段、两侧腰网架段以及底部网架段之间顺序连接构成与巷道A轮廓吻合的柱形结构，所述弧顶网架段与两侧腰网架段之间以及两侧腰网架段与底部网架段之间均通过网架端部连接器30连接为一体；

结合图1所示，上述的巷道A的述三维钢筋网架分段施工，并且各个连接段跟别通过网架端部连接器30连接为一体，当上述的巷道A顶部围岩压力释放时，传递至弧顶网架段，并且通过弧顶网架段传递至两侧腰网架段上端的网架端部连接器30上，可将连接器30设置成可伸缩式的结构，或者直接将网架端部连接器30设置成弹簧结构，从而可充分吸收弧顶网架段施加的压力，避免整个三维钢筋网架由于受力集中导致的溃缩问题；

上述的巷道A的两侧壁围岩压力释放时，从而传递至上端以及腰网架段与底部网架段上的网架端部连接器30上，从而实现对应力的释放；

同理，底部网架段承受应力时，应力传递至底部网架段两端的网架端部连接器30上，从而有效实现对应力的释放及分解，可充分转化三维钢筋网架的力系，提高三维钢筋网架的对巷道A的支撑强度。

作为本发明的进一步优选方案，结合图3和图4所示，所述网架端部连接器30包括第一、第二钢板31、32，所述第一、第二钢板31、32上均设置有用于插接主弧筋11及次弧筋14的第一、第二插孔33、34，所述第一、第二钢板31、32之间的贴合面设置有木垫板35，所述第一、第二钢板31、32以及木垫板35之间通过连接螺栓36连接为一体；

上述的三维钢筋网架的各个连接段的相邻端上的主弧筋11和次弧筋14分别插置在第一、第二钢板31、32的板面上的第一、第二插孔33、34内，从而实现相邻连接段之间的连接；

上述的三维钢筋网架的各个连接段在承受巷道A围岩压力释放时，从而主弧筋11和次弧筋14传递至第一、第二钢板31、32的板面上，利用第一、第二钢板31、32之间的木垫板35可在第一、第二钢板31、32承受相互的挤压力时二产生变形，从而避免由于刚性连接，而导致的主弧筋11和次弧筋14或者第一、第二钢板31、32变形的问题，由于木垫板35本身的特性，可充分吸收第一、第二钢板31、32承受主弧筋11和次弧筋14传递的能量，进而实现对整个力系的分解、转化，使得整个三维钢筋网架强度足以支撑巷道A的围岩；

上述的各个连接段在承受巷道A围岩压力释放时，主弧筋11和次弧筋14传递至第一、第二钢板31、32上的第一、第二插孔33、34孔壁各个方向的力矩，从而很容易使得第一、第二插孔33、34变形，因此该处的网架端部连接器30的第一、第二钢板31、32采用高强度、高耐磨的碳钢吗，从而能够有效抵挡主弧筋11和次弧筋14施加至第一、第二插孔33、34的力矩。

进一步地，所述第一、第二钢板31、32的截面为直角梯形结构，所述第一、第二钢板31、32的直腰边所在的直腰面与木垫板35的两侧面贴合，所述第一、第二插孔33、34分别设置在第一、第二钢板31、32的斜腰边所在的第一、第二斜腰面311、321上，所述第一、第二插孔33、34沿着巷道A的长度方向间隔布置多个，所述第一插孔33的孔芯连线与第二插孔34的孔芯连线平行；

上述的三维钢筋网架的各个连接段的连接面为一与巷道A纵切面处在夹角的斜面，三维钢筋网架的主弧筋11和次弧筋14的端部构成一个斜面亦即上述三维钢筋网架的各个连接段的连接面，为确保网架端部连接器30的第一、第二钢板31、32实施对主弧筋11和次弧筋14有效连接，因此使得布置第一、第二插孔33、34的第一、第二斜腰面311、321与三维钢筋网架的各个连接段的连接面平行，从而能够确保主弧筋11和次弧筋14伸入第一、第二插孔33、34的深度一致，从而确保对主弧筋11和次弧筋14固定的牢靠度，避免由于插接深度不一致的问题，出现连接不牢靠的问题。

