一种既有洞室交叉口处异形钢拱架施工方法技术

本发明专利技术公开了一种既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，根据两个垂直交叉的洞室交叉情况确定主洞室内的Y字形主拱架的安装位置；将整个椭圆弧结构的Y字形主拱架用多段大半径圆弧等效代替，再将大半径圆弧用多段小半径椭圆弧等效代替，然后小半径椭圆弧又使用多段折线进行等效代替，每段折线使用30工字钢弯曲成形，将多段椭圆曲线结构依次焊接拼装成Y字形主拱架；完成Y字形主拱架的安装；根据Y字形主拱架的安装位置将其周边划分为三块区域，每块区域又划分为若干个小区域，顺序施作各块区域的20工字钢拱架。采用了“V形开槽，骨架先行，随拆随支”的施工原则，保证施工期间交叉口围岩的稳定性，避免上部松散岩体垮塌形成连锁反应。

A construction method of special-shaped steel arch at the intersection of existing caverns

【技术实现步骤摘要】
一种既有洞室交叉口处异形钢拱架施工方法
本专利技术涉及一种异形钢拱架施工方法，特别是一种既有洞室交叉口处异形钢拱架施工方法。
技术介绍
在隧道施工中会遇到主洞室与联络通道交叉口的施工情况，此时施工较为复杂，而在常规隧道交叉口支护结构施工中，会将主隧道的钢拱架搭接在联络隧道的钢架上，这对支护结构的稳定性有一定程度的影响，因此为了各交叉口附近的围岩开挖轮廓及支护结构满足断面设计要求，从而对初期支护结构的施工精度和形状提出了非常高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种既有洞室交叉口处异形钢拱架施工方法。用大半径圆弧等效代替椭圆弧的方法，实现了对30工字钢椭圆弧拱架加工及小半径椭圆弧拱架加工的问题，减少了材料加工所不必要的浪费。采用了“V形开槽，骨架先行，随拆随支”的施工原则，保证施工期间交叉口围岩的稳定性，避免上部松散岩体垮塌形成连锁反应。本专利技术的技术方案：一种既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，包括有以下步骤：I.根据两个垂直交叉的洞室交叉情况确定主洞室内的Y字形主拱架的安装位置、形状以及尺寸；II.将整个椭圆弧结构的Y字形主拱架用多段大半径圆弧等效代替，再将大半径圆弧用多段小半径椭圆弧等效代替，然后小半径椭圆弧又使用多段折线进行等效代替，每段折线使用30工字钢弯曲成形，将多段椭圆曲线结构依次焊接拼装成Y字形主拱架；III.完成Y字形主拱架的安装；IV.根据Y字形主拱架的安装位置将其周边划分为三块区域，每块区域又划分为若干个小区域，顺序施作各块区域的20工字钢拱架。前述的既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，所述步骤I中，首先通过联络硐室中轴线与主洞室隧道中轴线垂直位置上的交点即为Y字形主拱架的交点C，该交点C沿联络硐室中轴线方向延伸至主洞室远离联络硐室的另一侧边墙交汇处为E点，CE连线即为Y字形主拱架的其中一段安装位置，交点C分别至联络硐室两个边墙与主洞室交汇处A点和B点的连线AC和BC即为Y字形主拱架的另外两段安装位置；根据主洞室尺寸确定Y字形主拱架的形状、尺寸。前述的既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，所述步骤II中，椭圆弧结构的Y字形主拱架用多段大半径圆弧等效代替的方法为：（1）在CAD中分析椭圆弧结构的Y字形主拱架曲线要素，通过平面投影法将空间斜向椭圆弧投影到平面内；（2）分析平面的椭圆弧曲线要素，确定其起点、中点及终点，然后通过三点定圆，确定等效代替圆弧的曲线要素；小半径椭圆弧使用折线进行等效代替的方法为：（1）在CAD中进行小半径椭圆弧曲线要素分析，并在CAD中增加其宽度信息；（2）沿30工字钢轴线绘制能够近似表示小半径椭圆弧曲线的折线段，并将此折线在CAD内利用offset命令偏移至30工字钢内外翼缘处；（3）在CAD中沿Y坐标向生成与外翼缘折线等长的直线段，确定外翼缘每段线中点后将内翼缘除首尾两端折线外的其余各段中点与外翼缘中点置于同一Y坐标高度，首尾两端最高处和最低处与外翼缘平齐；（4）由此得到带V形缺口的30工字钢加工示意图，沿图中V形缺口对30工字钢进行切割后弯折焊接，即完成此椭圆弧结构的Y字形主拱架的加工。