一种隧道拱架装配式施工装置论文和设计

全文摘要

本实用新型公开一种隧道拱架装配式施工装置，装置包括：沿隧道纵向布置的轨道；台车，所述台车的底部安装有与所述轨道配合的滑轮，所述台车上设有顶升装置，所述顶升装置包括用以安装在台车上的底座，所述底座上固定设有顶升油缸，所述顶升油缸的活塞杆的顶部与承托钢板连接。本申请提供的装配式施工装置可配合安装各种不同截面形状的拱架，并可根据拱架截面的大小调整拱架安装台车的顶升装置；可实现拱架的精准定位，方便、快捷的解决机械化拱架安装难题；可实现机械化施工，减轻人工劳动强度，缩短施工工期，施工速度快，现场需要工人数量少，节省大量成本。

主设计要求

1.一种隧道拱架装配式施工装置，其特征在于，包括：沿隧道纵向布置的轨道；台车，所述台车的底部安装有与所述轨道配合的滑轮，所述台车上设有顶升装置，所述顶升装置包括用以安装在台车上的底座，所述底座上固定设有顶升油缸，所述顶升油缸的活塞杆的顶部与承托钢板连接。

设计方案

1.一种隧道拱架装配式施工装置，其特征在于，包括：

沿隧道纵向布置的轨道；

台车，所述台车的底部安装有与所述轨道配合的滑轮，所述台车上设有顶升装置，所述顶升装置包括用以安装在台车上的底座，所述底座上固定设有顶升油缸，所述顶升油缸的活塞杆的顶部与承托钢板连接。

2.根据权利要求1所述的隧道拱架装配式施工装置，其特征在于，所述顶升装置设有三组，分别位于所述拱架的中间及两侧位置。

3.根据权利要求2所述的隧道拱架装配式施工装置，其特征在于，位于两侧的所述顶升装置的活塞杆的顶端通过铰接部件与所述承托钢板连接，所述承托钢板上设有凸出体，所述凸出体的下端具有纵剖面呈圆弧形的接触部；所述活塞杆的顶端与固定套体固定连接，所述固定套体的外端面具有与所述圆弧形相匹配的配合接触部，所述接触部与所述配合接触部接触。

4.根据权利要求3所述的隧道拱架装配式施工装置，其特征在于，所述固定套体与所述活塞杆的顶端焊接，所述铰接部件的叶片和销轴为间隙配合。

设计说明书

技术领域

本发明涉及地下工程施工技术领域，尤其涉及一种隧道拱架装配式施工装置。

背景技术

近年来，我国地下工程事业得到了飞速发展，不仅表现在数量的增长，技术上也在快速地发展和不断地突破。随着地下工程建设规模和速度的迅猛发展，作为地下初期支护主体的钢拱架安装速度、质量对节省工时显得尤为重要，而目前作为我国地下工程主要支护构件的钢拱架依旧采用现场人工安装方式。

传统的拱架施工方式主要存在以下缺点：①所需工人数量多，劳动强度大，效率较低。现有拱架多采用传统法兰、套管连接，现场安装时，需大量人工进行配合施工；②安全性差。安装过程中，需要大量工人在现场未支护空间进行长时间的高强度施工作业，安全性难以保证；③现有拱架连接方式均无法配合拱架的机械化现场施工。

因此，急需一种隧道工字钢拱架机械化施工方法。开展此方面的研究，可以为隧道装配式工字钢拱架机械化施工的推广奠定基础，具有较高的工程价值。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的至少在于提供一种隧道拱架装配式施工装置，可以实现拱架机械化装配施工，提高工人施工安全性，同时极大程度缩短了施工周期。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一个实施方式提供一种隧道拱架装配式施工装置，包括：

