一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的制作方法

本发明涉及一种隧道初期支护装置，属于隧道施工工程技术领域，具体涉及一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构。

背景技术：

目前，复合式衬砌在我国隧道工程中广泛应用，根据新奥法设计理念，初期支护是主要承载结构。隧道初期支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架等组成的联合支护体系，其中钢架具有较大的支护强度和刚度，能够显著增强初期支护能力。为了增加每榀钢架的整体稳定性，相邻钢架间常采用纵向连接钢筋进行连接；为了将钢架锚固在围岩深部，充分发挥钢架的刚度和强度，钢架台阶脚部常设置锁脚锚管。传统的纵向连接钢筋及锁脚与钢架采用焊接连接，现有的技术存在以下问题：

1、隧道内焊接存在施工速度慢的问题，不符合软弱围岩隧道施工十八字方针中“早封闭”的要求；

2、焊接产生大量有毒气体，污染环境，不利于施工人员的职业健康；

3、由于现场焊接有仰焊、且作业空间狭窄，焊接质量难以保证；

4、瓦斯隧道中进行焊接作业对通风要求较高，存在一定安全隐患。

在中国实用新型专利CN205477642U中公开了一种长大深埋瓦斯突出隧道无焊支护结构，由初期支护钢架和超前支护钢骨架构成，初期支护钢架由多榀拱架组成，拱架通过锚固在隧道壁上的锁脚锚管和螺母固定连接；相邻拱架之间通过纵向连接拉杆和螺母固定连接；所述超前支护钢骨架包括多根前伸并灌浆锚固的无缝钢管形成管棚结构，每根无缝钢管对应一灌浆孔，多个灌浆孔沿隧道控制轮廓线的上部和左右帮分布成两排，两排灌浆孔相互错位，且无缝钢管在遇煤层时具有穿出煤层的部分，超前支护钢骨架还包括沿隧道壁向外倾斜40～50°插入岩层或煤层并灌浆锚固的多根花管结构的超前小导管。该结构存在通用性较差、不能根据锁脚锚管的实际工况调整锚管与钢拱架之间的倾角、不能保证锚管与钢拱架的稳定连接的技术问题，同时也无法实现钢拱架纵向的快速稳定的连接。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构，其不仅结构简单、装配方便，而且能够有效地避免了隧道焊接施工引起的施工速度慢、污染、质量难保证等相关问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构，其包括沿着隧道纵向间隔布置的多榀格栅钢拱架，每榀所述格栅钢拱架通过锁脚锚管连接装置锚固在隧道壁上；相邻所述格栅钢拱架之间通过可伸缩的纵向连接装置相互连接；所述锁脚锚管连接装置包括固接在所述格栅钢拱架上的导向钢板，所述导向钢板上设有供锁脚锚管穿过的导向孔；所述导向钢板中的导向孔上安装有锚固接头；所述锚固接头由锚头专用螺栓、螺母和两组楔形垫片组成；所述锚头专用螺栓穿过导向孔，所述两组楔形垫片套在锚头专用螺栓上并分别位于所述导向钢板的内外两面，所述螺母拧紧在锚头专用螺栓上，将两组楔形垫片与导向钢板内外两面紧密贴合，所述锚头专用螺栓的中心轴线与所述导向钢板的端面倾斜；所述锚头专用螺栓的轴线方向设置有贯穿注浆管道；所述锚头专用螺栓的内端与锁脚锚管相连；所述锁脚锚管安装于隧道壁内；所述纵向连接装置包括两个平行布置的可伸缩的连接单元；每个所述可伸缩的连接单元由一个双头螺纹套筒、两个纵向连接筋和两个限位板组成；每个所述纵向连接筋的一端设置有可与所述双头螺纹套筒螺纹配合连接的外螺纹，另一端的端部固接有与其中心轴线垂直的一个所述限位板；两个所述可伸缩的连接单元之间通过连接器相互连接，所述连接器可沿所述连接单元的轴线方向自由移动；所述连接器由两个相互平行布置的连接套和一个连接杆组成；所述连接杆的两端分别固接有所述连接套，所述连接杆的中心轴线与所述连接孔的中心轴线相互垂直；所述连接套上设置有用于与所述纵向连接筋滑动配合连接的连接孔。

