实现相邻拱架错层折叠的对接装置及拱架拼接方法

技术领域

本发明涉及地下工程领域，尤其涉及一种实现相邻拱架错层折叠的对接装置及拱架拼接方法。

背景技术

在隧道建设过程中，需要在开挖岩石架设钢拱架，现有的施工方式是将多段拱钢运至隧道内，一段一段通过人工进行安装拼接成整榀钢拱架，拼接需要连接法兰板处的若干螺栓，而整个拼接过程均是在隧道内完成的。现有的拱架重量大，钢拱架安装主要靠人力施工，费时费力，且隧道内光线较弱，连接两节拱架法兰板处的螺栓成为立架环节中最为困难、效率最低，最费时的工序。

目前较为先进的钢拱架拼接技术是：采用钢拱架洞外折叠洞内展开的技术，如图1，拱架5A、拱架6A、拱架7A通过连接装置8A连接，在洞外连接成如图1所示状态，运送至隧道内，这种折叠方式实际折叠后占用空间还是较大，需要专用运输车运输，对比文件“一种折叠拱架”(专利号为：201921201478.5)中公开了“折叠拱架包括顶拱段、左拱段和右拱段；所述左拱段的上端铰接在顶拱段的左端，右拱段的上端铰接在顶拱段的右端；当折叠拱架处于折叠状态时，所述左拱段和右拱段的下端均位于顶拱段的侧面，使左拱段和右拱段的下端均位于顶拱段的侧面，使左拱段和右拱段的下端与顶拱段长度方向所在竖直平面错位。该折叠拱架处于折叠状时，方便运输”对比文件中的左拱段、右拱段分别与顶拱段采用合页式铰链铰接，通过合页轴上的轻微颤动，使左拱段和右拱段尾端折叠至顶拱段的左右两侧，但该方案较为理想化，实际生产中并不能只通过单纯合页轴上的轻微颤动使左拱段和右拱段尾端产生那么大的竖直平面内的错位。对比文件中的合页与左拱段、右拱段以及顶拱段固定连接，合页不能拆卸，钢拱架安装完成后，合页就不再起任何作用，而一个隧道通常需要架设成千上万个钢拱架，每个钢拱架又包含多个合页，因此架设成本大大提高，造成了巨大浪费。对比文件中的左拱段、右拱段与顶拱段展开对接时，因合页铰接方式存在一定间隙，使得左拱段、右拱段以及顶拱段的连接处螺栓孔中心线发生错位，螺栓很难做到一穿即可，大大增加了工人的劳动强度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种实现相邻拱架错层折叠的对接装置及拱架拼接方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种实现相邻拱架错层折叠的对接装置，包括第一连接座和第二连接座，所述第一连接座和第二连接座分别连接相邻的两节拱架，第一连接座和第二连接座之间形成能使相邻两节拱架呈折叠状态或对接状态的相互转动连接关系，在折叠转动时，所述第一连接座和第二连接座之间存在能使其本身偏离转动面用于带动相邻拱架错层折叠的间隙；在对接转动时，所述第一连接座和第二连接座通过相互的转动配合驱使两者消除偏转以带动相邻拱架对位。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述间隙包括第一连接座和第二连接座的转动连接处在垂直转动面的方向上形成用于两者能在该方向产生偏转的第一间隙及第一连接座和第二连接座的转动连接处在转动面径向方向具有便于两者产生偏转的第二间隙。

所述第一连接座包括第一连接板和设置在第一连接板上的第一耳板，所述第二连接座包括第二连接板和设置在第二连接板上的第二耳板，所述第一连接板和第二连接板分别连接相邻的两节拱架，所述第一耳板和第二耳板通过铰接柱形成活动铰接，所述第一耳板和第二耳板之间具有所述第一间隙，所述第一耳板与铰接柱之间具有所述第二间隙。

所述第一耳板的两侧面均由一段第一斜面和一段第一平直面构成，所述第一斜面靠近第一连接板，两侧第一平直面之间的间距不小于两侧第一斜面之间的最大间距；所述第二耳板的内侧面由一段第二斜面和一段第二平直面构成，所述第二斜面靠近第二连接板，两个第二平直面之间的间距不大于两个第二斜面之间的最小间距，两个第二平直面之间的间距和两侧第一平直面之间的间距相等。

