[发明专利]基于有效控制初支钢架竖向位移的锁脚体系及其构建方法

说明书

本发明涉及基于有效控制初支钢架竖向位移的锁脚体系及其构建方法，格栅钢架的钢架连接节点包括连接钢板、钢套筒与L型钢板；L型钢板用于格栅钢架连接并为连接钢板固定提供条件，钢套筒顶端位于圆孔L型钢板竖板的圆孔内，底端焊接固定于连接钢板圆孔处，为锁脚锚杆的打设提供定位与导向作用。本发明基于“先定位，后导向”的新型锁脚锚杆打设方式，不但确保锁脚锚杆与格栅钢架之间形成了可靠连接，而且可最大程度实现锁脚锚杆打设期间降低对地层的扰动，满足隧道下部开挖时，上部悬空的格栅钢架可通过锁脚锚杆进行有效锁定，进而严格控制上部钢架的竖向位移，实现隧道的安全开挖与地层的稳定控制。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种基于有效控制初支钢架竖向位移的锁脚体系及其构建方法。

背景技术

对于目前广泛采用的各类矿山法隧道工程施工工艺，无论是台阶法，还是中隔壁法，都需要将隧道分成几部分按顺序分别进行开挖，在隧道上半断面钢架脚部一般都会设置锁脚锚杆，因为在隧道下半断面开挖过程中，上半断面已架设初支钢架底部会被掏空，已架设钢架存在向下竖向位移的趋势。但常规锁脚锚杆打设时没有相对固定位置、缺少导向装置，因此锚杆打设施工对地层的扰动较大，在地层强度较高的卵砾石地层，锚杆打设长度也很难满足设计要求，再加上锚杆与钢架局部点焊的连接方式过于薄弱，往往无法有效抑制上半断面钢架的竖向位移，进而引起钢架下沉、隧道地层变形，影响周边环境安全。

隧道开挖阶段引起的地层位移与变形主要集中在初支钢架下沉与整体受压变形两个方面，初支钢架由于下半断面开挖导致脚部被掏空引起的竖向位移趋势，对隧道拱顶下沉、钢架侵限（侵入二次衬砌限界）、地层沉降与地表裂缝等有着重要影响，尤其在富水卵砾石地层区域。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于有效控制初支钢架竖向位移的锁脚体系及其构建方法，在钢架连接节点处设置钢套筒，钢套筒通过钢板与钢架牢固连接，钢套筒上端与钢架节点处钢板预留孔洞位置一致，钢套筒给锁脚锚杆打设提供了定位与导向的作用，可以最大程度减小锚杆打设对地层的扰动，并可确保打设长度与实施效果，最后在钢套筒内压注水泥砂浆，将锁脚锚杆、钢套筒、钢板与格栅钢架有效连接，形成一个受力整体，满足隧道下半断面开挖期间上部已架设钢架的竖向稳定性，满足隧道开挖期间周边地层变形控制与周边环境安全保护要求。

本发明所采用的技术方案为：

基于有效控制初支钢架竖向位移的锁脚体系，其特征在于：

所述锁脚体系包括多段格栅钢架，相邻格栅钢架端部通过钢架连接节点进行有效连接，上半断面格栅钢架脚部设有锁脚锚杆；

钢架连接节点包括连接钢板、钢套筒、圆孔L型钢板和长圆孔L型钢板；圆孔L型钢板对称焊接固定到上半断面格栅钢架底端两侧，长圆孔L型钢板对称焊接固定到下半断面格栅钢架顶端两侧，圆孔L型钢板的底板与长圆孔L型钢板的底板通过螺栓固定；连接钢板垂直于格栅钢架，两端焊接固定到圆孔L型钢板内侧，中央斜向插入钢套筒；钢套筒顶端位于圆孔L型钢板竖板的圆孔处，底端焊接固定位于连接钢板圆孔处，作为锁脚锚杆的打设通道，锁脚锚杆的延伸方向穿过长圆孔L型钢板的长圆孔。

格栅钢架包括环向格栅钢架以及环向格栅钢架内十字交叉的横向格栅钢架和竖向格栅钢架；

环向格栅钢架包括左右两段上部环向格栅钢架和左右两段下部环向格栅钢架；

竖向格栅钢架包括竖向上部格栅钢架和竖向下部格栅钢架；

横向格栅钢架位于隧道上半断面底部位置；

上半断面格栅钢架包括上部环向格栅钢架、竖向上部格栅钢架与横向格栅钢架，下半断面格栅钢架包括下部环向格栅钢架和竖向下部格栅钢架。

格栅钢架包括四根受力主筋，外周通过箍筋焊接成钢筋骨架。

钢筋骨架两侧面焊接有W型加强筋，钢筋骨架内间隔焊接有U型筋。