一种多铰链隧道拱架及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，更具体地说，涉及一种多铰链隧道拱架及其施工方法。

背景技术

目前在隧道临时钢拱架安拆施工领域，一般采用连接钢板配合高强螺栓进行连接使用。基本施工方法是，首先在主体钢拱架及临时钢拱架上同时焊接连接钢板，且在连接钢板上的对应位置开孔；然后将主体钢拱架与临时钢拱架进行安装拼接，将连接钢板上孔位对齐，采用高强螺栓进行连接。同样的，在主体钢拱架与临时钢拱架进行拆除时，需要将高强螺栓松开后，进行拆除。

上述通过连接钢板和高强螺栓的连接方式，无论是在安装还是拆除时，均需人工进行高强螺栓安装或拆卸。尤其在拱顶位置处，均属于高处作业；有时会由于拱顶沉降，临时支撑受力过大，或连接钢板孔位未对中，造成高强螺栓拆卸困难，甚至无法拆除。针对这种情况，现场往往进行割除拆卸，从而易致使临时钢拱架受损，无法循环再利用。

经检索，中国专利公开号为CN 207863982 U的申请案，公开了一种隧道断面临时支撑结构。该申请案包括弧形撑、横撑和竖撑，所述横撑和竖撑相互之间在弧形撑内垂直设置，所述弧形撑一侧设有第一钢板，所述竖撑上对应连接处设有第二钢板，所述第一钢板和第二钢板上对称贯穿有两组第一定位螺栓，所述横撑上下两侧均设有第三钢板，所述第三钢板和竖撑上的第二钢板之间通过第二定位螺栓固定连接，所述竖撑和所述竖撑之间通过两组第二钢板固定连接，两组所述第二钢板之间贯穿有第三定位螺栓，所述第三定位螺栓上套有第三螺母。该申请案通过由横撑和竖撑组成“井”字型支撑体系，由横撑与竖撑及初期支护接头、竖撑之间的接分段组成，形成分段组合结构。有利于降低组装难度、节省施工时间。

又如，中国专利公开号为CN 207080234 U的申请案，公开了一种用于暗挖隧道支护的临时支撑钢架。该申请案包括两组沿隧道中线对称设置的临时钢架，所述每组临时钢架由一段钢架或多段钢架组成，每段临时钢架的两端都设置有临时钢架连接构件，所述临时钢架连接构件的一端与临时钢架连接，所述临时钢架连接构件的另一端还连接有活动钢架，所述活动钢架通过另一个临时钢架连接构件连接在永久钢架上。该申请案通过切割活动钢架，来保证临时钢架的完整性，实现其重复利用。

上述两篇相关文件，从本质上依然是“连接钢板加高强螺栓”的连接方式，针对安装时，需要对连接钢板上的孔位精准定位；以及，拆卸时，易造成临时钢拱架受损，无法循环再利用的缺陷，并没有得到有效的解决。

发明内容

1、要解决的问题

针对以上现有技术中存在的至少一些问题，本发明提出一种多铰链隧道拱架及其施工方法，其目的在于解决现有的临时钢拱架施工过程中，临时钢拱架安装时，需要精准定位，从而提高了操作难度；拆卸时，临时钢拱架易受损，无法循环再利用的问题。

2、技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种多铰链隧道拱架，包括主体钢拱架，所述的主体钢拱架包括若干主拱段以及两个地脚拱段，各拱段间均通过转轴进行转动连接，且在各拱段间的连接处设有定位锁紧机构；

所述的定位锁紧机构包括定位件以及供该定位件插入的定位孔，其中，所述的定位件和定位孔分别设置在两个相邻拱段连接处的端面，相邻两个拱段发生转动，使得定位件卡入对应的定位孔内，将两个拱段相互锁紧。

