专利名称：三维非对称支护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种深部工程支护系统，尤其涉及一种用于深部巷道的三维非对称支护系统。
背景技术：
随着社会经济的发展，地下岩体工程如煤矿巷道、公路铁路隧道及大型水电站的修建越来越多，所面临的深部巷道及硐室群大埋深、大断面的情况也逐渐增多。地应力增力口，漏水量加大，地温升高的特征明显，深部软岩及节理破碎岩体支护难度日益增大。针对深井巷道变形大、支护难的特点，国内外对深部高应力软岩大断面巷道的支护方式进行了专门的研究，经历了从普通的锚喷支护、喷射钢纤维支护、柔性钢支架支护到锚网喷与柔性钢支架联合支护等形式，但这些支护形式的效果都不是很理想。深部巷道非对称变形破坏问题凸显，尤其是在最大主应力方向与水平面存在明显夹角、倾斜岩层、地质构造影响区、沿空巷道、井底车场、马头门等复杂硐室和受地下水影响明显的软岩巷道等情况下，巷道围岩变形呈现出明显的非对称特征。近年来，针对该问题的研究并不多见，深部巷道的非对称变形破坏的相关研究还很不成熟，尚未见对非对称地应力作用下的巷道围岩变形破坏支护机理及支护对策方面的较为系统的研究。总体来说，在深部高应力软岩和破碎岩体条件下巷道及硐室群表现出的非对称大变形，难支护问题，采用目前常用的支护方式进行支护，很难满足深部高应力巷道及硐室群的支护需要，严重影响了深部岩体工程的生产和安全。
发明内容本实用新型的目的在于针对现有技术不足而提供一种三维非对称支护系统，该系统针对性强，支护能力强，结构简单，装置连接方便，护表面积大，稳定性好，受力合理协调。适用于各种巷道及硐室群的支护，尤其适用于深部非对称变形巷道的支护。本实用新型采取的技术方案为三维非对称支护系统，包括多个钢管混凝土单架，该单架一般情况下是闭合的，特殊情况也可设计成非闭合单架，多个钢管混凝土单架通过纵向连接梁连接在一起围成巷道形状的支架，支架和巷道围岩之间铺设有金属网，纵向连接梁上布有锚索孔，锚索穿过纵向连接梁的锚索孔和金属网向外延伸，同时在巷道围岩中按设计间排距安设有锚杆。所述的钢管混凝土单架由矩形截面空心钢管内部填装混凝土组成。矩形截面空心钢管由多节钢管通过支架节点连接起来，便于运输、搬动，支护工艺简单、实用。钢管混凝土单架一般为环形、直墙拱形或马蹄形。所述的矩形截面空心钢管管壁开有注浆孔和排气孔。所述的三维非对称支护体系的支护构件布置方式根据具体工程地质条件设计为非对称的。主要是指锚杆与锚索的布置及型号尺寸、钢管混凝土单架的截面尺寸和强度刚度设计为非对称的，局部加强，局部减弱。[0011 ] 所述的混凝土为膨胀混凝土。所述的纵向连接梁为一种截面形式为“II”形的钢梁，通过纵向节点与钢管混凝土单架连接。所述的锚杆为高强预紧力锚杆，通过预紧力使锚杆对围岩产生挤压兜护作用。所述的锚索为高强预紧力锚索，穿过纵向连接梁的锚索孔锚固到围岩中，通过预紧力使锚索对围岩产生挤压兜护作用。本实用新型所述的三维非对称支护系统，由于包括钢管混凝土单架、纵向连接梁、锚杆、锚索和金属网，为围岩支护提供了一种高刚度和高强度的结构，同时可以根据具体地质条件将纵向连接梁、锚杆和锚索布置成非对称的，在关键部位加强支护，具有针对性强， 支护能力强，结构简单，装置连接方便，护表面积大，稳定性好和受力合理协调的优点。由于设置了纵向连接梁，使支护体系形成了空间的三维支护结构，一方面可以为围岩提供三维支护力，另一方面可以有效防止矩形钢管混凝土支架的沿巷道轴向的倾覆。所述钢管混凝土单架的钢管截面为矩形，与圆柱状外形钢管相比，矩形钢管具有以下显著优点①能够与岩面密切接触，相对具有更大的护表面积，②便于各管件之间和管柱之间的组装与连接，③便于与预应力锚索、托盘等构件配合使用，增强支架对上覆岩层的支护强度。本实用新型三维非对称支护系统适用于各种巷道及硐室群的支护，尤其适用于深部非对称变形巷道的支护。
