公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構及施工工藝的制作方法

本發明涉及建筑結構技術領域，特別是涉及一種公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構及施工工藝。

背景技術：

在公路隧道的施工過程中，需要使用支護結構對隧道進行支撐，以防止隧道墻面塌陷，當前的支護結構包括鋼拱架結構與預應力錨桿結構，然而，鋼拱架結構和預應力錨桿結構各自獨立發揮其作用，效果較差，施工過程中，還是會發生大面積的塌方等情形。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述技術中存在的缺陷，而提供一種公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構及施工工藝。

為實現本發明的目的，本發明提供了一種公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構，包括鋼拱架、預應力錨桿以及錨桿托板、錨桿鋼墊板、錨桿尼龍墊板、錨桿緊固螺母，所述鋼拱架上部與錨桿托板焊接連接，所述錨桿托板上設有錨桿孔，錨桿的一端穿過錨桿孔后，依次與錨桿鋼墊板、錨桿尼龍墊板、錨桿固定螺母相連接，所述尼龍墊板根據錨桿設計預應力值定制，使得錨桿固定螺母加載到設計值時產生明顯的變形。

其中，所述鋼拱架為工字鋼拱架、U型鋼拱架、H型鋼拱架或格柵鋼拱架，所述格柵鋼拱架包括四根主筋、斜桿以及套住四根主筋的箍筋，所述鋼拱架腳處設置基礎梁。

其中，所述錨桿為預應力注漿錨桿、預應力樹脂藥卷錨桿或預應力水泥藥卷錨桿。

其中，所述錨桿托板沿鋼拱架上部兩側間隔布置。

其中，所述鋼拱架為多段拼接結構，多段之間通過連接托板相連接，鋼拱架與連接托板焊接，連接托板與連接托板通過螺栓固定連接。

相應地，還提供了一種公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構施工工藝，包括如下步驟：

(1)檢查開挖斷面凈空尺寸，清除松動巖塊，清洗巖壁粉塵；

(2)初噴40mm～60mm厚的混凝土；

(3)鋪設鋼筋網；

(4)架設鋼拱架，焊接連接鋼筋網；

(5)打錨桿孔，安裝錨桿，施加錨桿預應力，將鋼筋網與錨桿綁扎連接或焊接；將錨桿與鋼拱架相連接；

(6)復噴混凝土到設計厚度，復噴混凝土應將鋼拱架和錨桿覆蓋，噴混凝土保護層厚度不小于20mm。

其中，在步驟(5)中，將錨桿與鋼拱架相連接，通過如下方式連接：將所述鋼拱架上部與錨桿托板焊接連接，所述錨桿托板上設有錨桿孔，錨桿的一端穿過錨桿孔后，依次與錨桿鋼墊板、錨桿尼龍墊板、錨桿固定螺母相連接，所述尼龍墊板根據錨桿設計預應力值定制，使螺母加載到設計值時產生較明顯的變形，連接錨桿體的受力部件能承受95％的桿體極限抗拉力。

其中，錨桿托板沿鋼拱架上部兩側間隔布置，錨桿托板間距根據隧道支護設計確定，間距一般為0.5～1.5m；錨桿托板用Q235鋼，厚度大于6mm，錨桿孔直徑大于鑿巖機鉆頭10mm～25mm，錨桿孔方向與開挖面垂直，后者，當巖層層面或主要結構面明顯時，與開挖面成較大交角，但與開挖面垂直偏差不大于20°。

其中，錨桿為預應力注漿錨桿、預應力樹脂藥卷錨桿或預應力水泥藥卷錨桿、錨桿桿體材料采用HRB335鋼或者HRB400鋼，桿體直徑為16mm～32mm；注漿錨桿砂漿質量配合比水泥﹕砂﹕水為1﹕1﹕0.45，注漿壓力保持在0.3MPa左右，水泥砂漿強度等級不低于M20；水泥藥卷宜在清水中浸泡，隨用隨泡，砂漿的初凝不小于3min，終凝不大于30min，預應力錨桿預加應力不小于100kN。

