[发明专利]用于巷（隧）道支护的钢-膜复合约束型拱架及施作工艺

说明书

本发明公开了一种用于巷(隧)道支护的钢‑膜复合约束型拱架及施作工艺，钢‑膜复合约束型拱架由半约束钢与柔性约束膜套复合组成，柔性约束膜套膨胀扩充可有效填充半约束钢与围岩表面之间间隙，并可对围岩产生主动预压力。半约束钢、柔性约束膜套可对内部充填材料进行套箍约束，高效发挥不同材料承载性能优势，以共同抵抗围岩压力作用。本发明可解决常规拱架因应力集中而易造成承载力难以发挥或局部失稳问题，也可解决常规拱架难以让压支护技术问题，具有较高承载能力，并可实现围岩主动支护效果，还可有效保障施作质量、提高运输效率、降低工人劳动强度。

技术领域

本发明涉及巷(隧)道支护技术领域，尤其涉及一种用于巷(隧)道支护的钢-膜复合约束型拱架及施作工艺。

背景技术

受开挖卸荷效应与应力重分布效应影响，地下巷(隧)道开挖后围岩将产生一定范围的松动破坏。为保障松动破坏范围内围岩稳定，需对其采取一定支护手段进行加以控制。在钻爆法施工巷(隧)道工程中，常规巷(隧)道支护技术主要包括：喷射混凝土支护、锚杆(索)支护、金属网支护、拱架支护、钢筋混凝土衬砌等。其中，拱架支护是在巷(隧)道开挖后初期设置的，自身具有较高承载强度，可对开挖后围岩迅速提供足够支护抗力，限制围岩进一步变形破坏，防止围岩产生塌方，有效保证巷(隧)道围岩支护体系稳定。

目前，拱架支护已被广泛应用于巷(隧)道支护领域。根据拱架截面形式，常用拱架类型包括工字型拱架、U型钢拱架、槽型钢拱架、H型钢拱架和钢管混凝土拱架等。应注意，在巷(隧)道开挖过程中，受现场施工工序、施工质量和围岩地质条件等因素影响，围岩将不可避免的会出现超欠挖现象，造成开挖后围岩断面轮廓崎岖不平，这也会对上述常规拱架的支护性能产生一定影响。常规上述拱架存在以下技术问题需要解决：

(1)由于围岩断面开挖轮廓凹凸不平，待拱架安装后，围岩和拱架支护之间将会留有一定间隙，且很难做到“面-面”接触，这会导致作用于拱架外圈的围岩压力不均匀，产生应力集中现象，进而甚至会造成拱架因受力不均而易发生局部屈曲和失稳破坏。

(2)由于围岩断面开挖轮廓凹凸不平，常规上述拱架安设后，需通过二次安设木垛、或喷射混凝土等方式，才可有效填充拱架与围岩间隙，存在工序较多繁琐，且难以保证拱架间隙填充质量与拱架安设质量；而且受上述间歇填充方式的材料限制，上述方式很难实现拱架的让压吸能支护效果。

(3)常规拱架是在围岩开挖后安设的，属于一种被动型支护形式。围岩若不产生变形破坏，则拱架不受力并难以发挥出其支护性能。围岩变形破坏后，拱架才开始受力，并被动的承受围岩传来的压力作用。理想的支护形式应为，在围岩变形破坏之前，若拱架可提前对围岩产生一定预加压力，并形成一种主动形式，那么将有效提高围岩自承载能力，限制围岩的变形破坏。

(4)在拱架截面形式方面，由于外部围岩压力作用，在拱架横截面内，靠近围岩一侧截面范围为受压区，而靠近围岩净空一侧截面范围为受拉区。常规拱架采用的截面形式如工字钢、H型钢、圆钢管或方钢管，在其截面的受压区与受拉区内的材料、尺寸形式均一致。常规拱架截面受压区内通过利用钢材承受压应力作用存在一定浪费，而使用混凝土或其他可承受抗压类材料更为高效。而且，也会导致常规拱架质量更高，存在运输及施工效率低、劳动强度大等问题。

发明内容