所述第二间隙内设置有便于第一连接座和第二连接座产生偏转并防止两者在铰接柱径向方向产生位移的辅助机构。

所述辅助机构包括万向球球头壳，所述万向球球头壳套固在铰接柱上，所述第一耳板与万向球球头壳形成球面铰接。

所述辅助机构为万向球头关节轴承，所述万向球头关节轴承包括内套和外套，所述内套套固在铰接柱上，所述外套与内套形成球面铰接，所述外套与第一耳板固定连接。

所述第一连接座和第二连接座上设置用于在对接过程中驱使第一连接座和第二连接座精准对位以实现相邻两节拱架自动校正的导向校正件。

所述导向校正件包括导向校正台和导向校正孔，所述导向校正台设置在第一连接座上，所述导向校正孔设置在第二连接座上，在第一连接座和第二连接座对接过程中、所述导向校正台和导向校正孔相互配合驱使第一连接座和第二连接座精准对位并带动相邻两节拱架自动校正。

所述导向校正台设置为楔形台，所述导向校正孔设置为与楔形台相配合的楔形孔。

所述第一连接座与相应的拱架形成固定连接或可拆卸连接，所述第二连接座与相应的拱架形成固定连接或可拆卸连接。

本发明还公开了一种拱架拼接方法，用上述的实现相邻拱架错层折叠的对接装置进行，具体包括以下步骤：

S1：在隧道外将对接装置安装在相邻两节拱架的首尾端，通过对接装置将多节拱架铰接，从而使多节拱架连接成折叠的钢拱架；

S2：将步骤S1中的折叠钢拱架装运至预订位置；

S3：使用伸缩臂作业车托举钢拱架的顶部，通过辅助臂将左右侧的钢拱架完成展开；

S4：穿装螺栓，固定相邻两节拱架的首尾端；

S5：完成立拱。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S1之前还包括隧道外对相邻两节拱架首尾端预对位的步骤。

所述步骤S4中还包括对可拆装的对接装置取下回收，用于再利用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明相邻两节拱架能转动的同时还能绕转动轴绕动，使得相邻两节拱架形成错层折叠，从而折叠尺寸最小，便于运输。

2、本发明设置有两个导向校正装置，有利于对相邻两节拱架展于时的导向校正，从而使拱架上的螺栓孔高效、精确定位，便于快速穿装螺栓。

3、本发明的对接装置可拆卸连接在相邻两节拱架上，便于对对接装置拆卸可重复利用，大大节省成本。

附图说明

图1是现有技术中的拱架折叠示意图；

图2是本发明的多节拱架折叠示意图；

图3是本发明相邻拱架折叠示意图；

图4是本发明实施例1的导向校正件示意图；

图5是本发明实施例1的第二间隙示意图；

图6是本发明实施例2的辅助机构示意图；

图7是本发明实施例3的辅助机构示意图。

图8是本发明实施例4的导向校正件示意图；

图9是本发明拼接方法实施例1流程图；

图10是本发明拼接方法实施例2流程图。

图中各标号表示：1、第一连接座；11、第一连接板；12、第一耳板；121、第一斜面；122、第一平直面；2、第二连接座；21、第二连接板；22、第二耳板；221、第二斜面；222、第二平直面；3、拱架；4、间隙；41、第一间隙；42、第二间隙；5、铰接柱；6、辅助机构；61、万向球球头壳；62、内套；63、外套；7、导向校正件；71、导向校正台；72、导向校正孔。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，且为了便于描述，定义横向方向为铰接柱5的中心轴指向方向，法兰纵向方向为图3所示的与拱架对接法兰连接面平行且垂直于所述铰接柱5的中心轴的Y线方向。

