装配式地下工程支护拱架节点自动连接装置及施工方法与流程

本发明涉及一种装配式地下工程支护拱架节点自动连接装置及施工方法。

背景技术：

近年来，随着城市的不断发展，我国地下工程建设取得了举世瞩目的成就，已成为世界地下工程建设规模和建设速度第一大国，同时在设计和施工技术水平上也有了很大提高。随着建设规模和速度的迅猛发展，对地下工程初期支护的施工安全及效率等要求越来越高，而而目前作为我国地下工程支护的钢拱架依旧采用现场人工安装方式，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，其安全性及施工效率越发难以满足当前地下工程建设发展基础下的施工要求，成为限制地下工程建设进一步发展的瓶颈，因此拱架的机械化装配成为地下工程支护施工技术发展的必然趋势。在此背景条件下，传统的拱架节点连接方式需要进行相应的改进以配合现场拱架的机械化施工。

传统的拱架连接方式主要存在以下不足：

(1)工人数量多，劳动强度大。现有拱架多采用法兰、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，施工速度慢。拱架连接过程中，工人需在未支护空间进行长时间的施工，安全性难以保证，且人工拼装费时费力，严重影响了施工速度。

(3)现有拱架连接方式均无法配合拱架的机械化现场施工。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种装配式地下工程支护拱架节点自动连接装置及施工方法，本发明能够有效配合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。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种装配式地下工程支护拱架节点自动连接装置，包括分别固定于一节拱架两端的固定导向板和承压板，所述导向板和承压板设置有相互配合的销轴连接机构，拱架之间通过销轴连接机构连接在一起。

所述固定导向板侧面呈L型，包括连接板和导向竖板，连接板后端为单轴套结构，导向竖板前端为导向弧板结构，与承压板对应位置设置有贯穿孔。所述连接板设置连接拱架的连接凹槽。所述凹槽形状与焊接拱架截面相同，约束混凝土拱架节点凹槽中间部分可留设排浆孔，排浆孔与相匹配的排浆管连接进行排浆。

所述排浆管可分为螺纹排浆管和磁铁排浆管，所述螺纹排浆管为一端带有外螺纹的细钢管，螺纹与排浆管内螺纹相匹配；所述磁铁排浆管为一端带有开孔高强磁铁的细钢管，钢管与排浆孔对应。

所述承压板内部设置贯通孔，孔内设置可拆卸自动弹出装置，所述可拆卸自动弹出装置与贯穿孔相匹配，可卡套在贯穿孔内，承压板后端两侧有与单轴套结构相配合的带孔耳板。

所述耳板沿钢板侧面向后弯曲向上延伸，耳板端头部分呈圆弧状，且中间开孔与固定板轴套一致，活动销轴通过耳板孔和固定板轴套将钢板节点连接在一起。所述承压板内部的贯通孔内部依次为螺纹段、常规段和卡环段，所述卡环段前端设置有圆形凸腔，内径尺寸小于螺纹段和常规段。

所述可拆卸自动弹出装置包括螺纹杆、弹簧和固定销，所述螺纹杆为单直径全螺纹杆件，螺纹参数与螺纹圆孔相匹配，所述固定销后端带有不能穿过卡环段凸腔的圆形底座，前端为球状结构。

所述可拆卸自动弹出装置通过内部弹簧，使固定销前端伸出孔外，所述固定导向板绕活动销轴转动时，竖板导向结构挤压固定销，弹簧内缩，当两钢板贴合后，固定销弹出并与导向竖板销孔卡合，将节点锁紧连接在一起。

所述销轴连接机构包括固定导向板的轴套、承压板的带孔耳板以及活动连接轴套与耳板的活动销轴。所述单轴套结构的长度小于钢板宽度，且与活动销轴参数相匹配。

所述导向板和承压板绕活动销轴为轴旋转，旋转角度0～360°。

上述节点自动连接装置快速施工方法，其步骤如下：

1)节点焊接：拱架加工时，将相邻两节拱架分别插入各自节点下部对应的凹槽中，焊接固定，其中活动销轴位于拱架内侧；

2)节点排浆：拱架灌注时，利用灌浆泵通过留设灌浆孔自下而上进行每节拱架的混凝土灌注，至连接节点上部的排浆管冒浆为止；

3)节点连接：拱架连接时，将相邻两节拱架节点相互靠近，用销轴连接机构连接两节拱架，并用卡销固定防止销轴脱出，依次连接其余拱架；

4)节点折叠：拱架运输时，利用机械手进行拱架折叠，拱架绕节点处活动销轴转动并折叠至占用空间最小；

5)节点卡合：拱架安装时，安装机机械手抓扣中间拱架举升至既定位置并固定不动，辅助机械手配合展开两侧拱架，拱架节点自动卡合到位。

本发明的有益效果为：

(1)本发明节点结构简单，焊接安装方便，连接装置由活动销轴和节点钢板组成，组装灵活；

(2)本发明替换传统法连连接，配合拱架机械化装配，可大大减少现场工人数量，降低劳动强度，且工人无需在未支护空间中进行作业，极大提高了施工安全性；

(3)本发明节点卡合方便，加快施工速度。应用该连接装置，在避免工人现场对接拼装的同时，通过机械手展开拱架，节点自动卡合连接拱架，有效提高了拱架现场连接拼装速度，缩短了施工周期，降低了施工成本。

