一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置的制作方法

1.本实用新型涉及公路隧道修建中锁脚锚管固定领域，具体为一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置。


背景技术：

2.山岭公路隧道支护结构按“新奥法”原理设计和施工，衬砌结构采用复合式衬砌，初期支护由钢拱架、钢筋网、系统锚杆和喷射混凝土组成，其中钢拱架是隧道初期支护的重要组成部分，主要应用于软岩、节理裂隙发育、断层破碎带和黄土隧道，旨在提高初期支护承载能力。
3.新奥法隧道施工中，受隧道周围岩层的不确定性、复杂性和隐蔽性等特点影响，软弱围岩隧道大多采用分部开挖，如长(短)台阶法、台阶预留核心土法等，在隧道开挖后安设钢拱架。为减少基底承载力低而引起的钢拱架下沉以及开挖引起钢拱架的悬空引起的下沉，同时保证钢拱架对限制围岩变形起到有效的支撑作用，充分发挥初期支护的承载力，传统的做法是：在拱脚处打设锁脚锚管，锁脚锚管的打入角度为与竖向夹角为30
°
～45
°
，采用焊接在钢拱架翼缘临空面的锁脚锚环将其固定，锚环、锁脚锚管、钢拱架三者之间采用焊接连接，形成整体，并完成锁脚锚管注浆充填。
4.在围岩荷载作用下，锁脚锚管与钢拱架形成一个受力的整体。钢拱架以锁脚锚管端部为支座，将传来的围岩荷载传递到锁脚锚管，外力可以分解为沿锁脚锚管横向和轴向的支承反力。在端部轴向荷载作用下，锁脚锚管产生轴向位移的趋势，将受到围岩提供的摩阻力。锁脚锚管在端部横向荷载作用下，产生挠曲并将端部荷载扩散到围岩中。
5.但是在实际施工中现场技术管理人员不够重视，锁脚锚管成为隧道钢拱架施工的一个薄弱环节，存在锚环加工不规范、锚环与锁脚锚管的连接质量差、锁脚锚管的角度不易控制和锚环处喷射混凝土表面平整度差等问题，产生钢拱架整体下沉、初期支护变形和开裂等不可控等不良现象，增加了隧道施工风险。