对接装置实施例1：

如图2至图5所示，本实施例的一种实现相邻拱架错层折叠的对接装置，包括第一连接座1和第二连接座2，第一连接座1和第二连接座2分别连接相邻的两节拱架3，第一连接座1和第二连接座2之间形成能使相邻两节拱架3呈折叠状态或对接状态的相互转动连接关系，在折叠转动时，第一连接座1和第二连接座2之间存在能使其本身偏离转动面用于带动相邻拱架3错层折叠的间隙4；在对接转动时，第一连接座1和第二连接座2通过相互的转动配合驱使两者消除偏转以带动相邻拱架3对位。如图1所示，现有的拱架折叠只能将两个下拱架折叠至上拱架段的内侧，这种折叠方式实际折叠后占用空间还是较大，需要专用运输车运输，如图2-5所示，本发明在折叠转动时，第一连接座1和第二连接座2之间存在能使其本身偏离转动面用于带动相邻拱架错层折叠的间隙4，相邻的两节拱架段能相对转动，其中一节拱架折叠至另一节拱架段的内侧，此时其中一节拱架以它们的铰接轴远离原来的旋转平面绕动，第一连接座1和第二连接座2铰接端之间的角度也会发生变化，间隙4的设置为角度发生变化提供条件，使两节拱架远离铰接轴的一端错层折叠，此时拱架折叠尺寸最小(相邻两节拱架错层折叠就相当于一根能扭转变形的铁丝，将这根铁丝折叠且以折叠点扭转，使两端交错折叠在一起，而对比文件“一种折叠拱架”中，两节相邻的拱架是无法绕铰接点绕动的)，本发明解决了现有技术中的运输困难，间隙4的设置便于拱架快速的展开。在隧道内立架环节最为困难、效率最低、最费时的工序就是连接两节拱架法兰板处的若干个螺栓，现有的拱架展开连接时，都没有设置使两相邻拱架对位的装置，需要人工对齐，大大增加了工人的劳动强度，本发明在对接转动时，第一连接座1和第二连接座2通过相互的转动配合驱使两者消除偏转以带动相邻拱架对位，解决了两相邻法兰上的螺栓孔中心对不上的问题，大大减小了工人的劳动强度。

本实施例中，间隙4包括第一连接座1和第二连接座2的转动连接处在垂直转动面的方向上形成用于两者能在该方向产生偏转的第一间隙41及第一连接座1和第二连接座2的转动连接处在转动面径向方向具有便于两者产生偏转的第二间隙42。当相邻两节拱架相互绕动需错层折叠时，第一连接座1与第二连接座2以铰接轴远离原来的旋转平面绕动，第一连接座1和第二连接座2铰接端之间的角度也会发生变化，此时第一连接座1和第二连接座2的铰接中心轴不在同一直线上，第一间隙41和第二间隙42的设置允许第一连接座1和第二连接座2的铰接端之间的角度也会发生变化且铰接中心轴不在同一直线上，从而使得相邻两节拱架能绕铰接轴转动且错层折叠。

本实施例中，第一连接座1包括第一连接板11和设置在第一连接板11上的第一耳板12，第二连接座2包括第二连接板21和设置在第二连接板21上的第二耳板22，第一连接板11和第二连接板21分别连接相邻的两节拱架3，第一耳板12和第二耳板22通过铰接柱5形成活动铰接，第一耳板12和第二耳板22之间具有第一间隙41，第一耳板12与铰接柱5之间具有第二间隙42。第一耳板12和第二耳板22绕铰接柱5旋转，当相邻两节拱架相互绕动需错层折叠时，第一耳板12和第二耳板22以铰接柱5远离原来的旋转平面绕动，第一耳板12和第二耳板22铰接端之间的角度也会发生变化，此时第一耳板12的铰接端会慢慢靠近第二耳板22，第一间隙41设置允许第一耳板12和第二耳板22铰接端之间的角度发生变化，第一耳板12和第二耳板22的铰接中心轴不在同一直线上，第二间隙42的设置允许第一耳板12和第二耳板22的铰接中心轴不在同一直线上。

