阻尼式可伸缩钢拱架的制作方法

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1.本技术涉及大变形隧道开挖防护的领域，尤其是涉及一种阻尼式可伸缩钢拱架。

背景技术：

2.在大变形隧道的开挖过程中，通常采用钢拱架对围岩进行支护，防止围岩释放应力。
3.现有技术中，通常采用工字钢弯折成拱形钢拱架对围岩进行支撑。也有为了便于钢拱架的加工和运输，进而采用两个一半的钢拱架通过法兰连接，然后组合成一个完整钢拱架的方案。
4.针对上述现有技术，发明人认为现有的钢拱架直接支撑于围岩上，在围岩发生收敛时容易产生屈曲、失稳、变形等问题，不仅需要更换，而且存在安全隐患。

技术实现要素：

5.为了能够提高钢拱架的工作稳定性，本技术提供一种阻尼式可伸缩钢拱架。
6.本技术提供的一种阻尼式可伸缩钢拱架，采用如下的技术方案：一种阻尼式可伸缩钢拱架，包括至少一对组合后形成钢拱架的单拱结构，其特征在于，还包括：槽钢：沿单拱结构的轮廓延伸方向与其滑移连接，同时连接至少一对单拱结构；缓释阻尼组件：包括固定连接于单拱结构上的阻尼固焊垫片以及固定连接于槽钢上的阻尼滑动垫片，阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片相对设置且二者抵接，阻尼固焊垫片抵接有阻尼滑动垫片的侧壁沿槽钢滑移方向斜向凸出；导向连接件：固定连接于槽钢上，且沿槽钢的滑移方向与单拱结构滑移连接，导向连接件被配置为将阻尼滑动垫片抵在阻尼固焊垫片上。
7.通过采用上述技术方案，在隧道开挖过程中，尤其是软质围岩隧道的开挖中，需要钢拱架能够承受高地应力，常规的钢拱架直接抵在围岩上，使围岩应力完全施加在钢拱架上，通过钢拱架的结构刚性和材料刚度来抵抗高地应力，但是在围岩发生收敛时，钢拱架容易屈曲并失稳。本技术中由于两个单拱结构之间通过可滑移的槽钢连接，且槽钢与单拱结构之间设有缓释阻尼组件，所以在围岩释放地应力时，围岩对单拱结构施力，单拱结构在地应力的作用下相对于槽钢发生滑动，即两个单拱结构与槽钢连接的端部相互靠近，此时围岩地应力得以释放。在这个过程中，阻尼滑动垫片会抵接在阻尼固焊垫片上并相对于阻尼固焊垫片滑移。由于阻尼固焊垫片的侧壁是向外凸出的，所以在单拱结构带动阻尼固焊垫片滑移的过程中，阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间的相互作用力会逐渐变大，即阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间的摩擦力越来越大，同时外凸的阻尼固焊垫片的侧壁也会阻碍阻尼滑动垫片的移动，阻尼滑动垫片的移动不仅要克服逐渐增大的摩擦力，还要在逐渐增加的相互作用下产生形变以适应阻尼固焊垫片，直至前述两个因素大到使阻尼滑动垫片无法继续相对于阻尼固焊垫片移动时，单拱结构也不再移动，并开始对围岩施加稳定支撑，达到了对围岩先让后抗的目的，使得围岩应力能够先释放一部分，然后再通过钢拱架对围岩
进行支撑。上述方案相对整体的钢拱架而言，由于存在变形量，且发生形变之后的整体支撑强度是逐渐增强的，所以在随着掌子面的掘进，开挖边界应力释放的同时起到足够的支护效果，工作更加稳定，且能够承受更大的围岩应力，大大减小了钢拱架屈曲后失稳的可能；另外，上述方案相对于整体钢拱架还便于加工和运输。
8.可选的，所述槽钢有两个，且分设于单拱结构的两侧。
9.通过采用上述技术方案，两个分设于单拱结构两侧的槽钢能够进一步提高两个单拱结构之间的连接强度，同时使得两个单拱结构的移动过程中更加稳定，减小了单拱结构移动过程中受水平分力导致偏斜的可能；另外两个槽钢意味着两组缓释阻尼组件，能够进一步提高对围岩应力的承受能力，减小屈曲失稳的可能。
