支护限阻器及初期支护结构的制作方法

1.本发明涉及隧道工程技术领域，具体而言，涉及一种支护限阻器及初期支护结构。


背景技术：

2.在隧道检测中，围岩的稳定性至关重要。现有的初期支护结构一般采用限阻器(屈服单元)，现有的限阻器的结构大致为，设置多张限阻钢板作曲服单元，多张限阻钢板竖直设置于两水平钢板之间。但是，竖直的限阻钢板在受力变形过程中弯曲方向是随机，竖向钢板之间间距过小会出现碰撞、叠加现象导致不能保证恒阻，出现二次峰值，间距过大又提供不了足够的恒阻值。且由于隧道初支所采用的高刚度型钢钢架处的刚度和喷混凝土早期刚度之间存在差异，使得隧道纵向方向上不同位置的限阻器易出现变形不均匀的情况，甚至出现初支混凝土产生环向裂缝的情况。
3.有鉴于此，研发设计出一种能够解决上述技术问题的支护限阻器及初期支护结构显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种支护限阻器及初期支护结构，其具有变形可控，且变形较均匀的特点。
5.本发明提供一种技术方案：
6.第一方面，本发明实施例提供了一种支护限阻器，其包括第一连接钢板、第二连接钢板、多张限阻钢板及多张横隔钢板；所述第一连接钢板及所述第二连接钢板平行设置，且均用于沿隧道纵向方向延伸，并与初期支护结构的钢架连接；多张所述限阻钢板依次间隔设置于所述第一连接钢板和所述第二连接钢板之间，且所述限阻钢板的两端分别与所述第一连接钢板和所述第二连接钢板连接；多张所述横隔钢板分别设置于相邻两张所述限阻钢板之间，且分别与对应的两张所述限阻钢板连接。
7.结合第一方面，在第一方面的另一种实现方式中，与所述钢架对应的所述限阻钢板之间的间隔为第一限阻间隔，其他位置的相邻两张所述限阻钢板之间的间隔为第二限阻间隔；
8.所述第二限阻间隔内设置至少一张所述横隔钢板，所述第一限阻间隔内的所述横隔钢板的数量大于所述第二限阻间隔内的所述横隔钢板的数量，且同一所述第一限阻间隔或所述第二限阻间隔内的所述横隔钢板间隔设置。
9.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述第二限阻间隔内的所述横隔钢板在第一方向上的投影，与所述第一限阻间隔内的多张所述横隔钢板在所述第一方向上的投影重合；或者，所述第二限阻间隔内的所述横隔钢板在第一方向上的投影位于，所述第一限阻间隔内的多张所述横隔钢板在所述第一方向上的投影之间；其中，所述第一方向为所述第一连接钢板的延伸方向。
10.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述第一限
阻间隔内的具有两张所述横隔钢板，且两张所述横隔钢板各自与所述第二限阻间隔内的所述横隔钢板的距离相同。
11.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，多个所述第二限阻间隔内的所述横隔钢板距离所述第一连接钢板的距离相同。
12.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述支护限阻器包括多张所述第一连接钢板和多张所述第二连接钢板；
13.多张所述第一连接钢板依次连接，且相邻两张所述第一连接钢板对接且焊接连接；多张所述第二连接钢板依次连接，且相邻两张所述第二连接钢板对接且焊接连接。
14.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述支护限阻器还包括焊接钢条，所述焊接钢条设置于相邻两张所述第一连接钢板的接缝位置，且与两张所述第一连接钢板共同焊接连接。