本实施例中，第一耳板12的两侧面均由一段第一斜面121和一段第一平直面122构成，第一斜面121靠近第一连接板11，两侧第一平直面122之间的间距不小于两侧第一斜面121之间的最大间距；第二耳板22的内侧面由一段第二斜面221和一段第二平直面222构成，第二斜面221靠近第二连接板21，两个第二平直面222之间的间距不大于两个第二斜面221之间的最小间距，两个第二平直面222之间的间距和两侧第一平直面122之间的间距相等。如图4和5所示，第一耳板12设置有空间角度的斜面，第二耳板22的内侧面设置有空间角度的斜面，第一耳板12的第一平直面122之间距离为A，第二耳板22的第二平直面222之间距离为B，A＝B，两个第二平直面222之间的间距不大于两个第二斜面221之间的最小间距，也就是说两个第二平直面222之间的间距可以是等于或小于两个第二斜面221之间的最小间距，当两个第二平直面222之间的间距等于两个第二斜面221之间的最小间距时，第一耳板12与第二耳板22之间存在间隙的，否则，相邻两节拱架无法错层折叠，两侧第一平直面122之间的间距不小于两侧第一斜面121之间的最大间距表示第一平直面122之间的间距可以等于或大于第一斜面121之间的最大间距，当第一平直面122之间的间距等于第一斜面121之间的最大间距，第一耳板12与第二耳板22之间存在间隙的，否则，相邻两节拱架无法错层折叠。相邻两节拱架展开贴合时，第一耳板12的第一平直面122旋转至与第二耳板22的第二平直面222接触，由于A＝B，因此第二耳板22与第一耳板12形成沿铰接柱5轴向方向上的导向校正，使相邻两节拱架沿铰接柱5轴向方向上对齐，即消除第一间隙41带来的偏转效果，使得相邻两节拱架能快速通过螺栓连接。

本实施例中，第一连接座1和第二连接座2上设置用于在对接过程中驱使第一连接座1和第二连接座2精准对位以实现相邻两节拱架3自动校正的导向校正件7。在一些情况下，为节省加工成本，第一连接座1和第二连接座2不会进行精加工，即两者间会存在加工误差，平面定位不一定精确，不能很精准的保证相邻两个拱架上的螺栓过孔同轴，此时设置导向校正件7对相邻两个拱架进行第二次导向校正，当第一连接座1和第二连接座2转动至一定角度时，导向校正件7执行导向校正。

本实施例中，导向校正件7包括导向校正台71和导向校正孔72，导向校正台71设置在第一连接座1上，导向校正孔72设置在第二连接座2上，在第一连接座1和第二连接座2对接过程中、导向校正台71和导向校正孔72相互配合驱使第一连接座1和第二连接座2精准对位并带动相邻两节拱架3自动校正。当第一连接座1和第二连接座2转动至一定角度时，导向校正台71与导向校正孔72接触，导向校正台71沿铰接柱5轴向的尺寸等于导向校正孔72沿铰接柱5轴向的内径，从而导向校正台71与导向校正孔72配合对相邻两个拱架沿铰接柱5轴向方向进行导向校正。

本实施例中，导向校正台71设置为矩形台，导向校正孔72设置为与矩形台相配合的矩形孔。导向校正台71沿铰接柱5轴向的尺寸等于导向校正孔72沿铰接柱5轴向的内径，导向校正台71垂直铰接柱5轴向的尺寸小于导向校正孔72此方向的内径，从而便于导向校正台71顺利插入导向校正孔72且对相邻两个拱架沿铰接柱5轴向方向进行导向校正。

本实施例中，第一连接座1与相应的拱架3形成可拆卸连接，第二连接座2与相应的拱架3形成可拆卸连接。相比现有的合页式铰接装置固定连接在两节拱架3上，本发明的对接装置采用可拆卸连接，在相邻拱架对接固定后，重复利用本发明对接装置，大大降低了使用成本。

对接装置实施例2：

如图6所示，本发明的实现相邻拱架错层折叠的对接装置的第二种实施例，该对接装置与实例1的对接装置基本相同，区别仅在于：第二间隙42内设置有便于第一连接座1和第二连接座2产生偏转并防止两者在铰接柱5径向方向产生位移的辅助机构6，辅助机构6结合上述第一耳板12和第二耳板22的侧面特殊设置或者/和导向校正件7既能消除第一间隙41带来的偏转效果，也能消除第二间隙42带来的偏转效果，做到精准的保证相邻两个拱架对接时的对接螺栓过孔同轴。