沿隧道纵向布置的轨道；

所述顶升装置设有三组，分别位于所述拱架的中间及两侧位置。

位于两侧的所述顶升装置的活塞杆的顶端通过铰接部件与所述承托钢板连接，所述承托钢板上设有凸出体，所述凸出体的下端具有纵剖面呈圆弧形的接触部；所述活塞杆的顶端与固定套体固定连接，所述固定套体的外端面具有与所述圆弧形相匹配的配合接触部，所述接触部与所述配合接触部接触。

所述固定套体与所述活塞杆的顶端焊接，所述铰接部件的叶片和销轴为间隙配合。通过凸出部与固定套体的设置，可以使承托钢板在可自由调整顶升角度的同时，具有很好的受力性能。

本发明的另一个实施方式提供一种隧道拱架装配式施工方法，包括以下步骤：

步骤1：将预拼装好的拱架置于拱架安装台车上，所述拱架安装台车沿轨道滑动至设定位置，其中两端部拱架单元利用可在拱架所在平面内旋转的法兰部件连接至相邻的拱架单元上；

步骤2：利用拱架安装台车上的顶升油缸对顶部及肩部拱架进行举升，利用拱架辅助安装机将两侧拱脚部位打开，安放拱架于指定位置；

步骤3：利用顶升油缸对拱架进行调整，使纵向定位装置与前一榀拱架相连，在拱顶和两侧拱脚部位设置激光定位仪进行位置校准，完成整榀拱架的精确定位；

步骤4：打设锁脚锚杆。

其中，步骤1中，所述拱架分为6个拱架单元，其中，顶部及肩部拱架单元之间采用固定法兰板进行连接，肩部及腿部拱架单元之间采用带螺栓的法兰板进行连接。

在进行所述步骤1的操作的同时，在拱架的设定位置安装与所述纵向定位装置配合的纵向定位配套装置。

所述步骤2中，在拱架安装之前，采用激光定位装置对拱架安装位置进行定位，移动拱架安装台车，使台车上拱架与定位点处于同一水平位置。

所述步骤3中，使用激光定位仪对拱架架设位置进行校准，是指拱顶和两侧拱脚三点位置的激光定位仪与掌子面对应的标记点进行位置的校准，与纵向定位装置配合，通过调节拱架升降装置实现拱架的精确定位。

所述步骤4中，在所述打设锁脚锚杆之前，利用激光测距装置进行隧道断面复查。

本发明实施方式提供的上述技术方案，可配合安装各种不同截面形状的拱架，并可根据拱架截面的大小调整拱架安装台车的顶升装置；可实现拱架的精准定位，方便、快捷的解决机械化拱架安装难题；可实现机械化施工，减轻人工劳动强度，缩短施工工期，施工速度快，现场需要工人数量少，节省大量成本。

附图说明

图1为施工方案整体流程图；

图2为钢管结点形式图；

图3为拱架在台车上的布置示意图；

图4为台车顶升油缸示意图；

图5为拱脚辅助安装机示意图；

图6为拱架纵向定位装置示意图；

图7为两侧顶升装置顶部结构的主视图；

图8为两侧顶升装置顶部结构的侧视图。

元件标号说明

1 拱架单元

2 法兰板

3 台车

4 滑动轮

5 拱架固定装置

6 顶升装置

7 辅助安装机

8 纵向定位装置

9 承托钢板

10 凸出体

11 接触部

12 固定套体

13 配合接触部

14 活塞杆

15 叶片

16 销轴

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本申请实施例提供的隧道拱架装配式施工装置，包括：沿隧道纵向布置的轨道；台车，台车的底部安装有与轨道配合的滑轮，台车上设有顶升装置6，其包括用以安装在台车上的底座，底座上固定设有顶升油缸，顶升油缸的活塞杆的顶部与承托钢板9连接。

顶升装置6设有三组，分别位于拱架的中间及两侧位置。

位于两侧的顶升装置的活塞杆的顶端通过铰接部件与承托钢板连接，承托钢板上设有凸出体10，凸出体10的下端具有纵剖面呈圆弧形的接触部11；活塞杆14的顶端与固定套体12固定连接，固定套体的外端面具有与圆弧形相匹配的配合接触部，接触部11与配合接触部13接触。