15.第二方面，本发明实施例还提供了一种初期支护结构，其包括多根钢架和所述的支护限阻器；所述支护限阻器包括第一连接钢板、第二连接钢板、多张限阻钢板及多张横隔钢板；所述第一连接钢板及所述第二连接钢板平行设置，且均用于沿隧道纵向方向延伸，并与初期支护结构的钢架连接；多张所述限阻钢板依次间隔设置于所述第一连接钢板和所述第二连接钢板之间，且所述限阻钢板的两端分别与所述第一连接钢板和所述第二连接钢板连接；多张所述横隔钢板分别设置于相邻两张所述限阻钢板之间，且分别与对应的两张所述限阻钢板连接。多根所述钢架依次连接，且用于沿隧道的周向设置，所述支护限阻器设置于相邻两根所述钢架之间，且所述第一连接钢板和所述第二连接钢板分别与两根所述钢架各自的端部连接。
16.结合第二方面，在第二方面的第一种实现方式中，所述初期支护结构还包括连接支座，所述连接支座连接于所述钢架的端部，并与所述第一连接钢板连接，以连接所述钢架和所述第一连接钢板。
17.结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的第二种实现方式中，所述初期支护结构还包括钢筋网片，所述钢筋网片分别与所述钢架及所述第一连接钢板连接。
18.相比现有技术，本发明实施例提供的支护限阻器相对于现有技术的有益效果包括：
19.该支护限阻器包括第一连接钢板、第二连接钢板、多张限阻钢板及多张横隔钢板，其中第一连接钢板及第二连接钢板平行设置，且均用于沿隧道纵向方向延伸，并与初期支护结构的钢架连接。而多张限阻钢板依次间隔设置于第一连接钢板和第二连接钢板之间，且限阻钢板的两端分别与第一连接钢板和第二连接钢板连接，以支撑第一连接钢板和第二连接钢板。多张横隔钢板分别设置于相邻两张限阻钢板之间，且分别与对应的两张限阻钢板连接，这样一来，通过多张横隔钢板将限阻钢板的侧面连接起来，从而通过横隔钢板对限阻钢板弯曲方向进行变形诱导，使得多张限阻钢板的弯曲变形均沿一个方向，从而降低了限阻钢板在受力变形过程中弯曲方向随机发生的几率，进而降低了限阻钢板之间出现碰撞、叠加现象的几率，以保持支护限阻器的阻值恒定，避免出现二次峰值的情况，且提高了支护限阻器的有效压缩行程。此外，限阻钢板的弯曲变形也会经横隔钢板传递至相邻的限阻钢板，这使得支护限阻器上不同位置的限阻钢板的变形幅度大致相同，使得其整体变形较均匀，也使得初支混凝土不易出现环向裂缝。
20.本发明实施例提供的初期支护结构相对于现有技术的有益效果与上述的支护限阻器相对于现有技术的有益效果相同，在此不再赘述。
21.为使本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1为本发明实施例提供的支护限阻器应用于初期支护结构的结构示意图。
24.图2为本发明实施例提供的支护限阻器应用于初期支护结构的部分立体结构示意图。
25.图3为本发明实施例提供的连接有钢架的支护限阻器的结构示意图。
26.图4为本发明实施例提供的支护限阻器压缩后的结构示意图。
27.图5为本发明实施例提供的支护限阻器在压缩过程中压缩量和阻值的坐标示意图。
28.图标：100-初期支护结构；20-钢架；30-连接支座；40-连接角钢；50-钢筋网片；60-初支混凝土；10-支护限阻器；11-第一连接钢板；111-第一限阻间隔；122-第二限阻间隔；12-第二连接钢板；13-限阻钢板；15-横隔钢板；16-焊接钢条；b-第一方向。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
31.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理
解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
33.实施例：
34.请参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的支护限阻器10应用于初期支护结构100的结构示意图。图2为本发明实施例提供的支护限阻器10应用于初期支护结构100的部分立体结构示意图。在图2中，b箭头所指的方向为第一方向b。