10.可选的，所述导向连接件包括紧固螺栓，紧固螺栓上螺纹连接螺母。
11.通过采用上述技术方案，螺栓与螺母结构简单，来源广泛，便于安装和维护，同时能够达到连接槽钢和单拱结构的目的。
12.可选的，所述槽钢上开设有多个螺栓安装孔。
13.通过采用上述技术方案，多个螺栓安装孔能够给导向连接件提供更多的安装位置，能够根据不同的工况调整导向连接件的安装位置；另外还能够在同一槽钢上连接多个导向连接件，进一步提高两个单拱结构之间的连接强度，进一步提高对围岩应力的承受能力。
14.可选的，所述单拱结构上开设有导向槽，导向连接组件滑移连接于导向槽内。
15.通过采用上述技术方案，导向槽的设置使得导向连接件能够起到连接效果的同时顺畅地随单拱结构或槽钢滑移，结构简单，加工方便。
16.可选的，阻尼固焊垫片两个为一组，两个阻尼固焊垫片分设于导向槽的两侧，并同时与阻尼滑动垫片抵接。
17.通过采用上述技术方案，两个分设于导向槽两侧的阻尼固焊垫片不会干涉导向连接件的移动；两个一组的阻尼固焊垫片配合阻尼滑动垫片，能够使得阻尼固焊垫片尽可能大面积地抵接在阻尼滑动垫片上，增大阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间的接触面积，进而增大阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间的摩擦力，使得拱架能够承受更大的围岩应力。
18.可选的，所述导向连接件有多个，且沿槽钢的滑移方向均匀分布在槽钢上。
19.通过采用上述技术方案，多个导向连接件的设置能够提高槽钢与单拱结构之间的连接强度，进而使得拱架能够承受更大的围岩应力。
20.可选的，所述阻尼滑动垫片上开设有与导向槽适配的避让槽。
21.通过采用上述技术方案，避让槽的设置也能够避免阻尼滑动垫片干涉导向连接件的移动。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术中由于两个单拱结构之间通过可滑移的槽钢连接，且槽钢与单拱结构之间设有缓释阻尼组件，所以在围岩释放地应力时，围岩对单拱结构施力，单拱结构在地应力的作用下相对于槽钢发生滑动，即两个单拱结构与槽钢连接的端部相互靠近，此时围岩地应力得以释放。在这个过程中，阻尼滑动垫片会抵接在阻尼固焊垫片上并相对于阻尼固焊垫片滑移，由于阻尼固焊垫片的侧壁是向外凸出的，所以在单拱结构带动阻尼固焊垫片滑移的过程中，阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间的相互作用力越来越大，即阻尼固焊垫片
与阻尼滑动垫片之间的摩擦力越来越大，直至围岩释放的高地应力与这一摩擦力达到平衡时，单拱结构不再移动，并开始对围岩施加有效支撑，达到了对围岩先让后抗的目的。上述方案相对整体的钢拱架而言，由于存在变形量，且发生形变之后的整体支撑强度是逐渐增强的，所以更加稳定，且能够承受更大的围岩应力，大大减小了钢拱架屈曲后失稳的可能；另外，上述方案相对于整体钢拱架还便于加工和运输。
附图说明
23.图1是实施例的示意图。
24.图2是实施例的缓释阻尼组件外形结构示意图。
25.图3是实施例中阻尼式可伸缩钢拱架示意图。
26.附图标记说明：1、单拱结构；11、导向槽；2、槽钢；21、螺栓安装孔；3、缓释阻尼组件；31、阻尼固焊垫片；32、阻尼滑动垫片；33、避让槽；4、导向连接件；41、螺母。
具体实施方式
27.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