固定套体与活塞杆的顶端焊接，铰接部件的叶片15和销轴16为间隙配合。通过凸出部与固定套体的设置，可以使承托钢板在可自由调整顶升角度的同时，具有很好的受力性能。

本申请实施例提供的一种隧道拱架装配式施工装置，包括以下步骤：

(1)拱架预拼装：按照拱架设计轮廓，拱架分为6截拱架单元1，并利用法兰连接将中间三节进行连接，两端部拱架利用可旋转的法兰板节点进行拼接安装，同时在拱架的指定位置安装纵向定位配套装置。其中，顶部及肩部拱架单元之间采用固定法兰板2进行连接，肩部及腿部拱架单元之间采用带螺栓的法兰板进行连接，如图1所示。

(2)拱架吊运安放：将预安装拱架在隧道外利用吊运设备置于拱架安装台车3指定位置。其中，拱架安装台车为一台带有滑动轮4的台车，并在隧道外及隧道内布设相应轨道，台车可在轨道上自由移动。拱架安装台车的上部带有拱架固定装置5及顶升装置6，固定装置用于将拱架放置于台车后的定位及固定，顶升装置由液压油缸组成，用于拱架的顶升及安装。

(3)台车移动就位：拱架安装台车底部安装有滑动轮4，滑动轮位于轨道之上，轨道沿隧道长度方向布置，将放置有拱架的台车沿轨道移动至工作面前方预安装拱架的位置，并对拱架进行固定。其中，拱架安装之前，于拱架预安装位置采用激光定位装置进行定位，移动拱架安装台车，使台车上拱架与定位点处于同一水平位置。

(4)拱架顶升安装：利用拱架安装台车上的顶升油缸6对顶部及肩部拱架进行举升，利用拱架辅助安装机7将两侧拱脚部位打开，安放拱架于指定位置。其中，拱架安装台车上共有三组顶升油缸，分别位于中间及两侧位置。

优选的，中间位置的油缸用于顶升顶部拱架，两侧位置的油缸用于顶升肩部位置的油缸，两侧位置油缸带有铰接受力装置，可自由调整顶升角度。上述油缸顶部位置焊接有槽型钢板，槽型钢板内部净宽稍大于拱架外部宽度。

(5)拱架精准定位：利用顶升油缸对拱架进行调整，使纵向定位装置8与前一榀拱架相连，在拱顶和两侧拱脚部位设置激光定位仪进行位置校准，即：拱顶和两侧拱脚三点位置的激光定位仪与掌子面对应的标记点进行位置的校准，与纵向定位装置配合，通过调节拱架升降装置，完成整榀拱架的精确定位。

纵向连接装置包括设置于前一榀拱架上的导向口装置、待安装拱架上的底座结构以及连接杆结构；导向口装置内部设有凹槽结构，凹槽内放置有梅花卡圈；底座结构为螺纹基座，可固定连接杆结构；连接杆结构前段设置有凸起结构，可置于梅花卡圈中固定；末端设置有螺纹可固定于底座结构上。纵向连接装置的长度可根据现场实际拱架间距进行设计。

(6)断面复查：利用激光测距装置进行断面复查，打设锁脚锚杆。具体为，用激光测距装置进行断面复查，如符合拱架安装要求，打设锁脚锚杆进行固定；如不符合拱架安装要求，利用拱架顶升装置和辅助安装机进行微调并复测。其中，激光测距装置由激光发射装置、活动轴套以及夹具组成。

断面复查方法是指在拱架拱脚处安装激光测距装置对拱架间距一定距离进行测量，并于设计图纸对应，得到拱架超欠部位，从而进行拱架调整或施加补强措施。

(7)其他工序：按照此工序，安装该循环剩余拱架，焊接其余纵向连接筋，铺设钢筋网及复喷混凝土。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

设计图

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