35.本发明实施例提供一种支护限阻器10，该支护限阻器10具有变形可控，且变形较均匀的特点。该支护限阻器10能够应用于初期支护结构100等。支护限阻器10应用于初期支护结构100时，该支护限阻器10设置于相邻两根钢架20之间，以与钢架20共同支撑隧道洞周，且通过设置支护限阻器10来适应隧道洞周变形。
36.由于初期支护结构100采用了本发明实施例提供的支护限阻器10，所以该初期支护结构100也具有变形可控，且变形较均匀的特点。
37.以下将具体介绍本发明实施例提供的支护限阻器10的结构组成、工作原理及有益效果。
38.请继续参阅图2，以及参阅图3和图4，图3为本发明实施例提供的连接有钢架20的支护限阻器10的结构示意图。图4为本发明实施例提供的支护限阻器10压缩后的结构示意图。
39.该支护限阻器10包括第一连接钢板11、第二连接钢板12、多张限阻钢板13及多张横隔钢板15，其中第一连接钢板11及第二连接钢板12平行设置，且均用于沿隧道纵向方向延伸，并与初期支护结构100的钢架20连接。而多张限阻钢板13依次间隔设置于第一连接钢板11和第二连接钢板12之间，且限阻钢板13的两端分别与第一连接钢板11和第二连接钢板12连接，以支撑第一连接钢板11和第二连接钢板12。多张横隔钢板15分别设置于相邻两张限阻钢板13之间，且分别与对应的两张限阻钢板13连接，这样一来，通过多张横隔钢板15将限阻钢板13的侧面连接起来，从而通过横隔钢板15对限阻钢板13弯曲方向进行变形诱导，使得多张限阻钢板13的弯曲变形均沿一个方向，如图4所示，从而降低了限阻钢板13在受力变形过程中弯曲方向随机发生的几率，进而降低了限阻钢板13之间出现碰撞、叠加现象的几率，以保持支护限阻器10的阻值恒定，避免出现二次峰值的情况，且提高了支护限阻器10的有效压缩行程。此外，限阻钢板13的弯曲变形也会经横隔钢板15传递至相邻的限阻钢板13，这使得支护限阻器10上不同位置的限阻钢板13的变形幅度大致相同，使得其整体变形较均匀，也使得初支混凝土60不易出现环向裂缝。
40.需要说明的是，为使支护限阻器10具有较好的屈服变形能力和峰后残余承载能力，限阻钢板13及横隔钢板15可采用q235低碳钢制成。
41.请继续参阅图2、图3及图4，以及参阅图5，图5为本发明实施例提供的支护限阻器10在压缩过程中压缩量和阻值的坐标示意图。在图5中，竖坐标为阻值，横坐标为压缩量，a1线条表征支护限阻器10取消横隔钢板15时的阻值随压缩量的变化关系，a2线条表征支护限阻器10的第二限阻间隔122对应位置的阻值随压缩量的变化关系，a3线条表征支护限阻器
10的第一限阻间隔111对应位置的阻值随压缩量的变化关系。
42.进一步地，与钢架20对应的限阻钢板13之间的间隔为第一限阻间隔111，而其他位置的相邻两张限阻钢板13之间的间隔为第二限阻间隔122。其中，第一限阻间隔111内设有多张横隔钢板15，且多张横隔钢板15依次间隔设置，第二限阻间隔122内设置一张横隔钢板15，这样一来，通过增加第一限阻间隔111内的横隔钢板15数量，第一限阻间隔111对应的限阻钢板13的变形阻力加大，或者说，使得支护限阻器10在第一限阻间隔111位置的刚度较大，以与初期支护结构100在隧道纵向方向上的刚度分布相匹配，通过设置第一限阻间隔111内阻力较大的限阻钢板13支撑钢架20，以使得支护限阻器10在适应隧道洞周变形时的整体变形较均匀，进一步降低初支混凝土60出现环向裂缝的几率。
43.需要说明的是，在其他实施例中，第二限阻间隔122内也可设置至少两张横隔钢板15，而第一限阻间隔111内的横隔钢板15的数量大于第二限阻间隔122内的横隔钢板15的数量，以使支护限阻器10的刚度分布与初期支护结构100在隧道纵向方向上的刚度分布相匹配。
