地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法，在隧道外对单节拱架进行混凝土预灌注，将装配式节点与拱架进行精确焊接，进行拱架试拼装，并折叠形成装配式拱架，吊运至隧道掌子面后利用拱架安装设备对拱架进行架设，连接纵向定位装置，使用激光定位仪和拱架升降装置对整榀拱架进行精确定位，利用激光测距装置进行断面复查，打设锁脚锚杆，然后进行其他工序。本发明专利技术解决了约束混凝土拱架预灌注关键技术，实现了整榀拱架的吊运和一次性架设，提高了施工效率，保障了施工安全。

Intelligent installation method of standard assembly restrained concrete arch for underground works

The invention discloses an intelligent installation method for the standard reinforced concrete arch frame for underground engineering, which is preformed by concrete prefilling for a single arch frame outside the tunnel. The assembly type node and the arch are welded accurately, the arch test is assembled, and the assembly arch is folded and transported to the face of the tunnel. The arch erection equipment erects the arch, connects the vertical positioning device, uses the laser locator and the arch lifting device to accurately locate the whole arch, uses the laser range finder to carry out the cross section review, sets the lock anchor bolt, and then carries out other processes. The invention solves the key technology of the prefilling of the confined concrete arch frame, realizes the lifting of the whole arch and the one-time erection, improves the construction efficiency and ensures the safety of the construction.

【技术实现步骤摘要】
地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法
本专利技术涉及一种适用于地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法。
技术介绍
随着隧道交通建设的迅速发展，建设规模逐渐增大，在浅埋、偏压、高应力及断层破碎带等复杂地质条件下隧道建设的重难点工程增多。锚网喷、型钢拱架、格栅钢架等传统支护形式由于强度、刚度不足或支护不及时引发的拱顶冒落、大变形、支护构件破断等安全事故频发。约束混凝土拱架作为一种新型支护形式，具有高强、高刚的承载特性，已经在矿山巷道中得到了广泛的应用，近年来在交通隧道中也逐渐得到推广应用。同时，约束混凝土拱架相比于传统的型钢拱架支护，需向钢管内灌注混凝土，增加了现场施工工序，需对该施工工艺进行优化和改进。同时，在隧道建设过程中，传统型钢拱架重量大，拱架安装主要靠人力施工，法兰节点拼装工艺复杂，施工困难，劳动强度大、施工效率低。隧道开挖完成到拱架架设期间，极易发生拱顶冒落、掉块等安全事故，易造成人员伤亡。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，提出了一种适用于地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法。