本發(fā)明涉及巖土工程領(lǐng)域，特別涉及一種鋼管混凝土支架及其施工方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的地下工程支護(hù)方式中，鋼管混凝土支架作為一種十分有效的支護(hù)結(jié)構(gòu)，在新汶華豐煤礦、龍口北皂礦、邢臺邢東礦、通化八寶礦、內(nèi)蒙上海廟長城礦、淮南國投新集口孜東礦、神華寧煤清水營礦、甘肅平?jīng)鲂掳驳V等礦的巷道、硐室或隧道支護(hù)中，其優(yōu)良的支護(hù)性能已經(jīng)在工程實際中的到了充分地檢驗。

但是，對于圍巖壓力大、變形量大、變形時間長、存在動壓的隧道、地下油庫、水封洞庫和硐室，如果鋼管混凝土支架沒有抗震或讓壓功能，在支架與圍巖相互作用過程中，當(dāng)載荷超過支架的承載力時，支架就會失穩(wěn)破壞而失去承載能力。尤其是在存在動壓或者發(fā)生地震的情況下，鋼管混凝土整體失穩(wěn)的幾率大大增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種鋼管混凝土支架，在具備高強(qiáng)的支護(hù)能力的同時，大大提升抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力，解決了鋼管混凝土支架剛性過大的問題，大大降低了鋼管混凝土支架脆性破壞的可能性。

一方面，提供了一種鋼管混凝土支架，所述鋼管混凝土支架包括：支架鋼管、置于所述支架鋼管內(nèi)的混凝土和連接所述支架鋼管的連接套管，所述鋼管混凝土支架上設(shè)有排氣孔和注漿孔；

其中，所述混凝土為橡膠混凝土，橡膠混凝土是以混凝土或水泥砂漿為基材，均勻摻入各種非連續(xù)的橡膠粉或橡膠顆粒而形成的水泥基復(fù)合材料。

可選地，所述橡膠粉是通過在無水乙醇或氫氧化鈉中浸泡并烘干而得到，粒徑為300目到16目。

可選地，所述橡膠混凝土當(dāng)中的橡膠粉重量所占比例為0.1-20％。

可選地，所述支架鋼管的形狀為弧形，所述支架鋼管的管壁厚度由厚度值最大處到最小處沿界面所在弧線線性減小。

可選地，所述支架鋼管的管壁厚度在支架鋼管外側(cè)最大，為6-20mm，所述的支架鋼管6的管壁厚度值在支架的內(nèi)側(cè)最小，為4-12mm，其中，最小值與最大值之比為1/2到4/5。

可選地，所述支架鋼管上設(shè)有限位鋼圈，以防止所述連接套管的錯動。

可選地，所述鋼管混凝土支架還可包括用于監(jiān)測所述鋼管混凝土支架的應(yīng)力和形變的傳感器。本發(fā)明實施例在鋼管混凝土支架上設(shè)置監(jiān)測應(yīng)力形變的傳感器，應(yīng)力形變的數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)通信傳送至各種終端設(shè)備(例如，手機(jī)、電腦等)，以全程監(jiān)控、分析鋼管混凝土支架的受力和形變，預(yù)防鋼管混凝土支架因應(yīng)力和形變過大而發(fā)生傾覆、失穩(wěn)等事故。

其中，監(jiān)測應(yīng)力形變的傳感器可安裝于鋼管混凝土支架受力的關(guān)鍵部位(例如，頂部、底部、兩側(cè)和肩部)。傳感器獲知的應(yīng)力形變的數(shù)據(jù)傳輸至終端設(shè)備后，終端設(shè)備即可根據(jù)這些數(shù)據(jù)來分析支架各部位的狀態(tài)。

可選地，所述排氣孔和所述注漿孔位于所述鋼管混凝土支架的內(nèi)側(cè)。

可選地，所述鋼管混凝土支架的頂部留有圓形排氣孔，直徑為2-10mm，底部留有圓形注漿孔，所述排氣孔和所述注漿孔在向支架鋼管內(nèi)空間灌注橡膠混凝土?xí)r協(xié)同工作。

