隧道分部开挖装配式拱架及机械化施工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种隧道分部开挖装配式拱架及机械化施工工艺；以隧道CD法开挖工序为例，将拱架按照分节进行折叠，拱架安装机吊运拱架至隧道掌子面前；将第一部开挖的拱架和临时支撑进行连接固定，拱架安装机抓举拱架进行举升，将拱架和临时支撑完全展开，并进行定位；安装左侧下方第二开挖部的仰拱拱架和剩余部分的临时支撑，与左侧上方第一开挖部的拱架和临时支撑进行连接；安装右侧上方第三开挖部的支护拱架，与左侧上方第一开挖部的拱架进行连接；安装右侧下方开挖部的仰拱与右侧上方第三开挖部的支护拱架和左侧下方第二开挖部的仰拱进行连接。本发明专利技术实现了分部支护结构的机械化安装，提高了施工效率，保障施工安全。

【技术实现步骤摘要】
隧道分部开挖装配式拱架及机械化施工工艺
本专利技术适用于一种在地下工程分部开挖过程中，具体涉及一种法兰节点、包括该节点的装配式支护结构以及采用装配式拱架进行机械化快速施工的施工工艺。
技术介绍
随着交通隧道建设的迅速发展，建设规模逐渐增大，建设过程中难免会遇到软弱围岩、断层破碎带等复杂地质状况，其围岩松动和破坏现象严重，常出现拱顶不稳定，拱脚应力集中等特点，导致围岩变形量大、支护构件破断、拱顶掉块甚至塌方等安全问题，易造成人员伤亡和重大的经济损失。目前我国地下工程支护施工装置及施工方法存在以下问题：1.临时支撑与支护结构的节点采用的现有的普通的法兰节点，人工进行单节拱架的拼接，这种节点结构导致施工速度慢，施工效率低等问题；2.现在地下工程中没有装配式拱架，隧道开挖完成后，在没有任何支护措施的情况下，通过人力安装拱架，是隧道施工过程中对工人最为危险的建设环节；在此期间，高强度、高负荷施工，工人极易疲惫，加之围岩稳定性较差，其施工安全性在隧道建设中需严格保障。另外，随着人口红利消失，人力资源成本与工程经济性的矛盾日益凸显。3.隧道分部法开挖支护过程中，拱架支护结构需分部架设，施工困难，且各节拱架之间通过人工安装法兰节点进行连接；拱架重量大，人力施工强度大，施工效率低，传统施工方式进度缓慢。基于以上问题，隧道施工亟需一种安全、高效的机械化施工技术，以提高施工效率，保证施工安全。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，以隧道四部CD法开挖为例，提出了一种适用于在地下工程分布开挖施工中的法兰节点，该法兰节点可以配合机械化施工，各节拱架自动卡合固定，无需人工进行各节拱架的连接。本专利技术还提出了一种开挖装配式支护结构，该支护结构可以进行分部拱架的一次性架设。本专利技术还提出了一种采用装配式拱架进行机械化施工的方法，本方法可保障施工安全、提高施工效率。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提出了一种法兰节点，包括法兰盘I、法兰盘II和导向板，所述的法兰盘I上设有内插卡合装置，在法兰盘II上设有导向接收装置，所述的内插卡合装置插入到所述的导向接收装置内，且在所述的导向板与所述法兰盘I、法兰盘II配合实现导向。进一步的，所述的内插卡合装置为一个设置在法兰盘I中心位置的一个凸起；所述的导向接收装置为一个设置在法兰盘II上的导向柱，所述的导向柱的中心设有一个插孔，所述的凸起插入到该插孔内。进一步的，所述的导向板包括两个，分别对称的设置在法兰盘I、法兰盘II的两侧，形成一个扇形结构。进一步的，所述的法兰盘I、法兰盘II分别安装在两个相邻的拱架上，且在所述的法兰盘I或者法兰盘II的顶部设有挡块。本专利技术还提供了一种装配式支护结构，其拱架之间的连接采用前面所述的新型的法兰节点。本专利技术还提供了一种地下工程CD法开挖装配式支护结构，包括分部装配式拱架和临时支撑，位于上方断面的第一开挖部的拱架、第三开挖部的拱架和临时支撑I各自包括多节，相邻节之间通过装配式节点相连；第一开挖部的拱架和临时支撑I是通过装配式节点或者装配式法兰进行连接；第一开挖部的拱架和第三开挖部的拱架通过前面所述的法兰节点进行连接；位于下方断面的第二、第四开挖部的拱架、临时支撑II自个均只有一节，第二、第四开挖部的拱架、临时支撑II均通过装配式法兰与上方断面第一、第三开挖部的拱架和临时支撑II进行连接。本专利技术还提供了一种利用所述的支护结构进行施工的方法，包括以下步骤：步骤1：将拱架按照分节进行折叠，吊运拱架至隧道掌子面前；步骤2：将左侧上方第一开挖部的拱架和临时支撑I的连接节点打开，并将该拱架自身的上侧连接节点打开，抓举拱架并进行举升，将该拱架自身和临时支撑I自身的下侧节点打开；步骤3：调节左侧上方第一开挖部的拱架位置，将纵向定位连接装置与前一榀拱架进行连接，实现分部拱架的精确定位；步骤4：安装左侧下方第二开挖部的仰拱拱架，且将其与左侧上方第一开挖部的拱架相连，同时将临时支撑II和临时支撑I进行连接；步骤5：安装右侧上方第三开挖部的拱架，且将其与左侧上方第一开挖部的拱架进行连接；步骤6：安装右侧下方第四开挖部的仰拱拱架，且将其与右侧上方第三开挖部的拱架、第二开挖部的仰拱拱架连接。