在本发明的一种优选实施方案中，所述每组楔形垫片包括楔形橡胶垫板和平钢垫板；所述楔形橡胶垫板和所述平钢垫板同轴套装在所述锚头专用螺栓上；所述平钢垫板的一端面与所述楔形橡胶垫板的楔形端面贴合，所述平钢垫板的另一端面与所述导向钢板的导向孔端面贴合；所述楔形橡胶垫板的平端面通过连接在所述锚头专用螺栓上的螺母限位固定。

在本发明的一种优选实施方案中，所述楔形橡胶垫板内端面与垫板轴线倾斜，外端面与垫板轴线垂直。

在本发明的一种优选实施方案中，所述锚头专用螺栓包括六角螺栓头；所述六角螺栓头位于锚头专用螺栓外端；所述螺母与锚头专用螺栓内端外螺纹配合，所述两组楔形垫片和导向钢板的导向孔位于螺母与锚头专用螺栓的六角螺栓头之间。

在本发明的一种优选实施方案中，所述锚头专用螺栓的外端布置有与所述注浆管道连通的注浆接头。

在本发明的一种优选实施方案中，所述格栅钢拱架包括同轴布置的内拱架和外拱架，所述内拱架和所述外拱架之间设置有八字结；所述导向钢板预焊于所述外拱架上且与隧道壁面平行布置；所述导向孔对称设置于隧道钢架两旁的导向钢板上。

在本发明的一种优选实施方案中，所述锚头专用螺栓的内端的外螺纹与锁脚锚管外端的内螺纹相配合。

在本发明的一种优选实施方案中，所述限位板为L形角钢限位板；所述L形角钢限位板包括相互垂直的连接部和限位部；所述连接部沿着所述可伸缩的连接单元的轴线方向与所述可伸缩的连接单元焊接；所述限位部与所述可伸缩的连接单元的轴线相互垂直。

在本发明的一种优选实施方案中，所述纵向连接装置的一个可伸缩的连接单元与相邻所述格栅钢拱架的八字结沿隧道纵向顶接；所述纵向连接装置的另一个可伸缩的连接单元与相邻所述格栅钢拱架的钢拱架沿隧道纵向压接，即两个可伸缩的连接单元一个对格栅钢拱架施加沿隧道纵向的顶推力、一个对格栅钢拱架施加沿隧道纵向的压拉力，从而实现格栅钢拱架纵向的稳定连接。

在本发明的一种优选实施方案中，所述可伸缩的纵向连接装置沿着所述格栅钢拱架的环向等间距布置；连接于同一格栅钢拱架两端的两组纵向连接装置交错布置。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、安装使用方便，通过格栅钢拱架与锁脚锚管之间的拼装连接，免除了焊接，避免了焊接引起的施工速度慢、污染、质量难保证等相关问题；同时通过在格栅钢拱架预焊钢板，并在钢板上预留孔洞，可利用孔洞进行导向钻孔，方便施工；而专门设计的锚固接头可以根据具体要求替换楔度不同的楔形橡胶垫板从而实现钢架与锁脚锚管倾角的调整；通过设置锚固接头并在锚固接头内预留注浆孔，方便连接与施工，加快安装速度，通过设置可伸缩的纵向连接装置对格栅钢拱架进行限位固定，提高了安装速度，矫正灵活方便，确保在钢架安装允许偏差范围内连接的可调性。

附图说明

图1是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的结构示意图；

图2是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的沿隧道纵向的主视图；

图3是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的沿隧道纵向的俯视图；

图4是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的锁脚锚管连接装置的导向钢板结构示意图；

图5是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的锁脚锚管连接装置的结构示意图；

图6是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的锁脚锚管连接装置爆炸示图；

图7是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的锁脚锚管连接装置的锚固接头结构示意图；

图8是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的锁脚锚管连接装置的锚头专用螺栓的结构示意图；

图9是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的可伸缩的纵向连接装置与格栅钢拱架的连接结构示意图；