44.此外，通过设置横隔钢板15后，在支护限阻器10的压缩过程中，不同位置初始峰值不同，如图5所示，支护限阻器10的第一限阻间隔111对应位置的阻值峰值大于支护限阻器10的第二限阻间隔122对应位置的阻值峰值，支护限阻器10的第二限阻间隔122对应位置的阻值峰值大于支护限阻器10取消横隔钢板15时的阻值峰值。并且，支护限阻器10的第一限阻间隔111对应位置的阻值在恒定时的数值大于支护限阻器10的第二限阻间隔122对应位置阻值在恒定时的数值，支护限阻器10的第二限阻间隔122对应位置阻值在恒定时的数值大于支护限阻器10取消横隔钢板15状态下阻值在恒定时的数值。从而通过第一限阻间隔111对应位置来较好地支撑钢架20，此外，在第二限阻间隔122也可可根据具体情况增加横隔钢板15，以使得支护限阻器10的结构刚度分布与应用场景更加匹配。
45.进一步地，第二限阻间隔122内的横隔钢板15在第一方向b上的投影位于，第一限阻间隔111内的多张横隔钢板15在第一方向b上的投影之间；其中，第一方向b为第一连接钢板11的延伸方向。换言之，第二限阻间隔122内的横隔钢板15与第一限阻间隔111内的横隔钢板15之间的间隔对应，以使得横隔钢板15较稳定的传递及引导限阻钢板13弯曲变形，且使得在限阻钢板13弯曲变形时，第一限阻间隔111对应的限阻钢板13的变形形状大致与相邻的第二限阻间隔122对应的限阻钢板13的变形形状相同。
46.需要说明的是，在其他实施例中，第二限阻间隔122内的横隔钢板15在第一方向b上的投影，也可与第一限阻间隔111内的多张横隔钢板15在第一方向b上的投影重合。
47.此外，在本实施例中，第一限阻间隔111内的两张横隔钢板15各自与第二限阻间隔122内的横隔钢板15的距离相同。换言之，第一限阻间隔111内的两张横隔钢板15之间的间隔与第二限阻间隔122内的横隔钢板15正对，以进一步提高横隔钢板15稳定传递及引导限阻钢板13弯曲变形的稳定性。
48.并且，多个第二限阻间隔122内的横隔钢板15距离第一连接钢板11的距离相同，换言之，多个第二限阻间隔122内的多张横隔钢板15呈一字连续排列，如图2所示，以进一步提高横隔钢板15稳定传递及引导限阻钢板13弯曲变形的稳定性。
49.请继续参阅图2和图3，支护限阻器10可包括多张第一连接钢板11和多张第二连接钢板12，其中，多张第一连接钢板11依次连接，且相邻两张第一连接钢板11对接且焊接连
接。多张第二连接钢板12也依次连接，且相邻两张第二连接钢板12对接且焊接连接。从而使得支护限阻器10在隧道纵向方向上形成一道连续的纵梁。
50.需要说明的是，支护限阻器10还可包括焊接钢条16，焊接钢条16设置于相邻两张第一连接钢板11的接缝位置，且与两张第一连接钢板11共同焊接连接，以提高其连接的稳固度。当然，焊接钢条16还可设置于相邻两张第二连接钢板12的接缝位置，且与两张第二连接钢板12共同焊接连接，以提高第二连接钢板12之间连接的稳固度。进一步增强支护限阻器10的整体性。
51.请继续参阅图1和图2，对于初期支护结构100，其多根钢架20依次连接，且用于沿隧道的周向设置，支护限阻器10设置于相邻两根钢架20之间，且第一连接钢板11和第二连接钢板12分别与两根钢架20各自的端部连接，从而通过支护限阻器10适应隧道洞周的变形，为隧道提供较稳定的支护结构。
52.进一步地，初期支护结构100还可包括连接支座30，该连接支座30连接于钢架20的端部，并与第一连接钢板11连接，以连接钢架20和第一连接钢板11。使得钢架20和第一连接钢板11的连接位置面积较大，避免第一连接钢板11上局部受力过大，当然，第二连接钢板12也可通过连接支座30与钢架20的端部连接。
