一种巷道型钢立柱与钢筋混凝土底梁倒门式支护结构

1.本实用新型涉及巷道加固施工技术领域，具体涉及一种巷道型钢立柱与钢筋混凝土底梁倒门式支护结构。


背景技术：

2.我国许多巷道或隧道都需要在软弱围岩进行开挖，对于煤矿等地下工程建设尤为普遍。目前，高应力软岩巷道支护存在的最大问题是不耦合支护和支护参数不确定性。由此带来的后果一种情况是支护失效，支护体不能有效地控制围岩的变形，另一种情况是即便能控制围岩变形，但支护成本很高。
3.对于软岩巷道来说，软弱围岩松动破坏范围发展剧烈，围岩流变作用导致作用于支护结构的松散压力及变形压力均较高，单纯靠锚网喷柔性支护等传统支护方式能够提供的支护强度有限，塑性区的剧烈扩展极易导致锚固失效，柔性支护很难在围岩中形成稳定有效的支护承载结构。
4.因此，提出一种具有高强度的刚性支护结构，对于巷道围岩的稳定性是必要的，刚性支护使自身承载的围岩范围更大，围岩整体自身承载能力更高。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术的不足，本实用新型的主要目的是提供一种巷道型钢立柱与钢筋混凝土底梁倒门式支护结构，以解决现有技术中的一个或多个问题。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一种巷道型钢立柱和钢筋混凝土底梁倒门式支护结构，所述巷道为矩形或梯形巷道，包括钢筋混凝土底梁和型钢立柱，其中：
8.所述钢筋混凝土底梁横向设置在巷道底板内，两端分别与巷道两帮部对应，并且钢筋混凝土底梁沿巷道纵深方向间隔设置；
9.所述型钢立柱设立在巷道两帮部，型钢立柱沿巷道纵深方向间隔设置，且与所述钢筋混凝土底梁对应；并且
10.所述巷道两帮部的型钢立柱底部与钢筋混凝土底梁两端连接固定，整体形成倒门型。
11.在一些实施例中，所述巷道底板沿巷道宽度方向开挖有方形槽，所述钢筋混凝土底梁为在方形槽内绑扎钢筋笼或放置绑扎好的钢筋笼并浇筑混凝土成型。
12.在一些实施例中，所述钢筋笼的长度小于钢筋混凝土底梁的长度，在钢筋混凝土底梁两端形成连接区，型钢立柱在连接区通过混凝土与钢筋混凝土底梁连接固定。
13.在一些实施例中，所述钢筋混凝土底梁的长度大于巷道宽度，钢筋混凝土底梁的两端插入巷道两帮部，或者所述钢筋混凝土底梁的长度与巷道的宽度一致或小于巷道宽度。
14.在一些实施例中，所述型钢立柱的型钢高度与巷道两帮部的高度一致或大于帮部
高度。
15.在一些实施例中，所述型钢立柱的两端分别伸入巷道顶板和底板内，用于支撑巷道的顶板和底板。
16.在一些实施例中，所述型钢立柱的两端伸入巷道顶板和底板的长度不超过50cm。
17.在一些实施例中，所述型钢立柱为工字钢或t型钢，并且工字钢或t型钢的翼缘板紧贴巷道帮部设置，工字钢或t型钢的腹板垂直巷道帮部。
18.在一些实施例中，相邻型钢立柱之间在高度方向上设置至少一道连接钢板，所述连接钢板将沿巷道纵深方向的型钢立柱连接为整体。
19.在一些实施例中，所述型钢立柱的腹板中部位置焊接一带孔短钢板，连接钢板的两端对应开设有通孔，与相邻型钢立柱上的带孔短钢板通过螺栓连接固定。
20.本实用新型相对于现有技术的有益效果是：本实用新型的支护结构是横向钢筋混凝土底梁与纵向型钢立柱连接形成的倒门式支护结构，其中钢筋混凝土底梁能够提高软弱底板强度及承载能力，型钢立柱能承受压弯荷载，型钢立柱能充分发挥型钢的抗弯抗拉性能，将钢筋混凝土底梁与型钢立柱结合形成的刚性倒门式支护结构能够提高围岩整体自身的承载能力，以及有效抵抗围岩流变作用于支护结构的松散压力以及变形压力，防止巷道变形。结构构造简单，施工周期短，并兼顾经济效益与安全性。具体而言，至少具有如下实际效果：
21.型钢立柱沿矩形或梯形巷道纵深方向间隔设置，形成承受竖向压力的柱式结构，在支撑巷道顶底板的同时，抑制巷道帮部的变形。
22.钢筋混凝土底梁在矩形或梯形巷道底板的方形槽内通过钢筋混凝土现浇成型，施工方便，成型后稳定，能够提高承载型钢立柱的能力，同时也一定程度上能够提高软弱底板的强度。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
24.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容涵盖的范围内。
25.图1为本实用新型一个实施例的矩形巷道横向剖切示意图；