具体地，所述架间连接筋17的一端设置在主网格架中的主弧筋11、主纵向筋12以及主斜向弧筋13结合点位置处，所述架间连接筋17的另一端设置在次网格架中的次弧筋14、次纵向筋15以及次斜向弧筋16的结合点位置处；

上述的架间连接筋17布置的方式是在主弧筋11、主纵向筋12以及主斜向弧筋13结合点位置处，次弧筋14、次纵向筋15以及次斜向弧筋16的结合点位置处由一点发射状布置多个，从而实现主网格架和次网格架之间的稳定连接。

下面对整个衬砌结构扥施工步骤做一个简单介绍：

对于弧顶网架段，设计其弧度为60°—120°，曲率半径为2.65-2.95m；对于两侧腰网架段，设计其弧度为50°—55°，曲率半径为3.40-3.70m；对于底部网架段，设计其弧度为60°—80°，曲率半径为4.80-5.10m；

每段的网架段架立完毕后，在各部网架搭接处设立网架端部连接器30，网架端部连接器30的第一、第二钢板31、32的高为20-30cm；上底为5-8cm；下底为10-12cm；长为80-120cm。

第一、第二钢板31、32在与钢筋接触面有一定的坡度，且在接触面上加工了二排第一、第二插孔33、34，上排5个第一插孔33对应主网格架的主弧筋11，下排4个第二插孔34孔对应次网格架的次弧筋14，孔洞大小与主弧筋11及次弧筋14的直径相当，当钢筋接入后焊接加固。横向孔距20-30cm，竖向孔距20-30cm；在第一、第二钢板31、32间填充了一块木垫板35，以达到让压的效果；同时在第一、第二钢板31、32以及木垫板35接触面相对应的位置处的四个角端，加工了四个小孔，然后在网架连接好后，插入连接螺栓36，并在另一端通过螺母拧紧，使得原本不连续的两组支架形成一个整体共同受力。连接螺栓36为国标粗牙60°，型号为M16-M20；螺母的螺纹规格为C级六角螺母，螺母规格为GB/T41-2000，M16-M20。

整体网架全部架设完成后，安装到位，然后将喷射混凝土喷射，使得三维钢筋网架与混凝土组合衬砌结构成为一个受力整体，既具有刚度效应又能起到柔性让压的效果。

使用方法：

(1)、先行按照设计要求开挖巷道断面，开挖成三心拱的断面形式。对于顶部断面，开挖弧度为60°—120°，曲率半径为2.68-2.98m；对于侧部断面，开挖弧度为50°—55°，曲率半径为3.43-3.73m；对于底部断面，开挖弧度为60°—80°，曲率半径为4.83-5.13m。

开挖完成后清理巷道断面以及巷道内部，将碎石有序运出；将超挖部位填充完整以及将不规则断面处清理平整，完成初步巷道支护断面的施工。

(2)、按照设计将所对应的各部分钢筋进行剪切，弯曲等加工，将加工好的钢筋堆放成一堆，然后现场再在架设模具上进行加工，将对应各部分的钢筋焊接至预先设计部位，最后完成一架一架的钢筋网架架立。

(3)、按照设计将在地面架设完毕的钢筋网架安装，架与架之间通过既定网架端部连接装置连接，上好螺丝和螺母，使得整联网架套装组合完毕，再从地面运至所需支护巷道处进行架设。对于顶部网架，设计其弧度为60°—120°，曲率半径为2.65-2.95m；对于侧部网架，设计其弧度为50°—55°，曲率半径为3.40-3.70m；对于底部网架，设计其弧度为60°—80°，曲率半径为4.80-5.10m。

整个三维钢筋网架是由弧顶网架段、两侧腰网架段以及底部网架段组合而成，在将其架设到预定位置处，其一联与一联之间也采用焊接的方式连接，全部巷道面架设到位后采用喷射混凝土喷射，使得整体三维钢筋网架被喷射混凝土包裹，再及时喷水养护，实现三维钢筋网架和混凝土的共同受力。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。