本专利技术可解决传统支护形式强度不足的问题，同时能够保障施工安全、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：本专利技术提出的地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法，包括以下步骤：步骤1：在隧道外对单节拱架进行混凝土预灌注，灌注密实后进行养护；步骤2：按照拱架设计轮廓，利用套装装置将各节拱架的端部与装配式节点进行精确焊接，进行拱架试拼装，同时在拱架的设定位置安装纵向定位配套装置；步骤3：按照拱架安装顺序对各节拱架进行折叠，拱架安装机吊运拱架至隧道掌子面前；步骤4：利用拱架安装机和辅助安装机对拱架进行架设，在拱架表面连接纵向定位装置，两侧拱脚和拱顶部位设置激光定位仪，拱脚部位设置拱架升降装置；步骤5：使用激光定位仪和拱架升降装置对整榀拱架进行精确定位后；安装该循环剩余拱架，利用激光测距装置进行断面复查，打设锁脚锚杆；然后进行其他工序。进一步的，步骤1中所述的对单节拱架进行混凝土灌注，可采取顶部开口顺延灌注或底部开口顶升灌注两种方案。进一步优选的，所述的顶部开口顺延灌注，是指在单节拱架相对高度较高的端部开设注浆口，采用混凝土输送设备对拱架自上而下进行灌注，并用振捣设备和震动电机对钢管内的混凝土进行实时不间断的压实处理。进一步优选的，所述的底部开口顶升灌注，是指将单节拱架相对高度较低的端部开设注浆口，并在注浆口处设置特殊连接构造件，通过输送管与混凝土输送设备相连，对每节拱架自下而上进行灌注；同时在相对高度较高的端部设置一至多个排气孔，待排气口均匀流出混凝土表明灌注密实。进一步的，步骤1中所述的对灌注后的单节拱架进行密实度检测，根据拱架长度和钢管周长，在拱架的径向和环向等间距布设检测点，使用超声波检测仪进行密实度检测，并配合人工敲击法，对于灌注不密实的部位应进行补浆，或者焊设钢板补强。进一步的优选的，在布置测点时，可先测量钢管实际周长，再将圆周等分，在钢管检测部位画出若干根母线和等间距的环向线，线间距宜为150-300mm；检测时可先作径向对测，在钢管混凝土每一环线上保持发射换能器和接收换能器的连线通过圆心，然后沿环向测试，逐点读取声时、波幅和主频，可得缺陷形状、大小。进一步的优选的，所述的两种方式对单节拱架进行预灌注，开设的注浆口在注浆完成后需及时进行焊板封堵，并在开口的局部部位进行补强，可采用周边钢板补强和侧弯钢板补强等方式。进一步的，步骤2中所述的对拱架进行试拼装，采用一种特制的辅助拱架拼接的套装装置，可将装配式节点与单节拱架进行精确焊接，保证拼装后的整榀拱架处于同一平面内。进一步优选的，所述的套装装置，其主要由平整底座、侧向支撑和反力肋板三部分组成；所述的平整底座的两端设置反力肋板，在平整底座的中间部分设置侧向支撑。进一步的，所述的对单节拱架进行拼接，利用一种自动装配式节点进行连接形成整榀拱架，单节拱架可绕自动装配式节点进行转动和卡合固定，从而实现整榀拱架的折叠和伸展。进一步的，步骤3中所述的拱架安装机吊运拱架，是指在拱架上设置卡环，利用特制吊绳连接卡环和拱架安装机机械手，将拱架吊装至隧道掌子面前。所述步骤3中将拱架进行折叠，是指单节拱架在自动装配式节点的连接下形成整榀拱架，单节拱架可绕自动装配式节点进行转动和卡合固定，从而实现整榀拱架的折叠和伸展。所述的装配式节点包括固定于相邻两节拱架上的装配式连接装置和导向承压连接装置以及连接装配式连接装置和导向承压连接装置的活动销轴；所述装配式连接装置设有多排贯通孔，每排通孔内设置有可拆卸弹簧销；所述的导向承压连接装置两侧设有耳板，耳板上设置有配合弹簧销卡合的圆形轴孔。所述装配式连接装置设有多排贯通孔，每排通孔内设置有可拆卸弹簧销；可设置两排弹簧销，也可配设三排弹簧销；根据现场实际工程需要，还可将其中一排弹簧销设置成通孔，通过高强螺栓进行连接；进一步优选的，所述的导向承压连接装置两侧设有耳板，耳板上设置有配合弹簧销卡合的圆形轴孔。进一步的，步骤4中所述的纵向定位装置，是指于正在架设的拱架表面上安装纵向定位杆，在已架设完成的前一榀拱架表面焊设喇叭口导向装置，喇叭口内设有梅花卡圈，纵向定位杆插入到喇叭口内，与卡圈进行卡合固定，完成两榀拱架之间纵向定位装置的连接。进一步的，所述的拱架安装机对拱架进行举升，在安装机伸缩臂端部的抓举部件-机械手上焊设一定长度的加强护板，通过加强护板加持拱架进行举升，增大拱架与机械手的接触面积，降低拱顶处的最大应力值，有效保护拱架。进一步的，步骤4中所述的拱架升降装置，其主要由加肋底座，液压油缸，万向球头和拱架托板构成；所述的液压油缸安装在加肋底座上，液压油缸的动力输出端通过一个万向球头与拱架托板相连；万向球头可实现一定角度的旋转，油缸行程可根据实际工程进行调节。进一步的，步骤5中所述的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。