53.需要说明的是，连接支座30可通过连接螺栓与第一连接钢板11或第二连接钢板12连接，提高其装配的便捷性。并且，连接支座30还可通过连接角钢40与钢架20连接，如图2所示，以增加其连接的稳定性。此外，钢架20可为工字型钢或h型钢，以使钢架20与第一连接钢板11的连接位置的连接面积较大。
54.进一步地，初期支护结构100还可包括钢筋网片50，钢筋网片50分别与钢架20及第一连接钢板11连接，以使得喷射混凝土稳定的凝固于钢架20和第一连接钢板11围成的格子内，使得第一连接钢板11、钢架20以及喷射混凝土形成一整体，其中，喷射混凝土即为初支混凝土60。当然，钢筋网片50也可分别与钢架20及第二连接钢板12连接。此外，钢筋网片50的数量可为多张，并且，两张钢筋网片50间隔设置，且分别与第一连接钢板11靠近及远离隧道洞壁的两条边缘连接，还分别与钢架20靠近及远离隧道洞壁的两条边缘连接；换言之，钢架20和第一连接钢板11围成的格子内具有两张钢筋网片50，其分别和钢架20的两翼缘焊接，也与第一连接钢板11在隧道径向方向上的两边连接，以增加钢架20、支护限阻器10和喷射混凝土之间的粘结强度和整体性。
55.而在施工中，可依据现场地质、支护参数等基本资料进行受力分析，结合现场常规支护施工反馈，将横支护限阻器10设置于初期支护结构100中的关键受力变形位置。且在支护限阻器10与钢架20连接处的采用双层或多层横隔钢板15，在其余部分支护限阻器10可采用单层横隔钢板15，以通过横隔钢板15到诱导限阻器变形方向一致，从而保证支护限阻器10的恒阻性能以及有效压缩率，并且使得支护限阻器10的刚度分布与初期支护结构100的纵向刚度分布相匹配，使支护限阻器10沿纵向协调变形，避免出现环向裂缝。支护限阻器10压缩变形收敛稳定后或压缩变形量达到设计行程后，可通过施工喷射混凝土封闭支护限阻器10，又形成支护强度与刚度不低于常规支护的初支结构，可保障二衬施工后的运营期的结构安全。
56.本发明实施例提供的支护限阻器10的工作原理是：
57.该支护限阻器10包括第一连接钢板11、第二连接钢板12、多张限阻钢板13及多张
横隔钢板15，其中第一连接钢板11及第二连接钢板12平行设置，且均用于沿隧道纵向方向延伸，并与初期支护结构100的钢架20连接。而多张限阻钢板13依次间隔设置于第一连接钢板11和第二连接钢板12之间，且限阻钢板13的两端分别与第一连接钢板11和第二连接钢板12连接，以支撑第一连接钢板11和第二连接钢板12。多张横隔钢板15分别设置于相邻两张限阻钢板13之间，且分别与对应的两张限阻钢板13连接，这样一来，通过多张横隔钢板15将限阻钢板13的侧面连接起来，从而通过横隔钢板15对限阻钢板13弯曲方向进行变形诱导，使得多张限阻钢板13的弯曲变形均沿一个方向，从而降低了限阻钢板13在受力变形过程中弯曲方向随机发生的几率，进而降低了限阻钢板13之间出现碰撞、叠加现象的几率，以保持支护限阻器10的阻值恒定，避免出现二次峰值的情况，且提高了支护限阻器10的有效压缩行程。此外，限阻钢板13的弯曲变形也会经横隔钢板15传递至相邻的限阻钢板13，这使得支护限阻器10上不同位置的限阻钢板13的变形幅度大致相同，使得其整体变形较均匀，也使得初支混凝土60不易出现环向裂缝。
58.综上所述：
59.本发明实施例提供一种支护限阻器10，其具有变形可控，且变形较均匀的特点。
60.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在不冲突的情况下，上述的实施例中的特征可以相互组合，本发明也可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。并且，应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。