可選地，所述連接套管為截面為圓形的鋼管，管壁厚度為4-12mm，其內(nèi)徑比支架鋼管6的外徑稍大，以保證所述支架鋼管順利插入連接，所述連接套管的長度為150mm-300mm。

另一方面，提供一種應(yīng)用上面所述的鋼管混凝土支架的施工方法，所述方法包括：

利用所述連接套管將多個支架鋼管依次連接；

將連接好的支架鋼管通過固定錨桿安裝到待支護(hù)斷面上；

通過注漿孔向連接安裝好的支架鋼管內(nèi)灌注拌制均勻的橡膠混凝土，直至橡膠混凝土充滿每一節(jié)支架鋼管為止；

利用木塞封堵注漿孔和排氣孔，至此鋼管橡膠混凝土支架施工完畢。

本發(fā)明實施例提供的鋼管混凝土支架及其施工方法，可應(yīng)用于石油水封洞庫、地下儲油洞庫、硐室、井筒支護(hù)和隧道中，將橡膠混凝土創(chuàng)新性地引入到了鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)中，由于橡膠混凝土的高阻尼比，使鋼混支架在具備高強(qiáng)的支護(hù)能力的同時，抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力得到了大大提升，解決了鋼混支架剛性過大的問題，大大降低了鋼混支架脆性破壞的可能性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的鋼管混凝土支架的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的鋼管構(gòu)件的示意圖；

圖3是沿圖2中的線AA截取的鋼管構(gòu)件的剖面圖；

圖4是應(yīng)用本發(fā)明提供的鋼管混凝土支架的施工方法的流程圖。

附圖標(biāo)記說明：

鋼管橡膠混凝土支架構(gòu)件1；連接套管2；排氣孔3；注漿孔4；橡膠混凝土5；支架鋼管6；支架鋼管內(nèi)側(cè)7；支架鋼管外側(cè)8；限位鋼圈9。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

我國是世界上廢橡膠產(chǎn)生量最大的國家之一，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，中國現(xiàn)在每年報廢輪胎已經(jīng)達(dá)到每年一億條以上，并且以每年15％的速度增長。廢橡膠在自然條件下難降解，不僅占用土地、污染環(huán)境、破壞植物生長、存在火災(zāi)隱患，而且造成了巨大的資源浪費。我國非常重視廢橡膠的處理與利用，但是無害化利用率偏低，約為60％。因此，進(jìn)一步拓寬廢橡膠的應(yīng)用范圍、加大廢橡膠的利用效率是亟待解決的問題，對于緩解資源緊張、改善環(huán)境污染具有重大的社會和經(jīng)濟(jì)意義。

目前，我國廢橡膠利用以生產(chǎn)再生膠為主，但再生膠生產(chǎn)過程復(fù)雜，生產(chǎn)能耗大，“三廢”治理難，無法滿足環(huán)保要求，歐美主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)全面禁止再生膠的生產(chǎn)。廢橡膠粉生產(chǎn)工藝簡單，消耗能源少，不污染環(huán)境，成為發(fā)達(dá)國家利用廢橡膠的主要方式。從長遠(yuǎn)看，廢橡膠粉是非常有前途的產(chǎn)品，可以廣泛應(yīng)用于普通混凝土、瀝青混凝土、防水材料以及其他建筑材料中，具有廣闊的開發(fā)空間和利用前景。

需要說明的是，橡膠混凝土是以混凝土或水泥砂漿為基材，均勻摻入各種非連續(xù)的橡膠粉或橡膠顆粒而形成的水泥基復(fù)合材料，是一種改性、環(huán)保的復(fù)合材料，其延性、抗裂性、抗?jié)B性、減震阻尼性、保溫隔熱性和隔音降噪性等優(yōu)于普通混凝土，橡膠主要通過物理力學(xué)作用改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并不改變混凝土中各種材料本身的化學(xué)性能,因而不會破壞混凝土的耐久性。橡膠混凝土可大量消耗廢橡膠，我國混凝土產(chǎn)量超過15億m³，理論上1m³混凝土只須摻加0.8kg橡膠粉便可消化掉沒有回收再生利用的廢橡膠。廢橡膠輪胎是一種由橡膠、炭黑、軟化劑及硫化促進(jìn)劑等多種材料組成的含交聯(lián)結(jié)構(gòu)的材料，所用的橡膠集料是廢舊橡膠經(jīng)粉碎機(jī)斷裂其交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的大量分子碎片顆粒，其表面呈惰性，根據(jù)粉碎后顆粒的大小，分為不同目數(shù)等級的橡膠粉。廢橡膠資源豐富，價格低廉，利用其對混凝土進(jìn)行改性是一種既簡單又經(jīng)濟(jì)的方法。

