[发明专利]一种用于软岩大变形的钢拱架及释能构件及钢拱架施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程领域，尤其涉及一种用于软岩大变形的钢拱架及释能构件及钢拱架施工方法。

背景技术

在隧道工程中，存在软弱围岩情况，软岩强度低、自稳性差，施工中难以控制其变形，其变形特征主要包括以下几点：变形量大、初期变形速度快、变形持续时间长、围岩破坏范围大、压力迅速增长以及变形破坏形式多样。因此，为了维持围岩稳定和保证隧道净空的要求，常采用具有较大支护强度和刚度的钢拱架进行支护。钢拱架具有一经及时合理安装就能立即发挥其支护效果的优点，但传统的钢拱架不能适应软弱围岩的变形特征，即使采用U型钢可缩性支架，使用效果也不佳，其刚度不足、对外荷载敏感，依靠摩阻控制围岩变形，无法抗弯和抗剪，当围岩出现较大变形时，变形初期能量较大且得不到释放，钢架易发生扭曲甚至整体失稳。因此，如何实现软弱围岩中钢拱架连接，达到拱架可伸缩以控制变形的目的，关系到整个钢拱架支护系统的支护效果和隧道施工的正常运行。

发明内容

针对上述情况，为解决现有技术缺陷，本发明的目的在于提供一种用于软岩大变形的钢拱架释能释能构件及使用方法，以解决现有钢架存在的刚度不足、对外荷载敏感，难以控制围岩变形的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种释能构件，包括上、下连接板(21)、轴心(22)、轴承(23)、卸荷溢流阀(24)、活塞(25)和油缸(26)；所述卸荷溢流阀(24)包括调压螺栓(241)、弹簧(242)、阀芯(243)和阀体(244)；上连接板固定连接轴心(22)，轴心(22)固定连接活塞(25)，下连接板固定连接油缸(26)，活塞(25)和油缸(26)配合，活塞(25)上设置通孔，该通孔连通阀体(244)的排油孔；阀体(224)内设置阀芯(243)，阀芯(243)在弹簧(242)的作用力下封堵排油孔；弹簧(242)的一端连接到阀芯(243)，一端连接调压螺栓(241)，调压螺栓可以调节弹簧(242)的预压力以达到调节泄压油压的目的。

所述的释能构件，油缸(26)和轴心(22)之间设置轴承(23)，上下两部分之间可以相对移动；轴心(22)和油缸(26)为圆筒状刚体。

所述的释能构件，轴心(22)的中空结构容纳泄压过程排出的液压油。

所述的释能构件，轴心外径为D_轴，长度为L_轴，油缸外径为D_缸，长度为L_缸，D_轴<D_缸，L_轴>L_缸。

一种用于软岩大变形的钢拱架，采用任一所述的释能构件连接各段钢拱架。

所述的钢拱架，包含拱部释能构件，位于上台阶钢拱架的拱部中央，用于吸收围岩横向变形；脚部释能构件，位于上台阶钢拱架的脚部，用于吸收围岩竖向变形；和下台阶释能构件，位于下台阶钢拱架的脚部，用于承受“预留变形量”。

所述的钢拱架的施工方法，软弱围岩隧道开挖采用上下台阶法；安装上台阶支护钢拱架，将上台阶释能构件用螺栓连接在上台阶支护钢拱架拱部中央和脚部，再一并安装在支护部位，拱部释能构件用于吸收围岩横向变形，脚部释能构件用于吸收围岩竖向变形，围岩稳定后即可喷混凝土；安装下台阶支护钢架，将下台阶释能构件用螺栓连接在下台阶支护钢架脚部，再用螺栓将下台阶支护钢架上部与上台阶脚部释能构件相连接，围岩稳定后即可喷混凝土。

当围岩变形增大导致钢拱架和本发明主体结构受力增大时，卸荷溢流阀可以控制排油孔阶段性开闭，即可控制活塞阶段性运动，以此使本发明主体结构阶段性缩小，以达到阶段性释放围岩压力，允许围岩充分变形，释放围岩能量的目的。本发明可以在软弱围岩发生大变形时自动缩小，既能承受弯矩，也能抗剪，并通过卸荷溢流阀的控制保持恒定的工作阻力，在实现卸载释能的同时能提供恒定的支护力保持围岩稳定，因此本发明能够在围岩发生大变形时仍具有很好的支护效果。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明中释能构件的结构示意图。

图3为本发明中卸荷溢流阀的结构示意图。

图4为本发明中连接板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。