前述的既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，所述步骤III中，由Y字形主拱架的三个端点A、B、E确定一个△ABE，将△ABE内的原有衬砌拆除，在Y字形主拱架的CE连线中间设置1个点D，拆卸原有衬砌时，沿着ACB-ADB-AEB方向拆除交汇处的原有衬砌后，安装三榀弯折后的30工字钢主拱架构成Y字形主拱架。前述的既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，所述步骤IV中，具体的施工步骤为：（1）平行主洞室隧道中轴线将△ABC区域划分为几个区域，以Y字形主拱架的交点C为起点，平行主洞室隧道中轴线依次施作几个区域的20工字钢拱架，锚喷完成后进行下一阶段施工；（2）以Y字形主拱架的CE连线为分割线，沿着主洞室隧道中轴线方向拆除部分的原有衬砌，并将拆除区域平行联络硐室中轴线划分为几个区域，以交点C为起点，平行联络硐室中轴线依次施作几个区域的20工字钢拱架，锚喷后进行下一阶段施工；（3）以Y字形主拱架的CE连线为分割线，沿着步骤（2）主洞室隧道中轴线反向方向拆除部分的原有衬砌，并将拆除区域平行联络硐室中轴线划分为几个区域，以交点C为起点，平行联络硐室中轴线依次施作几个区域的20工字钢拱架，锚喷后进行下一阶段施工；（4）重复步骤（2）和（3）直至整个交叉区域支护完成。前述的既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，所述步骤（1）、（2）和（3）中，与C点靠近的3个区域，间距0.95m设置1个20工字钢拱架，其它20工字钢拱架依次间隔0.8m设置。前述的既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，所述步骤（2）和（3）中，沿着主洞室隧道中轴线方向拆除2m的原有衬砌后，并将拆除区域平行联络硐室中轴线划分为2个区域，完成2个区域的20工字钢拱架架设后，再沿着主洞室隧道中轴线反向方向拆除2m的原有衬砌后，并将拆除区域平行联络硐室中轴线划分为2个区域，并架设2个区域的20工字钢拱架，如此循环往复直至整个交叉区域支护完成。本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术的施工方法具有以下几个方面的优点：1、因为隧道交叉口结构的特殊性，需要对支护材料有更高的要求。本专利技术的“Y”字形30工字钢主拱架主要起到支撑上部围岩的作用，同时相应的围岩压力也通过局部20工字钢拱架转移到主拱架上，因此对其钢拱架的竖向和水平方向的承载能力都有较高要求，而普通隧道段采用的是20工字钢，难以承载较大的荷载，因此结合现场围岩情况采用30的工字钢，增加了隧道交叉口段的稳定性。2、该工艺先对30工字钢主拱架进行加工，但是存在椭圆弧主拱架加工及小半径椭圆弧拱架加工的问题，主要体现在对30工字钢加工较为复杂，成本较高，且比较难找到合适的加工厂家；另外小半径（约2m）椭圆弧拱架也无法实现加工。本专利技术通过对椭圆弧拱架曲线性质进行分析，将整个椭圆弧结构的Y字形主拱架用多段大半径圆弧等效代替，再将大半径圆弧用多段小半径椭圆弧等效代替，然后小半径椭圆弧又使用多段折线进行等效代替，每段折线使用30工字钢弯曲成形，将多段椭圆曲线结构依次焊接拼装成Y字形主拱架，实现了对30工字钢椭圆弧拱架加工及小半径椭圆弧拱架加工的问题，减少了材料加工所不必要的浪费。3、通过交汇处边墙和另一侧两个边墙交汇处共同确定两个与联络硐室中轴线存在一定夹角的竖向平面，优先开挖两个竖向平面夹角内即△ABE区域的原有衬砌，有利于维持整体结构的稳定性。对原有衬砌进行“V形开槽”，使得隧道不会因为大面积原有衬砌拆除，而出现上部松散岩体垮塌形成连锁反应，降低地表沉降和拱顶沉降,极大地提高了施工的安全性。4、“V形开槽”后，先施作30工字钢主拱架，便于随后支护的施加，提高了施工的进度，30工字钢主拱架两侧的20工字钢拱架顺序交替支护，保证了整个支护结构的稳定性。5、在交叉口施工时，对原有衬砌边拆除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，其特征在于：包括有以下步骤：/nI.根据两个垂直交叉的洞室交叉情况确定主洞室内的Y字形主拱架的安装位置、形状以及尺寸；/nII.将整个椭圆弧结构的Y字形主拱架用多段大半径圆弧等效代替，再将大半径圆弧用多段小半径椭圆弧等效代替，然后小半径椭圆弧又使用多段折线进行等效代替，每段折线使用30工字钢弯曲成形，将多段椭圆曲线结构依次焊接拼装成Y字形主拱架；/nIII.完成Y字形主拱架的安装；/nIV.根据Y字形主拱架的安装位置将其周边划分为三块区域，每块区域又划分为若干个小区域，顺序施作各块区域的20工字钢拱架。/n