进一步地，所述地脚拱段与主拱段的连接端面上设有定位孔，所述主拱段的一个连接端面设有定位件，另一连接端面设有定位孔。

进一步地，所述的定位件位于对应拱段上的安装孔内，其包括弹簧以及与该弹簧相连接的插销。

进一步地，每个定位锁紧机构中的定位孔呈环形设置有多个，且所述的定位孔内设有封堵块。

进一步地，所述的封堵块通过其外周的螺纹与定位孔内的内螺纹相配合，且该封堵块的端部设有供螺丝刀刀头卡入的槽口。

进一步地，每个定位锁紧机构中的定位件设置有两个。

进一步地，所述螺丝刀包括支架、设置在支架一侧的螺丝刀头以及设置于支架另一侧的把手；其中，所述的螺丝刀头设置有两个，且该两个螺丝刀头由把手进行同步驱动。

进一步地，所述的螺丝刀头、把手的端部均设有齿轮，且三个齿轮间通过同步带相连接。

进一步地，还包括临时钢拱架，所述临时钢拱架包括临时主拱段和临时地脚拱段，两者间通过转轴相连接，且两者的连接处设有定位锁紧机构。

进一步地，所述临时主拱段与主拱段之间通过连接件相连接，且临时主拱段的端部设有推轮。

进一步地，所述的临时钢拱架设置有两组，且两者临时钢拱架之间设有支撑横杆，对应拱段上设有供支撑横杆上槽口卡入的安装块。

本发明还提供一种多铰链隧道拱架的施工方法，其包括以下步骤，

S1、将呈折叠状态的主体钢拱架向两侧展开；

S2、将地脚拱段与对应的预埋件进行连接；

S3、从两侧向中间将主拱段逐层撑起，每一层撑起到预定高度时对应位置拱段内的定位件会插入相邻拱段的定位孔内，进而实现定位锁紧。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种多铰链隧道拱架，各拱段间通过转轴进行转动连接，且连接端面设有定位锁紧机构，当相邻两个拱段转动至指定角度时，定位件和定位孔完成卡合，将相邻两个拱段进行锁定。本发明采用相互转动的连接方式来代替传统焊接方式，由于转动连接具备良好的折叠性能和可分段支撑安装功能，简化了安装定位的操作难度；同时避免因为安装错误或者调整位置而造成的拆卸困难，提高了隧道拱架可重复使用性能。

(2)本发明的一种多铰链隧道拱架，定位孔呈环形设置有多个，且所述的定位孔内设有封堵块；使用时，可根据相邻两个拱段间实际所需要固定的角度，将对应的封堵块进行去除，以保证定位件能够卡入指定的定位孔内，满足所需要的角度；这种设计，可通过定位件与不同定位孔间的配合来实现不同固定角度的需求，从而可适用于不同隧道截面中，大大提高了其适用性能。

(3)本发明的一种多铰链隧道拱架，通过临时钢拱架的设置，且在两组临时钢拱架之间设有支撑横杆，可有效提高整个隧道拱架的支撑性能。

附图说明

图1为本发明的一种多铰链隧道拱架的整体结构示意图；

图2为本发明中主体钢拱架展开状态的示意图；

图3为本发明中主体钢拱架收缩状态的示意图；

图4为本发明中拱段连接处的结构示意图；

图5为本发明中定位锁紧机构的结构示意图；

图6为本发明中定位锁紧机构的局部示意图；

图7为本发明中定位锁紧机构的另一局部示意图；

图8为本发明中螺丝刀的结构示意图；

图9为本发明中螺丝刀的内部结构示意图；

图10为本发明中临时钢拱架的结构示意图；

图11为本发明中主体钢拱架与临时钢拱架之间的连接示意图；

图12为本发明中主体钢拱架另一种实施方式的结构示意图。

图中：1、主体钢拱架；11、主拱段；12、地脚拱段；2、转轴；

3、定位锁紧机构；31、定位件；311、弹簧；312、插销；32、定位孔；33、封堵块；

4、临时钢拱架；41、临时主拱段；42、临时地脚拱段；43、连接件；44、推轮；45、支撑横杆；46、安装块；47、辅助支撑杆；

5、螺丝刀；51、螺丝刀头；52、支架；53、把手；54、同步带；55、齿轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图2、图4所示，本实施例的一种多铰链隧道拱架，包括主体钢拱架1，所述的主体钢拱架1包括若干主拱段11以及两个地脚拱段12。

其中，各拱段的连接端面为相互契合的台阶状，各拱段间均通过转轴2进行转动连接，且在各拱段间的连接处设有定位锁紧机构3。

如图5、图6、图7所示，所述的定位锁紧机构3包括定位件31以及定位孔32。其中，所述的定位件31和定位孔32分别设置在两个相邻拱段连接处的相对端面，且所述的定位孔32位于定位件31的移动路径上。

当相邻两个拱段发生转动，且转动至一定角度时，定位件31会卡入对应的定位孔32内，将两个拱段相互锁紧。当然，这里的转动角度需根据隧道的实际截面的特征来确定。

具体到本实施例中，所述的地脚拱段12与主拱段11的连接端面上设有定位孔32，所述主拱段11的一个连接端面设有定位件31，另一连接端面设有定位孔32。

其中，所述的定位件31位于对应拱段端面的安装孔内，其包括弹簧311以及与该弹簧311相连接的插销312。

本实施例的一种多铰链隧道拱架，其施工方法为：

将处于折叠状态(参考图3)的主体钢拱架1运输至待支护施工段；

将两侧的地脚拱段12向外进行展开，并与对应的预埋件进行连接；

从两侧向中间将主拱段11逐层撑起，每一层撑起到预定高度时对应位置拱段内的定位件31会插入相邻拱段的定位孔32内，进而实现定位锁紧，以完成整个主体钢拱架1的安装，如图2所示。

本实施例的一种多铰链隧道拱架，采用相互转动的连接方式来代替传统焊接方式，由于转动连接具备良好的折叠性能和可分段支撑安装功能，可简化安装定位的操作难度；同时避免因为安装错误或者调整位置而造成的拆卸困难，提高了隧道拱架可重复使用性能。