26.图2为本实用新型一个实施例的矩形巷道纵向剖切示意图；
27.图3为本实用新型一个实施例的梯形巷道纵向剖切示意图；
28.图4为图2的a-a横向剖切示意图，其中(a)表示工字钢，(b)表示t型钢；
29.图5为本实用新型一个实施例的型钢立柱受力示意图；
30.图6为本实用新型一个实施例的型钢立柱结构连接示意图；
31.图7为现有矩形结构变形示意图。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型实施例作进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
33.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.应当理解，术语“包括/包含”、“由
……
组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含
……”
、“由
……
组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
35.还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本实用新型的限制。
36.软弱围岩松动破坏范围发展剧烈，单纯靠锚网喷柔性支护等传统支护方式能够提供的支护强度有限，塑性区的剧烈扩展极易导致锚固失效，柔性支护很难在围岩中形成稳定有效的支护承载结构，因此巷道开挖后，在地应力的作用下，参见图7，巷道会逐渐变形，顶板下沉，巷道两帮收敛，底板隆起。
37.本实用新型的支护结构是将横向钢筋混凝土底梁与纵向型钢立柱连接形成的倒门式支护结构，用于矩形或梯形巷道，钢筋混凝土底梁与型钢立柱结合形成的刚性倒门式支护结构能够提高围岩整体自身的承载能力，以及有效抵抗围岩流变作用于支护结构的松散压力和变形压力，防止巷道的变形。
38.以下结合较佳的实施方式对本实用新型的实现进行详细的描述。
39.如图1所示，本实用新型提出一种巷道型钢立柱与钢筋混凝土底梁倒门式支护结构，包括钢筋混凝土底梁1和型钢立柱2。
40.钢筋混凝土底梁1沿巷道纵深方向间隔设置，并且横向设置在巷道底板内，钢筋混凝土底梁1的两端分别与巷道两帮部对应，方便连接和支撑型钢立柱2。
41.型钢立柱2设立在巷道两帮部，型钢立柱2沿巷道纵深方向间隔设置，并且与钢筋混凝土底梁1对应。
42.巷道两帮部的型钢立柱2的底部与钢筋混凝土底梁1的两端连接固定，整体形成倒门型。
43.应当理解，这里的间隔布置是根据施工现场受力情况按一定距离均匀布置，具体间隔尺寸本实用新型不做限定。
44.容易理解，这里的倒门型是近似门倒过来的形状，也可称之为倒u型，倒门型的支护结构其左右两帮部设置的型钢立柱2的高度根据实际施工情况决定，高度可能一致或不一致。参见图2，当为矩形巷道时，左右两帮部的型钢立柱2高度相同，此时为矩形巷道倒门式支护结构；参见图3，当为梯形巷道时，左右两帮部的型钢立柱2高度不相同，即一高一低，为梯形巷道倒门式支护结构。
45.型钢立柱2用于支撑巷道顶板和底板，形成承受竖向压力的柱式结构，同时，型钢立柱2承受来自巷道帮部变形的水平压力。
46.从力学角度来看，型钢立柱2是一个承受压弯剪的复合荷载，并能够充分利用型钢高抗压、抗拉性能的支护构件。
47.本实用新型的钢筋混凝土底梁1能够提高软弱底板的强度及承载能力，型钢立柱2能承受压弯荷载，型钢立柱2能充分发挥型钢的抗弯抗拉性能，在支撑巷道顶板和底板的同时，抑制巷道帮部的收敛。
48.在一些实施例中，参见图2、图3，该巷道底板沿巷道宽度方向开挖有方形槽3，并且方形槽3沿巷道纵深方向间隔布置。
49.应当理解，这里的方形槽3是其横向截面和纵向截面都是矩形的凹口，并且槽深取决于钢筋混凝土底梁1的高度，钢筋混凝土底梁1浇筑后顶面与巷道底板齐平，防止钢筋混凝土底梁1突出巷道底板造成巷道路面高低不平，影响施工及正常使用。
50.较佳的，钢筋混凝土底梁1为在方形槽3内绑扎钢筋笼4或放置绑扎好的钢筋笼4并浇筑混凝土成型。钢筋混凝土底梁1在施工现场现浇成型，施工方便，能够提升整体结构的强度和刚度，使整体结构具有很好的稳定性。
51.继续参见图2、图3，钢筋笼4的长度小于钢筋混凝土底梁1的长度，在钢筋混凝土底梁1的两端形成连接区，方便型钢立柱2的底部与钢筋混凝土底梁1在连接区连接。