(4)适用范围广。该连接装置可应用于目前已有的可进行机械化拼装的所有类型拱架，既适用于新型的约束混凝土拱架，包括方钢、圆钢以及U型约束混凝土拱架，也适用于常规工字钢、H型钢、方钢、圆钢以及U型钢拱架等。

附图说明

图1为拱架节点自动连接装置示意图；

图2(a)、图2(b)为固定导向板俯视及主视图；

图3(a)、图3(b)为组合承压板俯视及主视图；

图4为可拆卸自动弹出装置结构示意图；

图5为螺纹排浆管和磁铁排浆管结构示意图；

其中，1-固定导向板，2-承压板，3-销轴连接机构，4-连接板，5-导向竖板，6-固定板轴套，7-导向弧板结构，8-贯穿孔，9-连接凹槽，10-拱架，11-排浆孔，12-排浆管，13-螺纹排浆管，14-磁铁排浆管，15-高强磁铁，16-贯通孔，17可拆卸自动弹出装置，18-带孔耳板，19-螺纹段，20-常规段，21-卡环段，22-螺纹杆，23-弹簧，24-固定销，25-活动销轴。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种装配式地下工程支护拱架节点自动连接装置，其特征是：包括分别固定于一节拱架两端的固定导向板1和承压板2，所述导向板1和承压板2设置有相互配合的销轴连接机构3，拱架之间通过销轴连接机构3连接在一起。

所述固定导向板1侧面呈L型，包括连接板4和导向竖板5，连接板4后端为单轴套结构6，导向竖板5前端为导向弧板结构7，与承压板2对应位置设置有贯穿孔8。

所述连接板4设置连接拱架的连接凹槽9。所述凹槽9形状与焊接拱架10截面相同，约束混凝土拱架节点凹槽中间部分可留设排浆孔11，排浆孔11与相匹配的排浆管12连接进行排浆。

所述排浆管12可分为螺纹排浆管13和磁铁排浆管14，所述螺纹排浆管13为一端带有外螺纹的细钢管，螺纹与排浆孔11内螺纹相匹配；所述磁铁排浆管14为一端带有开孔高强磁铁15的细钢管，钢管与排浆孔对应。

所述承压板2内部设置贯通孔16，孔内设置可拆卸自动弹出装置17，所述可拆卸自动弹出装置17与贯穿孔8相匹配，可卡套在贯穿孔8内，承压板2后端两侧有与单轴套结构6相配合的带孔耳板18。

所述耳板18沿钢板侧面向后弯曲向上延伸，耳板端头部分呈圆弧状，且中间开孔与固定板轴套6一致，活动销轴通过耳板孔和固定板轴套将钢板节点连接在一起。所述承压板内部的贯通孔16内部依次为螺纹段19、常规段20和卡环段21，所述卡环段21前端设置有圆形凸腔，内径尺寸小于螺纹段和常规段。

所述可拆卸自动弹出装置17包括螺纹杆22、弹簧23和固定销24，所述螺纹杆22为单直径全螺纹杆件，螺纹参数与螺纹圆孔相匹配，所述固定销24后端带有不能穿过卡环段凸腔的圆形底座，前端为球状结构。

所述可拆卸自动弹出装置通过内部弹簧，使固定销前端伸出孔外，所述固定导向板绕活动销轴转动时，竖板导向结构挤压固定销，弹簧内缩，当两钢板贴合后，固定销弹出并与导向竖板销孔卡合，将节点锁紧连接在一起。

所述销轴连接机3构包括固定导向板的轴套、承压板的带孔耳板以及活动连接轴套与耳板的活动销轴25。所述单轴套结构6的长度小于钢板宽度，且与活动销轴参数相匹配。所述导向板和承压板绕活动销轴为轴旋转，旋转角度0～360°。

所述拱架自动装配节点快速施工方法，包括如下步骤：

步骤一：节点焊接。拱架加工时，将相邻两节拱架分别插入两部分钢板节点下部对应的凹槽中，焊接固定，其中活动销轴位于拱架内侧；

步骤二：节点排浆。拱架灌注时，利用灌浆泵通过留设灌浆孔自下而上进行每节拱架的混凝土灌注，至连接节点上部的排浆管冒浆为止。

步骤三：节点连接。拱架连接时，利用移动平台将相邻两节拱架节点相互靠近，用活动销轴先后穿过钢板节点的耳板孔和轴套，连接两节拱架，并用卡销固定防止销轴脱出，依次连接其余拱架；

步骤四：节点折叠。拱架运输时，利用机械手进行拱架折叠，拱架绕节点处活动销轴转动并折叠至占用空间最小以便于运输。

步骤五：节点卡合。拱架安装时，安装机机械手抓扣中间拱架举升至既定位置并固定不动，辅助机械手配合展开两侧拱架，拱架节点自动卡合到位。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。