进一步的，所述的施工方法中所述第一开挖部的拱架和临时支撑I主要由两块法兰盘以及连接法兰盘的销轴组成，通过销轴的转动可使该拱架与临时支撑I进行连接和折叠；在该拱架举升前使用螺栓将法兰盘进行对接固定，使该拱架与临时支撑I紧固成整体，完成一次性架设。进一步的，所述的施工方法中，所述第一开挖部的拱架和临时支撑I在拱架安装机举升后，其下侧的装配式节点未展开，该拱架和临时支撑I的下侧处于自由下垂状态，辅助安装机将未开展的装配式节点进行伸展，完成分部拱架的整体架设。进一步的，在所述步骤4和步骤6中，以机械化施工为主，人工操作为辅；即：拱架安装机抓取拱架放置指定位置，人工辅助安装法兰节点进行连接。进一步的，步骤2中所述的将第一开挖部的拱架和临时支撑I间的连接节点打开，是指通过装配式节点或装配式法兰进行卡合固定，再进行机械化举升。进一步的，步骤2中所述的将第一开挖部的拱架和临时支撑I的上侧节点打开，是指将相应位置的装配式节点进行卡合固定，而下侧部位的节点不进行卡合固定，待举升后再利用辅助安装机将该开挖部的拱架进行完全架设。进一步的，步骤2中利用辅助安装机将拱脚处拱架打开，以第一开挖部为例，是指将拱架举升后，拱架和临时支撑的下侧部位处于自由下垂状态，辅助安装机将拱架和临时支撑下侧自由端向外侧推动，使装配式节点进行卡合固定，实现该分部拱架和临时支撑的完全架设。进一步的，步骤2中所述的抓举拱架并进行举升，是指利用拱架安装机机械手抓举第一开挖部的拱架上方部位，举升至指定位置，并精确操控机械手，使纵向定位连接装置与前一榀拱架表面焊设的导向装置进行连接固定，实现分部拱架的精确定位。其中，前面所述的纵向定位连接装置，是指在拱架举升前将其安装至待举升的拱架表面。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提出了隧道分部开挖装配式拱架及机械化施工工艺，实现了拱架架设的机械化施工，提高了施工效率，保障了施工安全，该施工方法具有高效、快速、安全性高等特点。(2)本专利技术提出的一种隧道装配式拱架，可实现拱架整体的一次性架设，该装配式拱架适用于传统的型钢拱架，又适用于新型的高强约束混凝土拱架。(3)本专利技术提出的一种特制的法兰节点装置，可实现上方左右两侧开挖部拱架的快速连接，简化了传统人工连接法兰节点的工序，施工速度快；附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术四部CD法开挖步序图；图2为本专利技术第一开挖部拱架和临时支撑拼装图；图3为本专利技术第一开挖部拱架与临时支撑装配式节点连接示意图；图4为本专利技术第一开挖部拱架与临时支撑装配式法兰节点示意图；图5为本专利技术连接上方断面左右侧开挖部拱架的特制法兰节点；图6为本专利技术特制法兰节点内部构造示意图。其中：1、左侧上方第一开挖部，2、左侧下方第二开挖部，3、右侧上方第三开挖部，4、右侧下方第四开挖部，5、拱架，6、临时支撑I，7、装配式法兰节点或装配式节点，8、上侧节点，9、活动销轴，10、装配式连接装置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种法兰节点，其特征在于，包括法兰盘I、法兰盘II和导向板，所述的法兰盘I上设有内插卡合装置，在法兰盘II上设有导向接收装置，所述的内插卡合装置插入到所述的导向接收装置内，且在所述的导向板与所述法兰盘I、法兰盘II配合实现导向。

【技术特征摘要】
1.一种法兰节点，其特征在于，包括法兰盘I、法兰盘II和导向板，所述的法兰盘I上设有内插卡合装置，在法兰盘II上设有导向接收装置，所述的内插卡合装置插入到所述的导向接收装置内，且在所述的导向板与所述法兰盘I、法兰盘II配合实现导向。2.如权利要求1所述的法兰节点，其特征在于，所述的内插卡合装置为一个设置在法兰盘I中心位置的一个凸起，所述的导向接收装置为一个设置在法兰盘II上的导向柱，所述的导向柱的中心设有一个插孔，所述的凸起插入到该插孔内。3.如权利要求1所述的法兰节点，其特征在于，所述的导向板包括两个，分别对称的设置在法兰盘I、法兰盘II的两侧，形成一个扇形结构。4.如权利要求1所述的法兰节点，其特征在于，所述的法兰盘I、法兰盘II分别安装在两个相邻的拱架上，且在所述的法兰盘I或者法兰盘II的顶部设有挡块。5.一种装配式支护结构，其特征在于，其拱架之间的连接采用权利要求1-3所述的法兰节点。6.一种地下工程CD法开挖装配式支护结构，包括分部装配式拱架和临时支撑，其特征在于，位于上方断面的第一开挖部的拱架、第三开挖部的拱架和临时支撑I各自包括多节，相邻节之间通过装配式节点相连；第一开挖部的拱架和临时支撑I是通过装配式节点或者装配式法兰进行连接；第一开挖部的拱架和第三开挖部的拱架通过权利要求1-3所述的法兰节点进行连接；位于下方断面的第二、第四开挖部的拱架、临时支撑II自个均只有一节，第二、第四开挖部的拱架、临时支撑II均通过装配式法兰与上方断面第一、第三开挖部的拱架和临时支撑II进行连接。7.一种利用权利要求6所述的支护结构进行施工的方法，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，江贝，栾英成，
申请(专利权)人：山东大学，山东天勤工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37