其中，鋼拱架采用冷彎法制作且分節制作，分節長度不大于4m。

與現有技術相比，本發明的有益效果為，采用公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構可以大大提高支撐強度，從而有效避免在施工過程中，發生大面積塌方。

附圖說明

圖1所示為本發明實施例的結構示意圖；

圖2所示為本發明實施例的鋼拱架與預應力錨桿的連接結構第一示意圖；

圖3所示為本發明實施例的鋼拱架與預應力錨桿的連接結構第二示意圖；

圖4所示為本發明實施例的鋼拱架與預應力錨桿的連接結構第三示意圖；

圖5所示為本發明實施例的鋼拱架與預應力錨桿的連接結構第四示意圖；

圖6所示為本發明實施例的鋼拱架與預應力錨桿的連接結構第五示意圖；

圖7所示為本發明實施例的鋼拱架與連接托板的連接結構第一示意圖；

圖8所示為本發明實施例的鋼拱架與連接托板的連接結構第二示意圖；

圖9所示為本發明實施例的鋼拱架與基礎梁的連接結構示意圖；

圖中，1-噴射混凝土層，2-鋼拱架，3-基礎梁，4-連接筋，5-錨桿托板，6-錨桿孔，7-工字鋼拱架，8-格柵鋼拱架，9-斜桿，10-主筋，11-錨桿鋼墊板，12-錨桿尼龍墊板，13-錨桿緊固螺母，14-連接托板，15-螺栓連接孔，16-螺栓孔，17-預應力錨桿。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

應當說明的是，本申請中所述的“連接”和用于表達“連接”的詞語，如“相連接”、“相連”等，既包括某一部件與另一部件直接連接，也包括某一部件通過其他部件與另一部件相連接。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、部件或者模塊、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施方式例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個部件或者模塊或特征與其他部件或者模塊或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了部件或者模塊在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的部件或者模塊被倒置，則描述為“在其他部件或者模塊或構造上方”或“在其他部件或者模塊或構造之上”的部件或者模塊之后將被定位為“在其他部件或者模塊或構造下方”或“在其他部件或者模塊或構造之下”。因而，示例性術語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該部件或者模塊也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

實施例

本實施例公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構的整體型式如圖1所示：包括：鋼拱架2，預應力錨桿17，基礎梁3等。所述一體式結構包括工字鋼(U型鋼、H型鋼)拱架7與預應力錨桿17一體化支護結構和格柵鋼拱架8與預應力錨桿17一體化支護結構。

其中，工字鋼(U型鋼、H型鋼)拱架與預應力錨桿一體化支護結構包括：工字鋼(U型鋼、H型鋼)拱架7，錨桿托板5，工字鋼(U型鋼、H型鋼)接頭板，預應力錨桿17，錨桿鋼墊板11，錨桿尼龍墊板12和錨桿緊固螺母13等。

格柵鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構包括：格柵鋼拱架8，錨桿托板5，格柵鋼拱架接頭板，預應力錨桿17，錨桿鋼墊板11，錨桿尼龍墊板12和錨桿緊固螺母13等。

其中，錨桿托板5與鋼拱架2上翼(上部)焊接相連，錨桿托板5沿鋼拱架2上翼(上部)兩側間隔布置，錨桿托板5間距根據隧道支護設計確定，間距一般為0.5～1.5m，錨桿孔6直徑應大于鑿巖機鉆頭10mm～25mm。鋼拱架2與錨桿托板5的連接如圖2、圖3、圖4和圖5所示。