28.本技术实施例公开一种阻尼式可伸缩钢拱架，参见图1，包括两个单拱结构、与拱架轮廓相适配的槽钢、导向连接件以及缓释阻尼组件。两个单拱结构为一组且端部相对形成一个中段断开的钢拱架结构，单拱结构的端部通过导向连接件连接有槽钢，同一单拱结构上有两个槽钢且分设于腰板两侧，这两个槽钢的一端与一个单拱结构相连，另一端以同样方式连接在同一组中的另一个单拱结构的端部。通过导向连接件将两个单拱结构和两个槽钢形成轮廓连贯的钢拱架结构。
29.参见图1和图2，缓释阻尼组件位于槽钢与单拱结构之间，且每个单拱结构与槽钢之间均设有缓释阻尼组件。缓释阻尼组件包括阻尼固焊垫片和阻尼滑动垫片，阻尼固焊垫片固设于单拱结构的腰板侧壁上，阻尼滑动垫片固设于槽钢的腰板侧壁上。阻尼固设垫片的一处侧壁与阻尼滑动垫片抵接，且这一处侧壁倾斜设置，即阻尼固焊垫片的厚度由钢拱架顶端向底端的方向逐渐增厚，阻尼滑动垫片被连接有导向连接件的槽钢抵紧在阻尼固焊垫片倾斜设置的侧壁上。
30.参见图1和图2，在本技术实施例公开的阻尼式可伸缩钢拱架在对围岩进行支护时，首先将两个单拱结构以及槽钢形成的钢拱架抵接围岩，随着围岩的收敛，高地应力施加在钢拱架上。由于在钢拱架安装至抵接在围岩上的初始状态时，阻尼滑动垫片朝向单拱结构的一端搭设在阻尼固焊垫片朝向另一单拱结构的端部上方，且阻尼固焊垫片的厚度是变化的，所以随着单拱结构受高地应力影响而移动，阻尼滑动垫片搭设在阻尼固焊垫片上的面积会越来越大。且由于槽钢通过导向连接件连接在单拱结构上，所以阻尼滑动垫片与阻尼固焊垫片之间的相互作用力会持续增大，使得两个单拱结构之间的相向移动越发困难，即钢拱架逐渐开始承受更多的围岩应力，钢拱架逐渐开始起到支护作用。
31.参见图1和图2，在其他实施例中，为了能够便捷的通过导向连接件以及槽钢将阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片抵紧在一起，导向连接件采用的是螺栓，螺栓由一个槽钢的腰板位置穿入并从另一槽钢的腰板位置穿出，同时在螺栓上螺纹连接螺母。为了使通过螺栓和螺母连接的槽钢能够相对于单拱结构正常滑动，单拱结构端部的腰板上开设一导向槽，
导向槽沿单拱结构的移动方向设置，作为导向连接件的螺栓穿设于导向槽内。如此一来，在单拱结构移动的同时，螺栓相对于单拱结构在导向槽内滑移，此时作为导向连接组件的螺栓并不会干涉单拱结构的移动，同时能够实现将阻尼滑动垫片抵紧在阻尼固焊垫片上的目的。
32.参见图1，在其他实施例中导向槽自一个单拱结构正对另一单拱结构的端部开始向其内部延伸并形成封闭端，阻尼固焊垫片的较厚端距离导向槽的封闭端之间的距离小于阻尼滑动垫片的长度。如此设置能够限制地应力过度释放，减小由于地应力释放过多导致岩体内部破碎带扩大，进而使得地应力增大的可能。
33.参见图1和图2，在其他实施例中，为了能使导向连接组件更稳定的连接两个槽钢，导向槽开设于单拱结构的腰板的高度方向中间位置处；同时考虑到既要使阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间的相互作用力随单拱结构的移动而稳定持续的增大，又要不妨碍导向连接件的移动，所以将位于单拱结构的腰板一侧的阻尼固焊垫片设置为两个一组，每一组阻尼固焊垫片均分设于导向槽的上方和下方。如此设置，使得缓释阻尼组件位于单拱结构与槽钢之间区域的中间位置处，使得槽钢和单拱结构能够对缓释阻尼组件施加稳定有效的夹持效果，并且随着单拱结构的移动，阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间的相互作用力能够稳定持续的增大。同时也减小了由于阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间相互作用力过大导致槽钢一侧翘曲的可能。