【技术特征摘要】
1.一种既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，其特征在于：包括有以下步骤：
I.根据两个垂直交叉的洞室交叉情况确定主洞室内的Y字形主拱架的安装位置、形状以及尺寸；
II.将整个椭圆弧结构的Y字形主拱架用多段大半径圆弧等效代替，再将大半径圆弧用多段小半径椭圆弧等效代替，然后小半径椭圆弧又使用多段折线进行等效代替，每段折线使用30工字钢弯曲成形，将多段椭圆曲线结构依次焊接拼装成Y字形主拱架；
III.完成Y字形主拱架的安装；
IV.根据Y字形主拱架的安装位置将其周边划分为三块区域，每块区域又划分为若干个小区域，顺序施作各块区域的20工字钢拱架。


2.根据权利要求1所述的既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，其特征在于：所述步骤I中，首先通过联络硐室中轴线与主洞室隧道中轴线垂直位置上的交点即为Y字形主拱架的交点C，该交点C沿联络硐室中轴线方向延伸至主洞室远离联络硐室的另一侧边墙交汇处为E点，CE连线即为Y字形主拱架的其中一段安装位置，交点C分别至联络硐室两个边墙与主洞室交汇处A点和B点的连线AC和BC即为Y字形主拱架的另外两段安装位置；根据主洞室尺寸确定Y字形主拱架的形状、尺寸。


3.根据权利要求1所述的既有洞室垂直交叉口处异形钢拱架施工方法，其特征在于：所述步骤II中，椭圆弧结构的Y字形主拱架用多段大半径圆弧等效代替的方法为：
（1）在CAD中分析椭圆弧结构的Y字形主拱架曲线要素，通过平面投影法将空间斜向椭圆弧投影到平面内；
（2）分析平面的椭圆弧曲线要素，确定其起点、中点及终点，然后通过三点定圆，确定等效代替圆弧的曲线要素；
小半径椭圆弧使用折线进行等效代替的方法为：
（1）在CAD中进行小半径椭圆弧曲线要素分析，并在CAD中增加其宽度信息；
（2）沿30工字钢轴线绘制能够近似表示小半径椭圆弧曲线的折线段，并将此折线在CAD内利用offset命令偏移至30工字钢内外翼缘处；
（3）在CAD中沿Y坐标向生成与外翼缘折线等长的直线段，确定外翼缘每段线中点后将内翼缘除首尾两端折线外的其余各段中点与外翼缘中点置于同一Y坐标高度，首尾两端最高处和最低处与外翼缘平齐；
（4）由此得到带V形缺口的30工字钢加工示意图，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈二平，刘永明，马洪龙，冀荣华，杨永强，李艳厂，刘宁，蔡炜，
申请(专利权)人：中铁贵州市政工程有限公司，贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52