进一步的，步骤5中所述的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，利用拱架安装设备和拱脚升降装置进行微调并复测。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提出了在隧道工程中采用约束混凝土拱架的新型支护形式，其具有高强、高刚的承载特性，可解决复杂地质条件下高应力、极软岩、断层破碎带等支护难题。(2)本专利技术提出了一种对约束混凝土进行预灌注的施工方法，约束混凝土拱架可进行预制，无需在施工环节进行现场注浆，减少现场施工工序。(3)本专利技术提出了一种装配式约束混凝土拱架，在自动装配式节点的连接下可实现整榀拱架的折叠和伸展，可使用拱架安装机吊装折叠式拱架至隧道掌子面前，然后举升、伸展各节拱架，从而完成拱架的一次性架设。节省施工时间，大幅降低人力施工强度。(4)本专利技术提出了一种机械化安装约束混凝土拱架的施工工艺，研发了拱架安装机和辅助安装机，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。(5)本专利技术提出了一种对拱架进行精确定位的施工方法，使用激光定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在隧道外对单节拱架进行混凝土预灌注，灌注密实后进行养护；步骤2：按照拱架设计轮廓，利用套装装置将各节拱架的端部与装配式节点进行精确焊接，进行拱架试拼装，同时在拱架的设定位置安装纵向定位配套装置；步骤3：按照拱架安装顺序对各节拱架进行折叠，拱架安装机吊运拱架至隧道掌子面前；步骤4：利用拱架安装机和辅助安装机对拱架进行架设，连接纵向定位装置，两侧拱脚和拱顶部位设置激光定位仪，拱脚部位设置拱架升降装置；步骤5：使用激光定位仪和拱架升降装置对整榀拱架进行精确定位后；安装该循环剩余拱架，利用激光测距装置进行断面复查，打设锁脚锚杆；然后进行其他工序。

【技术特征摘要】
1.一种地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在隧道外对单节拱架进行混凝土预灌注，灌注密实后进行养护；步骤2：按照拱架设计轮廓，利用套装装置将各节拱架的端部与装配式节点进行精确焊接，进行拱架试拼装，同时在拱架的设定位置安装纵向定位配套装置；步骤3：按照拱架安装顺序对各节拱架进行折叠，拱架安装机吊运拱架至隧道掌子面前；步骤4：利用拱架安装机和辅助安装机对拱架进行架设，连接纵向定位装置，两侧拱脚和拱顶部位设置激光定位仪，拱脚部位设置拱架升降装置；步骤5：使用激光定位仪和拱架升降装置对整榀拱架进行精确定位后；安装该循环剩余拱架，利用激光测距装置进行断面复查，打设锁脚锚杆；然后进行其他工序。2.如权利要求1所述的地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法，其特征在于，步骤1中所述的对单节拱架进行混凝土灌注，采取顶部开口顺延灌注或底部开口顶升灌注两种方案；所述的顶部开口顺延灌注，是指在单节拱架相对高度较高的端部开设注浆口，采用混凝土输送设备对拱架自上而下进行灌注，并用振捣设备和震动电机对钢管内的混凝土进行实时不间断的压实处理；所述的底部开口顶升灌注，是指将单节拱架相对高度较低的端部开设注浆口，并在注浆口处设置特殊连接构造件，通过输送管与混凝土输送设备相连，对每节拱架自下而上进行灌注；同时在相对高度较高的端部设置一至多个排气孔，待排气口均匀流出混凝土表明灌注密实。3.如权利要求1所述的地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法，其特征在于，步骤1中所述的对灌注后的单节拱架进行密实度检测，根据拱架长度和钢管周长，在拱架的径向和环向等间距布设检测点，使用超声波检测仪进行密实度检测，并配合人工敲击法，对于灌注不密实的部位应进行补浆，或者焊设钢板补强。4.如权利要求1所述的地下工程标准化装配式约束混凝土拱架智能安装方法，其特征在于，步骤2中所述的对拱架进行试拼装，采用一种特制的辅助拱架拼接的套装装置，可将装配式节点与单节拱架进行精确焊接，保证拼装后的整榀拱架处于同一平面内。5.如权利要求4所述的地下工程标准化装配式约束混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，栾英成，江贝，于恒昌，孙会彬，许硕，
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