一種地下工程支護用gfrp管混凝土支架及其施工工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種地下工程支護用GFRP管混凝土支架及其施工工藝，包括多節曲管，相鄰的曲管之間固定連接，曲管的材質選用GFRP材料，曲管內填充混凝土，混凝土支架的側部曲管上設置有注漿口、上部曲管上設置有排氣孔。本發明相比于現有的鋼管混凝土支架，力學強度高，耐腐蝕性能好，造價低，對當前形勢下降低支護成本具有重要意義；并且該GFRP管混凝土支架具有適量的可縮性，能夠實現自身調整，可有效降低作用在支架上的圍巖壓力，防止支架失穩破壞；通過在施工過程中鋪設柔性均壓卸壓層，柔性均壓卸壓層與混凝土支架結合，使得整個支護體系剛柔并濟、支護阻力強，且能控制巷道變形。
【專利說明】
一種地下工程支護用GFRP管混凝土支架及其施工工藝
技術領域
[0001]本發明涉及巷道支護技術領域，具體是一種地下工程支護用GFRP管混凝土支架及其施工工藝。
【背景技術】
[0002]近幾年，鋼管混凝土支架在煤礦深井軟巖巷道內得到了廣泛應用，并取得了良好的支護效果。公告號為CN 103527201 B的中國專利公開了一種煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其結構包括相互間隔布置的多個鋼管混凝土支架與鋼筋混凝土預制管片，并在鋼管混凝土支架的頂面設有注漿口和排氣孔，支護能力強，能夠保障巷道的長期穩定。但是采用該鋼管混凝土支架，具有以下幾個弊端:首先，鋼管容易銹蝕，導致鋼管混凝土支架的耐久性較差;其次，考慮到鋼材的價格和鋼管混凝土支架的用鋼量較高，鋼管混凝土支架的成本較高，并且由于鋼管單位重量高，做成支架后較重導致施工不方便；另夕卜，該鋼管混凝土支架無法縮動讓壓，在與圍巖相互作用中抗力增長到一定程度后支架容易損毀。
[0003]GFRP材料是以玻璃纖維為增強材料并以不飽和樹脂為基體的纖維復合增強塑料，具有輕質高強、力學強度好、造價低的獨特優勢，并且GFRP材料耐腐蝕性能好，能夠有效抵抗酸堿鹽等介質的腐蝕，不需防腐，耐久性好。因此，如何充分利用GFRP材料的優勢，將其應用于建筑、橋梁和巖土工程中具有極其重要的意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的，就是為解決現有技術存在的問題，而提供了一種耐腐蝕性好、輕質高強、承載能力高且成本低的地下工程支護用GFRP管混凝土支架。
[0005]本發明的技術方案為:一種地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:包括多節曲管，相鄰的曲管之間通過可拆卸連接，所述曲管的材質選用GFRP材料，所述曲管內填充混凝土，所述混凝土支架的側部曲管上設置有注漿口、頂部曲管上設置有排氣孔。
[0006]上述相鄰的曲管之間通過連接套管相互連接。
[0007]上述相鄰的曲管的對接處設置有軟墊，以保證GFRP管混凝土支架在承受巷道圍巖壓力時具有適量的可縮性，增加支架的使用年限，所述軟墊的中部沿其軸向方向設置有通孔，以便于栗送混凝土，所述軟墊的上端和下端分別設置有與曲管配合的連接段。上述連接段的外徑小于曲管的內徑，所述軟墊的中間部分的外徑大于曲管的外徑且小于連接套管的內徑，以便于各曲管之間的相互連接。
[0008]上述相鄰的曲管之間采用曲管內插連接，所述曲管的一端設置有縮口變徑段，所述縮口變徑段與相鄰曲管配合連接;或者，所述曲管的一端設置有擴徑連接段，所述相鄰曲管靠近擴徑連接段的一端與所述曲管配合連接。
[0009]上述注漿口和排氣孔兩側的曲管管壁上分別連接有加強弧板，所述注漿口內插有注漿短管，注漿后，在注漿短管內插入封孔塞，可使注漿口范圍內的支架軸向荷載直接上下傳遞，從而降低支架注漿口周邊的應力集中程度，保證支架的整體支護強度。
[0010]上述曲管的截面形狀可設置為圓形、矩形、六邊形或八邊形等。
[0011]上述GFRP管混凝土支架的截面形狀可設計成圓形、橢圓形、淺底拱圓形、直墻半圓拱形和斜墻圓拱形等