本發(fā)明實施例提供了一種鋼管混凝土支架，將橡膠混凝土創(chuàng)新性地引入到了鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)中，使得鋼管混凝土支架在具備高強(qiáng)的支護(hù)能力的同時，大大提升抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力，解決了鋼管混凝土支架剛性過大的問題，大大降低了鋼管混凝土支架脆性破壞的可能性。

下面結(jié)合圖1-3對本發(fā)明實施例提供的鋼管橡膠混凝土支架進(jìn)行進(jìn)一步闡釋。

如圖1-3所示，本發(fā)明實施例提供的鋼管橡膠混凝土支架包括：支架鋼管6、橡膠混凝土5、連接套管2。支架鋼管6通過連接套管2連接成為整體支架，利用固定錨桿將連接好的支架鋼管6安裝到待支護(hù)斷面上，并且可以在支架鋼管6的內(nèi)部空間灌注橡膠混凝土5而形成本發(fā)明實施例提供的鋼管橡膠混凝土支架。

所述支架鋼管6的形狀可以是弧形，也可以是直線型，其組成整體支架的形狀可以為直墻半圓拱形、圓形、矩形、方形、馬蹄形等，依據(jù)待支護(hù)斷面形狀而定。

所述支架鋼管6圓形截面的直徑為8-30cm，所述支架鋼管6的管壁厚度值在與待支護(hù)斷面接觸的位置處也就是支架鋼管外側(cè)8最大，為6-20mm；所述的支架鋼管6的管壁厚度值在支架的內(nèi)側(cè)7最小，為4-12mm；最小與最大值的比值為1/2-4/5，支架鋼管6管壁厚度由厚度值最大處到最小處厚度沿截面所在弧線線性減小。這樣增強(qiáng)了鋼管橡膠混凝土支架的抗彎折能力和外側(cè)的抗拉強(qiáng)度。所述的支架鋼管6管壁厚度也可以是均勻一致的，厚度值為6-20mm。

所述的橡膠混凝土5是在普通混凝土內(nèi)添加橡膠粉均勻攪拌而成，橡膠粉重量所占比例0.1％-20％。

所述的橡膠粉由廢舊輪胎制成，其粒徑為300目-16目，需通過在無水乙醇或氫氧化鈉中浸泡并烘干，以去掉其中的硬脂酸鋅，從而增強(qiáng)橡膠顆粒與水泥砂漿的粘結(jié)能力，減少橡膠混凝土的開裂。

所述的鋼管混凝土支架的頂部留有排氣孔3，為圓形，直徑2-10mm；底部留有注漿孔4，為圓形，注漿孔4的直徑與注漿管的直徑相匹配，排氣孔3和注漿孔4在向支架內(nèi)空間灌注橡膠混凝土5時協(xié)同工作。

所述的排氣孔3和注漿孔4均位于鋼管橡膠混凝土支架的內(nèi)側(cè)，這樣的布置方式可以在確保順利注漿的同時保證支架外側(cè)足夠的抗拉和抗彎折能力。

所述的連接套管2為截面為圓的鋼管，管壁厚度為4-12mm，其形狀與被相鄰連接鋼管橡膠混凝土支架構(gòu)件1匹配，內(nèi)徑比支架鋼管6的外徑稍大，能保證支架鋼管6順利插入連接即可；所述連接套管2的長度為150mm-300mm。