其中，預應力錨桿17為預應力注漿錨桿、預應力樹脂藥卷錨桿、預應力水泥藥卷錨桿。錨桿17端部和錨桿托板5的連接如圖6所示。

預應力錨桿端部連接如圖示，錨桿托板5，錨桿墊板11，尼龍墊板12。尼龍墊板12根據錨桿設計預應力值定制，使螺母加載到設計值時產生較明顯的變形，連接錨桿體的受力部件應能承受95％的桿體極限抗拉力。

其中，鋼架拱2腳處設置基礎梁3。工字鋼鋼拱架7的連接如圖7所示，格柵鋼拱架8的連接如圖8所示，鋼拱架2與基礎梁3的連接如圖9所示。

與上述公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構相對應地，本發明還提供了一種其施工工藝，包括如下步驟：

(1)檢查開挖斷面凈空尺寸，清除松動巖塊，清洗巖壁粉塵；

(2)初噴40mm～60mm混凝土；

(3)鋪設鋼筋網；

(4)架設鋼拱架，焊接連接鋼筋；

(5)打錨桿孔，安裝錨桿，施加錨桿預應力，將鋼筋網與錨桿綁扎連接或焊接；

(6)復噴混凝土到設計厚度，復噴混凝土應將鋼拱架和錨桿覆蓋，噴混凝土保護層厚度不小于20mm。

需要說明的是：

1.公路隧道初襯鋼拱架與預應力錨桿一體化支護結構適用于隧道復合式襯砌結構的初期支護。

2.復合式襯砌結構初期支護應采用由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網和鋼架組合支護形式。

3.二次襯砌宜采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土結構。

4.噴射混凝土設計強度不應低于C20，重要隧道不應低于C25，宜采用工藝，濕噴混凝土塌落度宜控制在80mm～120mm。

5.鋼筋網噴射混凝土厚度不宜大于300mm，單層鋼筋網噴射混凝土厚度不得小于80mm，雙層鋼筋網噴射混凝土厚度不得小于150mm，鋼筋網保護層厚度不得小于20mm。

6.鋼筋網材料宜采用HPB235鋼筋，鋼筋直徑宜為6mm～12mm。

7.鋼筋網宜配合錨桿和鋼拱架一起使用，鋼筋網應與錨桿或鋼拱架綁扎連接或焊接。

8.錨桿應為預應力注漿錨桿、預應力樹脂藥卷錨桿、預應力水泥藥卷錨桿。錨桿桿體材料宜采用HRB335、HRB400鋼，桿體直徑宜為16mm～32mm。注漿錨桿砂漿質量配合比水泥﹕砂﹕水宜為1﹕1﹕0.45，注漿壓力應保持在0.3MPa左右，水泥砂漿強度等級不應低于M20。水泥藥卷宜在清水中浸泡，隨用隨泡，砂漿的初凝不得小于3min，終凝不得大于30min，預應力錨桿預加應力不應小于100kN。

9.錨桿托板與鋼拱架上翼(上部)焊接相連，錨桿托板沿鋼拱架上翼(上部)兩側間隔布置，錨桿托板間距根據隧道支護設計確定，間距一般為0.5～1.5m。錨桿托板可用Q235鋼，厚度應大于6mm，錨桿孔直徑應大于鑿巖機鉆頭10mm～25mm，錨桿孔方向宜與開挖面垂直，當巖層層面或主要結構面明顯時，盡可能與其成較大交角，但與開挖面垂直偏差不應大于20°。

10.錨桿托板，錨桿墊板，尼龍墊板。尼龍墊板根據錨桿設計預應力值定制，使螺母加載到設計值時產生較明顯的變形，連接錨桿體的受力部件應能承受95％的桿體極限抗拉力。

11.鋼拱架可選用H型鋼、工字鋼、U型鋼或鋼筋制作格柵鋼架。格柵鋼架應采用HRB335、HRB400鋼，主筋直徑18～32mm，輔筋宜采用HPB235、HRB335鋼，輔筋直徑宜為10～16mm。

12.鋼拱架宜采用冷彎法制作分節制作，分節長度不宜大于4m。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。