图10是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的可伸缩的纵向连接装置的格栅钢拱架的八字结连接关系示意图；

图11是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的可伸缩的纵向连接装置的结构示意图；

图12是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的格栅钢拱架的可伸缩的连接单元的结构示意图；

图13是本发明实施例一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的可伸缩的连接单元的连接器结构示意图；

图中：A-格栅钢拱架，B-锁脚锚管连接装置，C-可伸缩的纵向连接装置，A-1-内拱架，A-2-外拱架，A-3-八字结，B-2-导向钢板，B-2-1-导向圆孔；B-3-锚固接头；B-3-1-锚头专用螺栓；B-3-2-楔形橡胶垫板；B-3-3-平钢垫板；B-3-4-螺母；B-3-1-1-注浆接头；B-3-1-2-专用螺栓头部；B-3-1-3-预留中空注浆管道；B-3-1-4-专用螺栓螺纹；B-4-锁脚锚管；B-4-1-锁脚锚管端头设置内螺纹，C-3-可伸缩的连接单元，C-4-连接器，C-5-双头螺纹套筒，C-6-纵向连接筋，C-7-外螺纹，C-8-限位板，C-4a-连接套，C-4b-连接杆,C-4a-1-连接孔,C-8a-连接部,C-8b-限位部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由图1至图2所示的一种用于隧道初支施工的格栅钢架免焊支护结构的结构示意图可知，本发明主要用于隧道初期施工时的承载，其包括沿着隧道纵向间隔布置的多榀格栅钢拱架A，每榀格栅钢拱架A通过锁脚锚管连接装置B锚固在隧道壁上；相邻格栅钢拱架A之间通过可伸缩的纵向连接装置C相互连接；为了便于本发明每榀格栅钢拱架A的快速固定，用于固定格栅钢拱架的锁脚锚管连接装置B包括固接在格栅钢拱架A上的导向钢板B-2，导向钢板B-2上设有供锁脚锚管B-4穿过的导向孔B-2-1；导向钢板B-2中的导向孔B-2-1上安装有锚固接头B-3；锚固接头B-3由锚头专用螺栓B-3-1、螺母B-3-4和两组楔形垫片组成；锚头专用螺栓B-3-1穿过导向孔B-2-1，两组楔形垫片套在锚头专用螺栓B-3-1上并分别位于导向钢板B-2的内外两面，螺母B-3-4拧紧在锚头专用螺栓B-3-1上，将两组楔形垫片与导向钢板B-2内外两面紧密贴合，锚头专用螺栓B-3-1的中心轴线与导向钢板B-2的端面倾斜；锚头专用螺栓B-3-1的轴线方向设置有贯穿注浆管道B-3-1-3；锚头专用螺栓B-3-1的内端与锁脚锚管B-4相连；锁脚锚管B-4安装于隧道壁内，每组楔形垫片包括楔形橡胶垫板B-3-2和平钢垫板B-3-3；楔形橡胶垫板B-3-2和平钢垫板B-3-3同轴套装在锚头专用螺栓B-3-1上；平钢垫板B-3-3的一端面与楔形橡胶垫板B-3-2的楔形端面贴合，平钢垫板B-3-3的另一端面与导向钢板B-2的导向孔B-2-1端面贴合；楔形橡胶垫板B-3-2的平端面通过连接在锚头专用螺栓B-3-1上的螺母B-3-4限位固定；楔形橡胶垫板B-3-2内端面与垫板轴线倾斜，外端面与垫板轴线垂直；锚头专用螺栓B-3-1包括六角螺栓头；六角螺栓头位于锚头专用螺栓B-3-1外端；螺母B-3-4与锚头专用螺栓B-3-1内端外螺纹配合，两组楔形垫片和导向钢板2的导向孔B-2-1位于螺母B-3-4与锚头专用螺栓B-3-1的六角螺栓头之间；锚头专用螺栓B-3-1的外端布置有与注浆管道B-3-1-3连通的注浆接头B-3-1-1；格栅钢拱架A包括同轴布置的内拱架A-1和外拱架A-2，内拱架A-1和外拱架A-2之间设置有八字结A-3；导向钢板B-2预焊于外拱架A-2上且与隧道壁面平行布置；导向孔B-2-1对称设置于隧道钢架B-1两旁的导向钢板B-2上；锚头专用螺栓B-3-1的内端的外螺纹与锁脚锚管B-4外端的内螺纹相配合。其装配步骤如下：