所述的支架鋼管6上焊有限位鋼圈9，其高度為3-5mm，可以避免連接套管2的錯動，保證鋼管橡膠混凝土支架的穩(wěn)定性。其中，限位鋼圈可焊接到連接套管上。

在本發(fā)明實施例中，可選地，所述鋼管混凝土支架還可包括用于監(jiān)測所述鋼管混凝土支架的應(yīng)力和形變(例如，上下或者兩側(cè)方面的形變)的傳感器(圖未示出)。所述傳感器初始可設(shè)置一個安全的應(yīng)力閾值和一個安全的形變閾值，并監(jiān)測鋼管混凝土支架的實時應(yīng)力值和形變值。當(dāng)實時應(yīng)力值和形變值超過此應(yīng)力閾值或形變閾值時，可觸發(fā)警報裝置發(fā)出警報聲響。

當(dāng)工作人員聽到警報聲時，即可得知鋼管混凝土支架處于極限受力狀態(tài)，此時，會采取增加錨桿支護(hù)、增加液壓支柱等相應(yīng)的補(bǔ)救手段，避免進(jìn)一步的失穩(wěn)。而當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)長時間處于穩(wěn)定狀態(tài)，則可證明支架已處于穩(wěn)定工作的安全狀態(tài)。

本發(fā)明實施例在鋼管混凝土支架上設(shè)置監(jiān)測應(yīng)力形變的傳感器，應(yīng)力形變的數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)通信傳送至各種終端設(shè)備(例如，手機(jī)、電腦等)，以全程監(jiān)控、分析鋼管混凝土支架的受力和形變，預(yù)防鋼管混凝土支架因應(yīng)力和形變過大而發(fā)生傾覆、失穩(wěn)等事故。

參照圖4，本發(fā)明鋼管橡膠混凝土支架的施工方法可包括：

41、利用連接套管2將支架鋼管6依次連接；

42、將連接好的支架鋼管6通過固定錨桿將其安裝到待支護(hù)斷面上去；

43、通過注漿孔4向連接安裝好的支架鋼管6內(nèi)灌注拌制均勻的橡膠混凝土5，直至橡膠混凝土5充滿每一節(jié)鋼管橡膠混凝土支架構(gòu)件1為止；

44、利用木塞封堵注漿孔4和排氣孔3，至此鋼管橡膠混凝土支架施工完畢。

可選地，當(dāng)所述傳感器監(jiān)測到所述鋼管混凝土支架的應(yīng)力超過應(yīng)力閾值或形變超過形變閾值時，根據(jù)所述鋼管混凝土支架的狀態(tài)增加錨桿支護(hù)和/或液壓支架。

本發(fā)明實施例提供的鋼管混凝土支架及其施工方法，將橡膠混凝土創(chuàng)新性地引入到了鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)中，由于橡膠混凝土的高阻尼比，使鋼混支架在具備高強(qiáng)的支護(hù)能力的同時，抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力得到了大大提升，解決了鋼混支架剛性過大的問題，大大降低了鋼混支架脆性破壞的可能性。

本發(fā)明實施例提供的鋼管橡膠混凝土支架及其施工方法的優(yōu)點可包括：

(1)將橡膠混凝土創(chuàng)新性地引入到了鋼管混凝土支架支護(hù)技術(shù)中，由于橡膠混凝土的高阻尼比，使鋼混支架在具備高強(qiáng)的支護(hù)能力的同時，抗震、讓壓變形和承受動力荷載的能力得到了大大提升，解決了鋼混支架剛性過大的問題，大大降低了鋼混支架脆性破壞的可能性；

(2)利用橡膠混凝土取代鋼混支架中的普通混凝土，鋼管為橡膠混凝土提供緊箍力，使得橡膠粉與混凝土提相容性不好的問題得到極大程度的改善；

(3)使用橡膠粉而不是橡膠粒，在一定程度上解決了橡膠?；炷料鹉z粒上浮與分布不均的問題；

(4)本發(fā)明拓展了橡膠粉在土木工程中的應(yīng)用，進(jìn)一步，為解決目前廢舊橡膠輪胎污染嚴(yán)重的問題做出了貢獻(xiàn)；

(5)本發(fā)明采用的支架鋼管為厚度可變的鋼管，提高了鋼混支架的抗彎折破壞的能力，同時也節(jié)省了鋼材用量。

需要說明的是：上述實施例提供的鋼管混凝土支架與其施工方法實施例屬于同一構(gòu)思，它們之間也相互參照，這里冗余內(nèi)容不再贅述。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。對于裝置類實施例而言，由于其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實施例的部分說明即可。

需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。