[发明专利]一种带有预应力的可缩式钢拱架支护结构

说明书

一种带有预应力的可缩式钢拱架支护结构，用于围岩支护，由多组可缩式钢拱架支护组成，可缩式钢拱架紧贴围岩结构，每组可缩式钢拱架支护包括两个工字钢、两个钢板、可变形接头套筒、螺栓、弹簧、可变形接头套杆、套杆顶部锥形结构、套筒底部倒锥形结构；当套杆顶部锥形结构顶部与套筒底部倒锥形结构底部接触，形成自锁结构，并在可变形接头套杆内灌入混凝土，最终可缩式钢拱架和混凝土形成整体受力结构。本发明结构在隧道支护时不仅释放了围岩压力，增大了隧道初期支护结构变形，还减少了隧道初期支护的内力，在保证隧道安全的情况下实现了经济、合理、易实施的环向让压支护理念。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种带有预应力的可缩式钢拱架支护结构。

背景技术

在隧道建设过程中，施工时面对挤压大变形问题时，根据围岩收敛曲线及支护特征曲线，可知围岩收敛变形与支护抗力间存在的动态耦合关系，当采取不同刚度的支护方案时，给出一定的让压量，便可大大减小支护力。而钢拱架作为初期支护的主要环向支护结构之一，当面对隧道挤压大变形时，隧道围岩变形增加，围岩压力却在逐步减小，但由钢拱架和混凝土组成的隧道环向支护刚度很大，阻碍围岩变形，使得围岩压力得不到充分的释放，从而隧道初期支护结构承担的荷载很大，当围岩压力超过初期支护结构的极限承载力时，初期支护结构将发生破坏，增加施工成本，造成经济损失，严重时还会引发安全事故。

发明内容

本发明目的在于提供一种带有预应力的可缩式钢拱架支护结构，用以支护围岩结构，并且达到初期释放围岩压力，减少钢拱架内部初期支护结构内力，保证支护结构安全的目的。

技术方案：

一种带有预应力的可缩式钢拱架支护结构，用于围岩支护，其特征在于，由多组可缩式钢拱架支护组成，可缩式钢拱架紧贴围岩结构，每组可缩式钢拱架支护包括两个工字钢1、两个钢板2、可变形接头套筒3、螺栓4、弹簧5、可变形接头套杆6、套杆顶部锥形结构7、套筒底部倒锥形结构8；

所述工字钢1端头部位与钢板2焊接接触；

所述可变形接头套筒3为圆形钢结构空心管，通过螺栓4与左侧的钢板2连接，并且可变形接头套筒3安装在左侧钢板2中心处；

在可变形接头套筒3内，紧贴左侧的钢板2，并在中心处安装套筒底部倒锥形结构8；所述套筒底部倒锥形结构8为靠近左侧的钢板2横截面小，远离左侧的钢板2横截面大的倒锤形结构，且内部设置台阶状嵌套圆环卡槽。

所述可变形接头套杆6为空心钢结构钢管，尾部通过螺栓4与右侧的钢板2连接，且安装在右侧钢板2中心处，并且可变形接头套杆6外径小于可变形接头套筒3的内径，在可变形接头套筒3内滑动；

所述套杆顶部锥形结构7安装在可变形接头套杆6顶部；所述套杆顶部锥形结构7为锥状结构，且设置台阶状圆环凸起，可与套筒底部倒锥形结构8的台阶状嵌套圆环卡槽形成自锁结构。

所述弹簧5设置在可变形接头套筒3外部，两端分别与左侧的钢板2和右侧的钢板2连接，安装后弹簧5处于压缩状态，达到设置一定预应力的效果。

一种带有预应力的可缩式钢拱架支护结构，其工作原理为：

根据可缩式钢拱架的结构状态，分为三个支护阶段。第一阶段，两个工字钢位置不变，弹簧5未变形；第二阶段，两个工字钢相互靠近，弹簧5压缩，可变形接头套杆6带动套杆顶部锥形结构7向套筒底部倒锥形结构8移动；第三阶段，套杆顶部锥形结构7顶部与套筒底部倒锥形结构8底部接触，形成自锁结构，并在可变形接头套杆6内灌入混凝土，最终可缩式钢拱架和混凝土形成整体受力结构。

有益效果：

(1)可通过可变形接头中弹簧进行预应力的设置、极限变形让压量的设置、极限变形时钢拱架内力的设置；