步骤一：加工过程：在加工厂内，加工导向钢板B-2并于两侧预留导向孔B-2-1，中空锁脚锚管B-4靠钢架侧端头设置内螺纹B-4-1，根据施工工法及台阶高度要求，在格栅钢拱架A预焊导向钢板B-2。

步骤二：钻孔过程：施工现场开挖，开挖面超欠挖处理后，施作初喷混凝土，格栅钢拱架A就位，安装纵向连接装置，安装质量检验合格后，利用导向钢板B-2上预留的导向孔B-2-1进行钻孔，一般按与水平方向30—45°角度向下打设，钻研深度大于锚管长度一定距离。

步骤三，装管过程：钻孔完成后，锁脚锚管B-4从导向孔B-2-1中穿过插入钻孔。

步骤四，拼装过程：锚头专用螺栓B-3-1先通过楔形橡胶垫板B-3-2、平钢垫板B-3-3、导向孔B-2-1、螺母B-3-4与导向钢板B-2拼装夹持，接着旋转专用螺栓头部B-3-1-2使螺栓底部与锁脚锚管B-4端头连接，然后旋转螺母B-3-4使锚头B-3与钢板B-2锁紧，最后通过设置锚头专用螺栓B-3-1上的注浆接头B-3-1-1进行注浆作业，最终完成锁脚锚管按设计位置及角度定位同时又能保证锁脚锚管能与钢架有效成为一体。

步骤五，复喷过程：完成上述作业后，经验收合格后按设计要求进行复喷作业，接着进行下循环开挖及支护作业。

在步骤二中，格栅钢拱架A之间的连接通过可伸缩的纵向连接装置C实现，可伸缩的纵向连接装置C包括两个平行布置的可伸缩的连接单元C-3；每个可伸缩的连接单元C-3由一个双头螺纹套筒C-5、两个纵向连接筋C-6和两个限位板C-8组成；每个纵向连接筋C-6的一端设置有可与双头螺纹套筒C-5螺纹配合连接的外螺纹C-7，另一端的端部固接有与其中心轴线垂直的一个限位板C-8；两个可伸缩的连接单元C-3之间通过连接器C-4相互连接，连接器C-4可沿连接单元C-3的轴线方向自由移动；连接器C-4由两个相互平行布置的连接套C-4a和一个连接杆C-4b组成；连接杆C-4b的两端分别固接有连接套C-4a，连接杆C-4b的中心轴线与连接孔C-4a-1的中心轴线相互垂直；连接套C-4a上设置有用于与纵向连接筋C-6滑动配合连接的连接孔C-4a-1，限位板C-8为L形角钢限位板；L形角钢限位板包括相互垂直的连接部C-8a和限位部C-8b；连接部C-8a沿着可伸缩的连接单元C-3的轴线方向与可伸缩的连接单元C-3焊接；限位部C-8b与可伸缩的连接单元C-3的轴线相互垂直，可伸缩的纵向连接装置C的一个可伸缩的连接单元C-3与相邻格栅钢拱架A的八字结A-3沿隧道纵向顶接；可伸缩的纵向连接装置C的另一个可伸缩的连接单元C-3与相邻格栅钢拱架A的钢拱架沿隧道纵向压接(即一个纵向连接装置C的两个连接单元C-3的作用于同一个格栅钢拱架A上时，其两个连接单元C-3所施加力的方向相反)，可伸缩的纵向连接装置C沿着格栅钢拱架A的环向等间距布置；连接于同一格栅钢拱架A两端的两组纵向连接装置C交错布置。

应当理解的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。