图I为本实用新型三维非对称支护系统的结构示意图(正视图)；图2为本实用新型三维非对称支护系统的结构示意图(侧视图)；图3为矩形截面钢管混凝土单架横截面示意图。图例说明1_钢管混凝土单架；2_纵向连接梁；3-锚杆；4-锚索；5_金属网；6-支架节点-J-纵梁节点;8-巷道；9_矩形截面空心钢管；10-混凝土 ； 11-注浆孔；12-排气孔。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型做进一步说明。如图1-2，三维非对称支护系统，包括多个钢管混凝土单架I ( 一般情况下是闭合的，特殊情况也可设计成非闭合单架)，多个钢管混凝土单架I通过纵向连接梁2连接在一起围成巷道8形状的支架，支架和巷道围岩之间铺设有金属网5，纵向连接梁2上布有锚索孔，锚索4穿过纵向连接梁2的锚索孔和金属网5向外延伸，同时在巷道围岩中按设计间排距安设有锚杆3。钢管混凝土单架由矩形截面空心钢管9内部填装混凝土 10组成。图3所示，矩形截面空心钢管9由多节钢管通过支架节点连接起来。所述的矩形截面空心钢管9管壁开有注浆孔11和排气孔12。在巷道8开挖后，首先在巷道8表面铺设金属网5，然后安装锚杆3，通过锚固剂锚固到围岩中，并施加预紧力；然后安设钢管混凝土单架1，在钢管混凝土单架I上通过纵梁节点7安设纵向连接梁2，在纵向连接梁2上安装锚索4，并施加预紧力，形成三维立体支护系统。钢管混凝土单架1，首先将多节矩形截面空心钢管9通过支架节点6相互连接为封闭式浅底半圆拱形结构，矩形截面空心钢管9的内部填装混凝土 10，钢管混凝土单架侧部管壁上开有注浆孔11，钢管混凝土单架的上部管壁上开有排气孔12，混凝土等凝固剂通过注浆孔11注入空心管体内部，气体从排气孔12排出。钢管混凝土单架I、纵向连接梁2、锚杆3、锚索4等支护构件的具体安装密度及位置根据巷道8所处的具体地质情况而定，在支护关键部位加强支护，形成具有针对性的三维非对称支护系统。锚杆3、锚索4的预紧力可对巷道围岩产生主动的支护作用，钢管混凝土单架I可以对围岩产生径向的强力支护作用，纵向连接梁2将矩形钢管混凝土支架I相互连接，产生纵向的相互作用力，有效防止钢管混凝土单架11产生沿巷道轴向的倾覆，同时有效控制巷道围岩沿巷道轴向方向的变形，形成对巷道围岩的三维控制作用。 钢管混凝土单架I利用矩形截面空心钢管9和混凝土 10在受力过程中的相互作用使混凝土 10处于三维受压应力状态下，从而使混凝土 10的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时由于混凝土 10的作用可以避免或延缓矩形截面空心钢管9发生局部屈曲，从而保证材料性能的充分发挥。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.三维非对称支护系统，其特征是，包括多个钢管混凝土单架，单架为闭合或非闭合，多个钢管混凝土单架通过纵向连接梁连接在一起围成巷道形状的支架，支架和巷道围岩之间铺设有金属网，纵向连接梁上布有锚索孔，锚索穿过纵向连接梁的锚索孔和金属网向外延伸，同时在巷道围岩中按设计间排距安设有锚杆。
2.根据权利要求I所述的三维非对称支护系统，其特征是，所述的钢管混凝土单架由矩形截面空心钢管内部填装混凝土组成。
3.根据权利要求I所述的三维非对称支护系统，其特征是，所述的钢管混凝土单架为环形、直墙拱形或马蹄形。
4.根据权利要求2所述的三维非对称支护系统，其特征是，所述的矩形截面空心钢管由多节钢管通过支架节点连接起来。
5.根据权利要求2所述的三维非对称支护系统，其特征是，所述的矩形截面空心钢管管壁开有注浆孔和排气孔。
6.根据权利要求I所述的三维非对称支护系统，其特征是，所述的纵向连接梁为一种截面形式为“II”形的钢梁。
专利摘要本实用新型涉及一种三维非对称支护系统，包括多个钢管混凝土单架，多个钢管混凝土单架通过纵向连接梁连接在一起围成巷道形状的支架，支架和巷道围岩之间铺设有金属网，纵向连接梁上布有锚索孔，锚索穿过纵向连接梁的锚索孔和金属网向外延伸，同时在巷道围岩中按设计间排距安设有锚杆。本实用新型具有针对性强，支护能力强，结构简单，装置连接方便，护表面积大，稳定性好和受力合理协调的优点。
文档编号E21D11/14GK202500581SQ201220029158
公开日2012年10月24日 申请日期2012年1月30日 优先权日2012年1月30日
发明者李为腾, 李智, 李术才, 江贝, 王德超, 王汉鹏, 王洪涛, 王 琦 申请人:山东大学