52.较佳的，型钢立柱2在该连接区通过混凝土与钢筋混凝土底梁1连接固定。
53.应当理解，这里所说的通过混凝土连接是将型钢立柱2的底部伸入方形槽3内，通过浇筑混凝土与钢筋混凝土底梁1连接。
54.在一些实施例中，钢筋混凝土底梁1的长度与矩形或梯形巷道的宽度一致。应当理解，这里的一致即钢筋混凝土底梁1的长度与矩形或梯形巷道的宽度相同，方便支撑两端的型钢立柱2。
55.在另一些实施例中，钢筋混凝土底梁1的长度小于矩形或梯形巷道的宽度。应当理解，这里的小于可以是略小于，即钢筋混凝土底梁1的两端距巷道两帮部有50-150mm的缝隙，防止热胀冷缩的温度变化引起混凝土开裂。
56.在又一些实施例中，钢筋混凝土底梁1的长度大于矩形或梯形巷道的宽度，即钢筋混凝土底梁1的两端伸入巷道两帮部，如此两端与型钢立柱2连接固定后形成的支护结构整体更稳定。
57.在一些实施例中，继续参见图2、图3，型钢立柱2的型钢高度与矩形或梯形巷道两帮部的高度一致或大于巷道帮部高度。方便型钢立柱2在地应力及巷道变形的作用下，直接支撑巷道的顶板和底板。
58.在一些实施例中，型钢立柱2的两端分别伸入矩形或梯形巷道顶板和底板内，用于支撑矩形或梯形巷道的顶板和底板。
59.应当理解，这里的伸入可以是紧贴在巷道顶板和底板的表面，也可以是部分伸入巷道顶板和底板内，即型钢立柱2的型钢高度与矩形或梯形巷道的高度相同或大于巷道的高度。
60.较佳的，型钢立柱2的两端伸入矩形或梯形巷道顶板和底板的长度为0-50cm。应当理解，其具体长度由实际工程中巷道围岩的物理力学性质确定，在这里本实用新型不做具体的限制。
61.在一些实施例中，参见图4、图5，型钢立柱2可以是工字钢，也可以是t型钢。
62.较佳的，工字钢或t型钢的翼缘板紧贴巷道帮部设置，工字钢或t型钢的腹板垂直巷道帮部。
63.工字钢或t型钢承受压弯剪的复合荷载，工字钢或t型钢的腹板抵抗巷道顶板和底板竖直方向的荷载σ1，工字钢或t型钢的翼缘板承受巷道帮部水平方向的压力σ2。
64.现有常用的方式是工字钢的两个翼缘垂直于巷道帮部，也就是“h形”，而h形的抗弯刚度远小于工字形的抗弯刚度。本实用新型工字钢或t型钢的翼缘板表面紧贴在巷道帮部，能够增大工字钢或t型钢与巷道帮部的接触面积，工字钢或t型钢能更好的承受来自巷道帮部变形的水平压力，以及抵抗巷道顶板和底板的竖向荷载，防止巷道变形。
65.继续参见图1、图6，相邻型钢立柱2之间设置连接钢板6，通过中间设置的连接钢板6将沿巷道纵深方向设置的型钢立柱2连接为整体。这里设置连接钢板6是方便将沿巷道纵深方向设置的型钢立柱2连接为一个整体，共同抵抗巷道帮部的水平荷载以及巷道顶板和底板的竖向荷载，型钢立柱2与连接钢板6连接为一个整体，整体更加稳定，受力更加均匀，抵抗变形的能力更强。
66.较佳的，型钢立柱2的中部焊接一带孔短钢板5，连接钢板6的两端对应开设有通孔，连接钢板6与相邻型钢立柱2上的带孔短钢板5通过螺栓连接固定。容易连接，连接钢板6在型钢立柱2高度方向上可以设置一道，也可以设置多道，具体由受力情况决定。
67.本实用新型的倒门式支护结构的施工工序为：
68.s1：先在巷道底板开挖一列长度等于或小于巷道开挖宽度的方形槽3；
69.s2：在两帮将型钢立柱2立起，并保证型钢立柱2的翼缘紧贴帮部；
70.s3：在方形槽3内放置预先绑扎好的钢筋笼4；
71.s4：将型钢立柱2的底端放入钢筋笼4内，在方形槽3内整体浇筑混凝土，将钢筋混凝土底梁1和型钢立柱2连接为一个整体，然后进行养护。
72.s5：最后用连接钢板6将每一架倒门式型钢立柱和钢筋混凝土底梁支护结构连接在一起。
73.本实用新型的支护结构是横向钢筋混凝土底梁与纵向型钢立柱连接形成的倒门式支护结构，其中钢筋混凝土底梁能够提高软弱底板强度及承载能力，型钢立柱能承受压弯荷载，型钢立柱能充分发挥型钢的抗弯抗拉性能，钢筋混凝土底梁与型钢立柱结合形成的刚性倒门式支护结构能够提高围岩整体自身的承载能力，以及有效抵抗围岩流变作用于支护结构的松散压力和变形压力，有效抵抗巷道的变形。
74.本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
75.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在
本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。