相鄰GFRP管混凝土支架之間通過頂桿或礦用W鋼帶相連接，直線巷道的支架間距穩定可控，采用頂桿連接；曲線巷道支架間距依次變化不可控，采用礦用W鋼帶連接。這樣改善了GFRP管混凝土支架體的約束條件，提高了GFRP管混凝土支架的穩定性和抗變形能力。
[0012]上述GFRP管混凝土支架的施工工藝，包括以下步驟:
a.根據GFRP管混凝土支架的安裝位置，GFRP管混凝土支架分為反底拱段、兩幫段和頂弧段，并將各分段分別運輸至施工巷道；
b.在架設GFRP管混凝土支架前，首先在巷道內鋪設柔性均壓卸壓層，所述柔性均壓卸壓層可以選用編織袋充填體或木板填充體，所述編織袋充填體內裝有煤矸石或其它填充材料，GFRP管混凝土支架是剛性支護體，柔性均壓卸壓層與混凝土支架結合，使得整個支護體系剛柔并濟，并且結構簡單、成本低、支護阻力強、能控制巷道變形；
c.確定支架位置后，先臥底安裝多個反底拱段，并用礦用W鋼帶定位；
d.分別架設各GFRP管混凝土支架的兩幫段，并布置相鄰支架側部的礦用W鋼帶；
e.分別將頂弧段與兩幫段對接，并布置相鄰支架上部的礦用W鋼帶；
f.對GFRP管混凝土支架進行混凝土灌注，在灌注時使用防爆混凝土輸送栗先栗送少許砂漿濕潤管路與支架，再灌注混凝土。
[0013]上述灌注過程混凝土強度等級設置為C40及以上，在灌注過程中可以添加鋼纖維以強化混凝土，或采用硫鋁酸鹽水泥配制混凝土以加快混凝土硬化。
[0014]本發明的有益效果可通過上述方案得出:
1.本發明提供地下工程支護用GFRP管混凝土支架相比于現有的鋼管混凝土支架，力學強度好，工藝簡單，耐腐蝕性能好，造價低，如內徑為200mm、壁厚12mm的GFRP管單價為55元/米，與其承載力相當的內徑為194mm、壁厚1mm的鋼管的單價為110元/米，36U型鋼單價為72元/米，采用本發明提供的混凝土支架對當前形勢下降低支護成本具有重要意義。
[0015]2.通過設置連接套管及軟墊或采用曲管內插連接方式，該GFRP管混凝土支架具有適量的可縮性，能夠實現自身調整，可有效降低作用在支架上的圍巖壓力，防止支架失穩破壞。
[0016]3.通過在施工過程中鋪設柔性均壓卸壓層，柔性均壓卸壓層與GFRP管混凝土支架結合，使得整個支護體系剛柔并濟，結構簡單、成本低、支護阻力強，且能控制巷道變形。
[0017]由此可見，本發明與現有技術相比具有突出的實質性特點和顯著的進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
[0018]【附圖說明】:
圖1為本發明中GFRP管混凝土支架的結構示意圖；
圖2為本發明中相鄰曲管連接處的結構示意圖；
圖3為本發明中軟墊的俯視結構示意圖；
圖4為本發明中注漿口處的結構示意圖；
圖5為GFRP管混凝土支架的架設示意圖； 圖6為GFRP管混凝土支架連接示意圖。
[0019]其中，I為排氣孔，2為曲管，3為連接套管，4為軟墊，4-1為連接段，4-2為通孔，5為注楽口，6為混凝土，7為限位擋塊，8為加強弧板，9為注楽短管，10為封口塞，11為巷道，12為反底拱段，13為兩幫段，14為頂弧段，15為頂桿或礦用W鋼帶。
[0020]【具體實施方式】:
為了更好地理解本發明，下面結合附圖來詳細解釋本發明的實施方式。
[0021]【具體實施方式】:如圖1所示，本發明提供了一種地下工程支護用GFRP管混凝土支架，包括多節曲管2，一般設置為4?6節，相鄰的曲管2之間相互連接，組成具有一定斷面形狀的封閉結構，斷面形狀根據需要可以設置為圓形、橢圓形、馬蹄形、斜墻圓拱形、淺底拱圓形等。曲管2的材質選用GFRP材料，GFRP材料是以玻璃纖維為增強材料并以不飽和樹脂為基體的纖維復合增強塑料，作為纖維增強塑料的一種，GFRP材料具有輕質高強、造價低、耐腐蝕性好的獨特優勢。曲管2的截面形狀可設置為圓形、矩形、六邊形或八邊形等。曲管2內填充混凝土，GFRP管混凝土支架的側部曲管2上設置有注漿口 5、頂部曲管2上設置有排氣孔I。