34.参见图2和图3，在其他实施例中，槽钢的腰板上开设了多个螺栓安装孔，用于安装作为导向连接件的螺栓，这些螺栓安装孔沿槽钢的轮廓延伸方向均匀分布。通过增加导向连接件的安装位置，一是能够适用于更多工况，使得本实施例所记载的阻尼式可伸缩钢拱架的适用性更强，二是能够通过在这些螺栓安装空内全部加装作为到相连接件的螺栓，起到进一步提高槽钢与单拱结构之间连接强度的目的。
35.参见图2，在其他实施例中，为了使阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片之间能够获取更大的接触面积，阻尼滑动垫片与阻尼固焊垫片抵接的侧壁也倾斜设置，即阻尼滑动垫片的厚度变化方向与阻尼固焊垫片的厚度变化方向相反，形成与阻尼固焊垫片适配的结构。这样设置后的阻尼滑动垫片与阻尼固焊垫片之间的接触面积大，二者之间的摩擦力也变大，使得单拱结构移动时受到的阻力更大，进而使得钢拱架能够承受的地应力更大。
36.参见图2和图3，阻尼滑动垫片上开设了与导向槽适配的避让槽，用于容纳导向连接件。导向槽的设置能够便于工作人员将阻尼滑动垫片安装在槽钢的不同位置处。如果没有开设避让槽，则需要在安装阻尼滑动垫片时根据安装位置处是否存在导向连接件以及导向连接件的位置进行现场钻孔，操作繁琐。
37.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种阻尼式可伸缩钢拱架，包括至少一对组合后形成钢拱架的单拱结构，其特征在于，还包括：槽钢：沿单拱结构的轮廓延伸方向与其滑移连接，同时连接至少一对单拱结构；缓释阻尼组件：包括固定连接于单拱结构上的阻尼固焊垫片以及固定连接于槽钢上的阻尼滑动垫片，阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片相对设置且二者抵接，阻尼固焊垫片抵接有阻尼滑动垫片的侧壁沿槽钢滑移方向斜向凸出；导向连接件：固定连接于槽钢上，且沿槽钢的滑移方向与单拱结构滑移连接，导向连接件被配置为将阻尼滑动垫片抵在阻尼固焊垫片上。2.根据权利要求1所述的阻尼式可伸缩钢拱架，其特征在于：所述槽钢有两个，且分设于单拱结构的两侧。3.根据权利要求1或2所述的阻尼式可伸缩钢拱架，其特征在于：所述导向连接件包括紧固螺栓，紧固螺栓上螺纹连接螺母。4.根据权利要求3所述的阻尼式可伸缩钢拱架，其特征在于：所述槽钢上开设有多个螺栓安装孔。5.根据权利要求4所述的阻尼式可伸缩钢拱架，其特征在于：所述单拱结构上开设有导向槽，导向连接组件滑移连接于导向槽内。6.根据权利要求5所述的阻尼式可伸缩钢拱架，其特征在于：阻尼固焊垫片两个为一组，两个阻尼固焊垫片分设于导向槽的两侧，并同时与阻尼滑动垫片抵接。根据权利要求1所述的阻尼式可伸缩钢拱架，其特征在于：所述导向连接件有多个，且沿槽钢的滑移方向均匀分布在槽钢上。根据权利要求1或2或7所述的阻尼式可伸缩钢拱架，其特征在于：所述阻尼滑动垫片上开设有与导向槽适配的避让槽。

技术总结

本申请涉及一种阻尼式可伸缩钢拱架，其包括至少一对组合后形成钢拱架的单拱结构，其特征在于，还包括：槽钢：沿单拱结构的轮廓延伸方向与其滑移连接，同时连接至少一对单拱结构；缓释阻尼组件：包括固定连接于单拱结构上的阻尼固焊垫片以及固定连接于槽钢上的阻尼滑动垫片，阻尼固焊垫片与阻尼滑动垫片相对设置且二者抵接，阻尼固焊垫片抵接有阻尼滑动垫片的侧壁沿槽钢滑移方向斜向凸出；导向连接件：固定连接于槽钢上，且沿槽钢的滑移方向与单拱结构滑移连接，导向连接件被配置为将阻尼滑动垫片抵在阻尼固焊垫片上。本申请具有能够提高稳定性的效果。定性的效果。定性的效果。