本实施例中，辅助机构6包括万向球球头壳61，万向球球头壳61套固在铰接柱5上，第一耳板12与万向球球头壳61形成球面铰接。将实施例1中的第二间隙42改成万向球球头壳61的方式，万向球球头壳61固定连接在铰接柱5上，第一耳板12与万向球球头壳61形成球面铰接，因此第一耳板12可以绕万向球球头壳61在一定空间内绕动。

在一些实施列中，尤其是在第二间隙42影响最终的对接螺栓的穿孔对接时，所述辅助机构6可以为类似于导向校正件7的凸台凹孔结构，只不过其导向校正方向由铰接柱5轴向方向即横向方向变为了法兰纵向方向。

对接装置实施例3：

如图7所示，本发明的实现相邻拱架错层折叠的对接装置的第三种实施例，该对接装置与实例1的对接装置基本相同，区别仅在于：第二间隙42内设置有便于第一连接座1和第二连接座2产生偏转并防止两者在铰接柱5径向方向产生位移的辅助机构6，所述辅助机构6结合上述第一耳板12和第二耳板22的侧面特殊设置或者/和导向校正件7既能消除第一间隙41带来的偏转效果，也能消除第二间隙42带来的偏转效果，做到精准的保证相邻两个拱架对接时的对接螺栓过孔同轴。

本实施例中，辅助机构6为万向球头关节轴承，所述万向球头关节轴承包括内套62和外套63，所述内套62套固在铰接柱5上，所述外套63与内套62形成球面铰接，所述外套63与第一耳板12固定连接。将实施例1中的第二间隙42改成内套62和外套63的方式，外套63与第一耳板12固定连接，第一耳板12绕动时带着外套63一起绕动，外套63与内套62形成球面铰接，因此固定连接外套63的第一耳板12可以绕内套62在一定空间内绕动。

对接装置实施例4：

如图8所示，本发明的实现相邻拱架错层折叠的对接装置的第四种实施例，该对接装置与实例1的对接装置基本相同，区别仅在于：导向校正台71设置为楔形台，导向校正孔72设置为与楔形台相配合的楔形孔。导向校正台71设置为楔形台，导向校正孔72设置为与楔形台相配合的楔形孔，楔形台与楔形孔的配合，有利于导向校正台71快速进入导向校正孔72中。

对接装置实施例5：

本发明的实现相邻拱架错层折叠的对接装置的第五种实施例，该对接装置与实例1的对接装置基本相同，区别仅在于：第一连接座1与相应的拱架3形成固定连接，第二连接座2与相应的拱架3形成固定连接。

拼接方法实施例1：

如图9所示，本实施例的拱架拼接方法，用上述1-4实施例中的对接装置进行，具体包括以下步骤：

S1：在隧道外将对接装置安装在相邻两节拱架3的首尾端，通过对接装置将多节拱架3铰接，从而使多节拱架3连接成折叠的钢拱架；

S2：将步骤S1中的折叠钢拱架装运至预订位置；

S3：使用伸缩臂作业车托举钢拱架的顶部，通过辅助臂将左右侧的钢拱架完成展开；

S4：穿装螺栓，固定相邻两节拱架3的首尾端；

S5：完成立拱。

本实施例中，步骤S1之前还包括隧道外对相邻两节拱架3首尾端预对位的步骤，对位后再安装本发明的对接装置。

本实施例中，步骤S4中还包括对可拆装的对接装置取下回收，用于再利用。

拼接方法实施例2：

如图10所示，本发明拱架拼接方法的第二种实施例，该拼接方法用实施例5的对接装置实施例5进行，与拼接方法实例1的方法基本相同，区别仅在于：步骤S1中在隧道外将对接装置固定安装在相邻两节拱架3的首尾端，通过对接装置将多节拱架3铰接，从而使多节拱架3连接成折叠的钢拱架；省去步骤S4中的对接装置的拆卸工作。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。