如圖2所示，相鄰曲管2之間通過連接套管3連接，相鄰的曲管2的對接處設置有軟墊4，以保證GFRP管混凝土支架在承受巷道圍巖壓力時具有適量的可縮性，增加支架的使用年限，軟墊4的中部沿其軸向方向設置有通孔4-2，以便于栗送混凝土，軟墊4的上端和下端分別設置有與曲管2配合的連接段4-1。連接段4-1的外徑小于曲管2的內徑，軟墊4的中間部分的外徑大于曲管2的外徑且小于連接套管3的內徑，以便于各曲管2之間的相互連接。軟墊4可選用木塊或者橡膠。曲管2中靠近連接套管3下滑的一端或兩端的外圓周面上設置有限位擋塊7。在實際操作中，將軟墊4一端的連接段4-1插入一節曲管2內，將連接套管3預先套在另一節曲管2上，將兩曲管2對接時，將軟墊4的另一連接段4-1插入另一節曲管2中，然后將連接套管3向下移至限位擋塊7處，這樣有利于各個曲管2的定位，并且可提高支架的整體承載力。
[0022]相鄰曲管2之間也可通過曲管2內插的方式相互連接，以頂弧段14與兩幫段13連接為例，頂弧段14末端設置有縮口變徑段，兩幫段13末端管徑不變但做強化加固，頂弧段14縮口變徑段涂膠后插入兩幫段13，實現連接;或者，以頂弧段14與兩幫段13連接處為例，頂弧段14末端管徑不變，兩幫段13末端設置有擴徑連接段，頂弧段14涂膠后插入兩幫段13，實現連接，在支架承載壓力變大后，可在曲管2連接處實現可縮。
[0023]如圖4所示，注漿口5和排氣孔I處采用補強措施，注漿口 5和排氣孔I兩側的曲管2管壁上分別連接有加強弧板8，注漿口 5內插有注漿短管9，注漿后，在注漿短管9內插入封孔塞1，可使注漿口 5范圍內的支架軸向荷載直接上下傳遞，從而降低支架注漿口 5周邊的應力集中程度，保證支架的整體支護強度。相鄰GFRP管混凝土支架之間通過頂桿或礦用W鋼帶15相連接，這樣改善了 GFRP管混凝土支架體的約束條件，提高了 GFRP管混凝土支架的穩定性和抗變形能力。本發明中曲管材料選用GFRP材料，但其材料不限于GFRP材料，還可采用其他纖維增強塑料，如CFRP材料等。
[0024]上述地下工程支護用GFRP管混凝土支架的施工工藝，包括以下步驟:
a.根據巷道斷面及圍巖應力場設計支架結構，采用彎曲纏繞機加工所述曲管2，并加工連接套管、頂桿或礦用W鋼帶15、軟墊等多種附屬件，如圖5所示，根據GFRP管混凝土支架的安裝位置，GFRP管混凝土支架分為反底拱段12、兩幫段13和頂弧段14，并將各分段分別運輸至施工巷道； b.在架設GFRP管混凝土支架前，首先在巷道內鋪設柔性均壓卸壓層，該柔性均壓卸壓層可以選用編織袋充填體或木板填充體，編織袋充填體內裝有煤矸石或其它填充材料，這樣不但使剛性支架對圍巖產生初襯力，而且使圍巖具有了一定的變形空間，解決了鋼管混凝土支架柔性不足的缺點。GFRP管混凝土支架是剛性支護體，柔性均壓卸壓層與混凝土支架結合，使得整個支護體系剛柔并濟，并且結構簡單、成本低、支護阻力強、能控制巷道變形；
c.采用定位尺確定支架位置后，先臥底安裝多個反底拱段12，并用頂桿或礦用W鋼帶15定位，相鄰GFRP管混凝土支架中心線間距設置為0.6m~l.0m;
d.分別架設各GFRP管混凝土支架的兩幫段13，并布置相鄰支架側部的礦用W鋼帶15;
e.分別將頂弧段14與兩幫段13對接，并布置相鄰支架上部的頂桿或礦用W鋼帶15;
f.根據實際工況需要對支架位置進行微調，并對GFRP管混凝土支架進行混凝土灌注，在灌注時使用防爆混凝土輸送栗先栗送少許砂漿濕潤管路與支架，再灌注混凝土。
[0025]上述灌注過程混凝土強度等級設置為C40及以上，在灌注過程中可以添加鋼纖維以強化混凝土，或采用硫鋁酸鹽水泥(全摻或復摻)配制混凝土以加快混凝土硬化。
[0026]本發明的有益效果可通過上述方案得出:
1.本發明提供地下工程支護用GFRP管混凝土支架相比于現有的鋼管混凝土支架，力學強度好，工藝簡單，耐腐蝕性能好，與深井軟巖巷道目前采用的36U型鋼支架和鋼管混凝土支架相比造價低，采用本發明提供的GFRP管混凝土支架對當前形勢下降低支護成本具有重要意義。
[0027]2.通過設置連接套管3及軟墊4或者或采用曲管2內插連接方式，該GFRP管混凝土支架具有適量的可縮性，能夠實現自身調整，可有效降低作用在支架上的圍巖壓力，防止支架失穩破壞。
