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隧道支护结构体系是围岩稳定性控制的关键,也是隧道设计的基本任务,而对支护结构之间相互作用过程和机制的系统认识则是定量化设计的基础. 本文从隧道围岩结构性和支护作用的本质特征出发,提出隧道支护具有"调动"和"协助"围岩承载的基本作用,明确了二者的功能分配原则和实现方式,即分别通过超前支护的保障作用、初期支护的核心作用和二次衬砌的储备作用共同完成;针对围岩的正面挤出、前倾式冒落和后倾式冒落等三种超前破坏模式,分别给出了相应的超前支护方式和支护效果评价方法;提出初期支护作为隧道围岩附加载荷的主要承担者,包括锚固体系与拱架及喷射混凝土结构,分别通过"调动"和"协助"围岩实现其承载功能,且同时具有"支"与"护"的作用;阐明了二次衬砌结构作为储备功能的内涵,建立了二次衬砌结构的载荷分担比率与刚度匹配性、支护时机的关系,并据此给出了二次衬砌结构参数和施作时机的建议值;建立了以围岩变形量$S$小和协同度$\xi$优为目标,基于超前支护、初期支护和二次衬砌与围岩相互作用三阶段的协同支护优化模型,明确了支护结构体系与围岩、不同支护结构之间以及支护结构要素之间三个层次的协同关系,并提出了隧道支护结构体系协同优化设计方法.
关键词: 隧道工程, 支护结构体系, "支护——围岩"动态作用, 协同作用, 支护结构设计
Abstract:
Tunnel support structure system is the key of controlling the stability of surrounding rock, which is also the basic task of tunnel design, while systemic understanding of the process and mechanism of interaction among support structures is the basis of quantitative design. This paper embarks from structural property of tunnel surrounding rock and the constitutive property of support effect, the basic function of tunnel support that "mobilizing" and "assisting" surrounding rock bearing is put forward, of which the function distribution principle and realization way are clarified, namely, through the guarantee role of advanced support, the core role of primary support and safety reserve role of secondary lining to complete. In view of three advanced failure modes including the positive extrusion, the forward type caving and posterior tilt falling of surrounding rock, the corresponding advanced support pattern and its effect evaluation method are given respectively. The primary support is the main undertaker of tunnel surrounding rock additional load, including the anchorage system and the arch and shotcrete structure, whose bearing function is carried out by "mobilizing" and "assisting" surrounding rock respectively, and also have the function of "bracing" and "protecting". The connotation of secondary lining structure as security reserve function is illuminated. The relationship between load sharing ratio and stiffness matching and support time of secondary lining structure is established, according to which the suggestive values of structure parameters and support time of secondary lining are provided. The collaborative support optimization model is set up based on the three stages of the interaction between advanced support, primary support, secondary lining and surrounding rock, whose targets are minimizing surrounding rock deformation S and optimizing synergy degreeξ. Three levels of synergy including relations between support structure system and surrounding rock, different support structures and different support structure elements are clarified. And a collaborative optimization design method for tunnel support structure is proposed.