实施例2

本实施例的一种多铰链隧道拱架，作为定位锁紧机构3的一种改进。

如图7所示，每个定位锁紧机构3中的定位孔32呈环形设置有多个，且所述的定位孔32内设有封堵块33。

其中，所述的封堵块33能够防止插销312插入定位孔32内。使用时，施工人员可以依据两个拱段间所需固定的角度，来选择拆卸对应定位孔32内的封堵块33。

由于每个隧道的截面形式存在差距，因此，相邻拱段间所需要固定的角度也不尽相同。本实施例中，通过多个定位孔32的设置，且配备有封堵块33。使用时，根据相邻两个拱段间实际所需要固定的角度，将对应的封堵块33进行去除，以保证定位件31能够卡入指定的定位孔32内，满足所需要的角度。这种设计，可通过定位件31与不同定位孔32间的配合来实现不同固定角度的需求，从而可适用于不同隧道截面中，大大提高了其适用性能。

实施例3

为了保证两个拱段间连接的稳固性，本实施例的一种多铰链隧道拱架，所述的定位件31可设置有两个。

当然，在安装时，需要提供两个空定位孔32，即定位孔32内没有封堵块33，以供对应的定位件31卡入。且该两个定位件31之间连接的弧线与两个空定位孔32之间的连接弧线相一致。

优选地，两个定位件31以转轴2的中心点呈对称分布。

需要注意的时，两个定位件31应分别位于两个空定位孔32连线的两侧，以保证两个定位件31能够顺利地卡入对应的空定位孔32内。

实施例4

为了方便封堵块33与定位孔32之间的装配与拆卸操作。

本实施例中，所述封堵块33的外周设有外螺纹，定位孔32内壁设有内螺纹，两者间通过螺纹连接。且所述的封堵块33端部设有供螺丝刀5刀头卡入的槽口。该槽口的具体形状可有螺丝刀5的刀头进行选择，例如，一字型、十字型或其它形状。

同时，该螺丝刀5还可用于对定位孔32内的定位件31进行顶出操作，以方便对主体钢拱架(1)进行收拢。

为了使得螺丝刀5能够同时完成两个封堵块33的拆卸操作。本实施对螺丝刀5的具体结构进一步优化设计。

如图8所示，所述的螺丝刀5为双头螺丝刀，其包括螺丝刀头51、支架52以及把手53。其中，所述的螺丝刀头51设置有两个，该两个螺丝刀头51位于支架52的一侧，把手53位于支架52的另一侧。且通过该把手53可通过驱动两个螺丝刀头51进行同步转动，以到达能够同时拆卸两个封堵块33的目点。

具体到本实施例，所述的把手53与螺丝刀头51之间采用同步带轮进行驱动。如图9所示，所述螺丝刀头51以及支架52的端部均延伸至支架52的内腔，并各自连接有齿轮55，三个齿轮55之间通过同步带54相连接。

当然，所述的把手53与螺丝刀头51亦可采用现有技术中的驱动方式。

实施例5

为了提高整个隧道拱架的支撑性能，本实施例的一种多铰链隧道拱架，还包括临时钢拱架4。

参考图1、图10所示，所述的临时钢拱架4包括临时主拱段41和临时地脚拱段42，两者间通过转轴2相连接，且两者的连接处设有定位锁紧机构3。

其中，所述临时主拱段41与主拱段11之间通过连接件43相连接，且临时主拱段41的端部设有推轮44。

具体地，所述连接件43通过其端部的缺口卡接在主拱段11上，且该连接件43的末端可以设置压紧螺栓。在主体钢拱架1完全撑起后，将连接件43的末端与主拱段11通过压紧螺栓进行锁紧。

同时，在主体钢拱架1完全撑起之前，转动临时主拱段41，通过其端部的推轮44对主拱段11进行挤压，从而可辅助主拱段11进行撑起操作，以更加方便将折叠的主体钢拱架1进行展开(如图11所示)。

另外，在支撑要求较高的情况下可以增设辅助支撑杆47。该辅助支撑杆47与临时主拱段41的上端转动连接。在连接件43的末端与主拱段11连接后，可以将辅助支撑杆47转动至合适的位置后也与主拱段11进行连接，进而提升支撑强度。

具体到本实施例中，所述的临时钢拱架4设置有两组，两组临时钢拱架4之间设有支撑横杆45，且对应拱段上设有供支撑横杆45上槽口卡入的安装块46，以进一步提高其支撑稳定性。

本实施例的一种多铰链隧道拱架，通过临时钢拱架4的设置，既可以起到临时支撑的效果，以增加整体隧道拱架的支撑强度；又可以辅助主体钢拱架1进行展开操作。

实施例6

本实施例作为主体钢拱架1的一种变形，其基本结构与上述实施例相同，不同之处在于所述的主体钢拱架1并不是一个连接的整体，而是分为几个部分。

具体地，参考图12所示，所述的主体钢拱架1分为左右两个部分，其施工方法为：

将处于折叠状态的左右两组主体钢拱架1运输至待支护施工段；

将左右两组主体钢拱架1的地脚拱段12与对应的预埋件连接；

分别将两组主体钢拱架1的主拱段11逐层撑起，每一层撑起到预定高度时对应位置拱段内的定位件31会插入相邻拱段的定位孔32内，进行锁定；

最后，再将左右两个的端部进行连接。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。