[0028]3.通過在施工過程中鋪設柔性均壓卸壓層，柔性均壓卸壓層與GFRP管混凝土支架結合，使得整個支護體系剛柔并濟，結構簡單、成本低、支護阻力強，且能控制巷道變形。
[0029]上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:包括多節曲管，相鄰的曲管之間固定連接，所述曲管的材質選用GFRP材料，所述曲管內填充混凝土，所述GFRP管混凝土支架的側部曲管上設置有注漿口、頂部曲管上設置有排氣孔。2.如權利要求1所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:所述相鄰的曲管之間通過連接套管相互連接。3.如權利要求2所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:所述相鄰的曲管的對接處設置有軟墊，所述軟墊的中部沿其軸向方向設置有通孔，所述軟墊的上端和下端分別設置有與曲管配合的連接段，所述連接段的外徑小于曲管的內徑，所述軟墊中間部分的外徑大于曲管的外徑且小于連接套管的內徑。4.如權利要求1所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:所述相鄰的曲管之間采用曲管內插連接， 所述曲管的一端設置有縮口變徑段，所述縮口變徑段與相鄰曲管配合連接； 所述曲管的一端設置有擴徑連接段，所述相鄰曲管中靠近擴徑連接段的一端與所述擴徑連接段配合連接。5.如權利要求1所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:所述注漿口和排氣孔兩側的曲管管壁上分別連接有加強弧板，所述注漿口內插有注漿短管，以降低GFRP管混凝土支架注漿口周邊的應力集中程度，注漿后，在注漿短管內插入封孔塞。6.如權利要求1所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:所述曲管的截面形狀可設置為圓形、矩形、六邊形或八邊形等。7.如權利要求1或6所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:所述GFRP管混凝土支架的截面形狀可設計成圓形、橢圓形、淺底拱圓形、直墻半圓拱形和斜墻圓拱形等。8.如權利要求1所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架，其特征在于:相鄰GFRP管混凝土支架之間通過頂桿或礦用W鋼帶相連接。9.一種如權利要求1所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架的施工工藝，其特征在于，包括以下步驟: a.根據GFRP管混凝土支架的安裝位置，GFRP管混凝土支架分為反底拱段、兩幫段和頂弧段，并將各分段分別運輸至施工巷道； b.在架設混凝土支架前，首先在巷道內鋪設柔性均壓卸壓層，所述柔性均壓卸壓層可以選用編織袋充填體或木板填充體，所述編織袋充填體內裝有煤矸石或其它填充材料； c.確定支架位置后，先臥底安裝多個反底拱段，并用頂桿或礦用W鋼帶定位； d.分別架設各混凝土支架的兩幫段，并布置相鄰混凝土支架側部的頂桿或礦用W鋼帶； e.分別將頂弧段與兩幫段對接，并布置相鄰GFRP管混凝土支架上部的頂桿或礦用W鋼帶； f.對GFRP管混凝土支架進行混凝土灌注，在灌注時使用防爆混凝土輸送栗先栗送少許砂漿濕潤管路與支架，再灌注混凝土。10.如權利要求9所述的地下工程支護用GFRP管混凝土支架的施工工藝，其特征在于:所述灌注過程中的混凝土強度等級設置為C40及以上，在灌注過程中可以添加鋼纖維以強 化混凝土，或采用硫鋁酸鹽水泥配制混凝土以加快混凝土硬化。
【文檔編號】E21D15/14GK105822330SQ201610381251
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】王軍, 王正澤, 陳冰慧
【申請人】山東深博巷道支護技術有限公司