技术实现要素：

6.本实用新型提供了一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置，有效的解决了锚环加工不规范、锚环与锁脚锚管的连接质量差、锁脚锚管的角度不易控制和锚环处喷射混凝土表面平整度差的问题，本装置实现了对锁脚锚管打入角度的精细化控制，充分发挥锁脚锚管的作用，同时具有较强的可操作性。
7.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案具体如下：
8.一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置，其特征在于：在初期支护a钢拱架1上设置腹板孔位2，在腹板孔位2内安装有固定件3，通过两组固定件3之间的焊接、固定件3与钢拱架1之间的焊接以及固定件3与锁脚锚管5的焊接使得锁脚锚管5相对于钢拱架1固定。
9.所述钢拱架1上设置有两组腹板孔位2，且两组腹板孔位2的圆心连线与隧道径向
轴线的夹角与锁脚锚杆5打入角度相同，均为30
°
～45
°
。
10.所述固定件3为u型构件，且u型构件的两边不等长，分为长边和短边，长边长度是短边长度的两倍。
11.所述固定件3的长边插入腹板孔位2，短角顶在钢拱架1的腹板侧边处。
12.所述两组固定件3分别采用长边和短边搭接后焊接方式固定。
13.所述两组固定件3之间、固定件3与锁脚锚管5之间以及固定件3与钢拱架1之间采用堆焊4固定。
14.本实用新型的有益效果为：1)实现了锁脚锚管打入角度的精细化控制，充分发挥锁脚锚管的作用，保证了钢拱架、锁脚锚管和锚环的连接质量，解决了质量薄弱点存在的问题，提高了钢拱架的整体支撑能力。
15.2)提高了隧道钢拱架的施工效率，减少了隧道施工成本，且结构简单，操作性强，成本较低，可在施工现场进行加工，安装简便。
16.3)有效解决了锚环处喷射混凝土表面平整度差与易造成防水板破损的问题。
附图说明
17.图1是锁脚锚杆安装立面图；
18.图2是腹板孔位示意图；
19.图3是固定件构造图；
20.图4是图1中的a视图；
21.图5是图1中的b视图；
22.图中所示：a初期支护；b岩面；1钢拱架；2腹板孔位；3固定件；4堆焊；5锁脚锚管。
具体实施方式
23.下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本实用新型的技术方案：
24.实施例一
25.参照附图1～5，本实用新型为一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管的固定装置。本装置结合传统锁脚锚杆的施工方法，在隧道开挖出渣完成之后，便在围岩表面及时喷射混凝土，待强度达到安全要求，随即进行钢拱架架立和钢筋网安装工序，第一次喷射混凝土达到设计厚度，进一步地，紧接着进行锁脚锚杆施工，最后进行第二次喷射混凝土形成初期支护结构。其中，锁脚锚杆施工可分为两个步骤，分别为钻孔施工和锁脚锚杆安装。
26.1.钻孔施工
27.为了钻孔角度的精细化控制，本实用新型以钢拱架1为固定基础，利用开孔设备预先在工字钢腹板指定位置预留腹板孔位2，两孔圆心连线与隧道径向轴线的夹角为α，α值与锚杆打入角度值即30
°
～45
°
相同。其中，腹板孔位2为钢拱架1腹板中心线两侧按控制角度对角打孔形成，如图2所示。
28.固定件3的制作：固定件3主要为hrb400级钢筋，直径可为22或25。如图3所示，利用钢筋弯箍机将指定长度的钢筋加工为不等支长的u型构件，分为长边和短边，长边长度是短边长度的两倍。随后将两个固定件3的长边穿过腹板孔位2，短边抵触在腹板侧边处，再将两个固定件3的长边和短边交错相互搭接，堆焊4成型。
29.待预制钢拱架架设与挂钢筋网完成之后，利用土工布将固定件3包裹，在第一次喷射混凝土后便于凿开。最后进行锁脚锚管钻孔的施工，气腿式风动凿岩机的钻杆穿过固定件3，由于固定件3通过两个腹板孔位2进行固定，可为施工人员钻孔提供受力支点，使得钻孔角度更加精细化。
30.2.锁脚锚管施工
31.待锁脚锚管的孔位施工完成之后，将锁脚锚管5穿过固定件3打入岩面b，再进行注浆工序，最后采用堆焊方式将固定件3与锁脚锚管5进行刚性连接。
32.工作原理：隧道初期支护钢拱架和锁脚锚管，采用固定件连接，一方面实现了锁脚锚管打入角度的精细化控制，为初期支护结构提供了有力的结构支撑。另一方面，有效解决了锚环处喷射混凝土表面平整度差所造成防水板破损的问题。
33.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型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实用新型内。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。
34.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。


技术特征：
1.一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置，其特征在于：在初期支护钢拱架上设置腹板孔位，在腹板孔位内安装有固定件，通过两组固定件之间的焊接、固定件与钢拱架之间的焊接以及固定件与锁脚锚管的焊接使得锁脚锚管相对于钢拱架固定。2.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置，其特征在于：所述钢拱架上设置有两组腹板孔位，且两组腹板孔位的圆心连线与隧道径向轴线的夹角与锁脚锚杆打入角度相同，均为30
°
～45
°
。3.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置，其特征在于：所述固定件为u型构件，且u型构件的两边不等长，分为长边和短边，长边长度是短边长度的两倍。4.根据权利要求3所述的一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置，其特征在于：所述固定件的长边插入腹板孔位，短角顶在钢拱架的腹板侧边处。5.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置，其特征在于：所述两组固定件分别采用长边和短边搭接后焊接方式固定。6.根据权利要求1所述的一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置，其特征在于：所述固定件与锁脚锚管之间以及固定件与钢拱架之间采用堆焊固定。

技术总结
本实用新型涉及公路隧道修建中锁脚锚管固定领域，具体为一种隧道初期支护钢拱架锁脚锚管固定装置。解决了锚环加工不规范、锚环与锁脚锚管的连接质量差、锁脚锚管的角度不易控制和锚环处喷射混凝土表面平整度差的问题。初期支护钢拱架上设置腹板孔位，在腹板孔位内安装有固定件，通过两组固定件之间的焊接、固定件与钢拱架之间的焊接以及固定件与锁脚锚管的焊接使得锁脚锚管相对于钢拱架固定。本装置实现了对锁脚锚管打入角度的精细化控制，充分发挥锁脚锚管的作用，同时具有较强的可操作性。性。性。


技术研发人员：刘泾堂 胡金鑫 邱成虎 杨治军 包正龙 李玉平 张耀庭
受保护的技术使用者：甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司
技术研发日：2020.12.24
技术公布日：2021/10/8