在万泽锦达冷弯机家族中，除工字钢冷弯机、槽钢折弯机、H型钢弯拱机、轨道钢弯曲机等成员外，还有一位成员举足轻重，他就是U型钢弯弧机。U型钢支架一般用于煤矿等巷道的支护中，在煤矿巷道、金矿巷道等矿洞建设中随处可见到它的身影。
一、概述：
U型钢液压冷弯机弯拱机在U型钢支架加工过程中利用滚压成型，具有设计合理，成型美观，精度高误差下，自动化程度高等优点。
二、成型：
利用滚压成型制作拱形支架，克服了利用模压原理制作的一系列缺点，具有以下优点：
l、制作效率高；
2、制作精度高，曲率半径可任意方便的调整；
3、工人劳动强度低，操作简单；
4、适用于25u、29u、36U三种U型钢经调质之后的梁和腿的制作成型，成型后的U型钢支架，符合《煤矿用U型钢可伸缩性支架制造技*》MTl95—89标准中的要求，采用了侧辊摆动式四辊滚弯原理，实现了U型钢支架梁腿滚压成型巾定长下料，自动成型。
三、U型钢滚压连续冷弯机主要参数:
整机功率：16Kw
额定电压：380V
弯曲半径：1.2m
液压系统：20Mpa
油缸推进：1-13mm/s
主轮转速：7r/min
整机重量：3000Kg
外型尺寸：（长×宽×高）2.5m×2.0m×1.6m
四、性能特点:
1.钢拱架设备，亦可弯曲大曲率工字钢、U型钢、槽钢立弯和横弯。
2.双电机驱动，液压缸推进。
3.按下液压缸“前进”按钮，液压缸到达设定位置后弯曲成形，操作方便。
4.结构合理，成型快，成型美观，成型误差小，适合大型型钢，大弯曲半径弯制。
《题外篇》
U型钢支架是一种被动支护，抗拉强度、抗压强度较高，同时具有良好的韧性性能，支撑力较高，支护强度大，可多次使用，被地应用于矿山巷道，特是在深部复杂巷道以及松软煤层巷道中。U型钢支架主要：用于矿井巷道二次支护以及穿山隧道的矿井巷道。U型钢支架较其他刚性支架具有可缩性和稳定可靠的承载能力，适应松软围岩的载荷和变形，断面利用率高，支架支回方便，维修量小，支架回收复用率高，减少坑木使用，节能环保。
工字钢也称为钢梁(英文名称 Universal Beam)，是截面为工字形状的长条钢材。工字型钢分热轧工字钢和轻型工字钢。是截面形状为工字型的型钢。
折叠 编辑本段 普通钢
折叠 基本区别
工字钢主要分为普通工字钢、轻型工字钢、低合金轻型工字钢三种。
普通工字钢、轻型工字钢翼缘是变截面靠腹板部厚,外部薄; H型钢:HW HM HN HEA HEB HEM 等工字钢的翼缘是等截面
普通工字钢、轻型工字钢已经形成标准，普通10#工字钢相当于国际上的I100(也比如10#槽钢相当于槽钢U100)(因为各国执行的标准不同，造成它们的规格有细微的差别)
H型工字钢亦叫宽翼缘工字钢，HW HM HN 源于欧洲标准,HEB是德国标准的工字钢，其中HW、HN工字钢已广泛在我国使用和生产。HEA HEB HEM 在许多德国设计图上会看到，在国内市场上还很难购买到。在国内钢结构工程中，如果量少则可以使用等规格的钢板进行焊接拼接而成。而量大的话，通常考虑使用力学性能与之相当的HW 、HN型钢代替。
HW 工字钢主要用于钢筋砼框架结构柱中钢芯柱,也称劲性钢柱;在钢结构中主要用于柱
HM 型钢高度和翼缘宽度比例大致为1.33~~1.75 主要在钢结构中用做钢框架柱在承受动力荷载的框架结构中用做框架梁;例如:设备平台
HN 型钢高度和翼缘宽度比例大于等于2; 主要用于梁
普通工字钢的用途相当于HN型钢;
◆工字型钢不论是普通型还是轻型的，由于截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主轴的惯性矩相差较大，故仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用，这就使其在应用范围上有着很大的局限。
◆H型钢属于经济裁面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等)，由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承载能力。不同于普通工字型的是h型钢的翼缘进行了加宽，且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺栓和其他构件连接。其尺寸构成系列合理，型号齐全，便于设计选用。
折叠 适用范围
普通工字钢，轻型工字钢，由于截面尺寸均相对较高、较窄，故对截面两个主袖的惯性矩相差较大，这就使其在应用范围上有着很大的局限。工字钢的使用应依据设计图纸的要求进行选用。
折叠 尺寸设计
H型钢属于经济裁面型钢材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等)，由于截面形状合理，它们能使钢材更高地发挥效能，提高承裁能力。不同于普通工字钢的是H型钢的翼缘进行了加宽，而且内、外表面通常是平行的，这样可便于用高强度螺栓和其他构件连接。其尺寸构成合理，型号齐全，便于设计选用。
在结构设计中选用工字钢应依据其力学性能，化学性能，可焊性能，结构尺
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