隧道工程钢拱架拱脚的固定方法与流程

本发明涉及隧道工程技术领域。更具体地说，本发明涉及一种隧道工程钢拱架拱脚的固定方法。

背景技术：

在隧道建设过程中，控制沉降和大变形是软弱围岩隧道的难点，许多隧道工程建设过程中都因穿越软弱地层而发生了沉降和大变形，造成巨大的灾害。随着地下工程理论的发展，在软弱地层中复合式衬砌结构是最为适合的结构形式，其能充分适应围岩受力后的时空效应。实践与理论均证明，钢拱架支护能增强初期支护能力，也在大量的隧道工程中得到广泛的应用。钢拱架通常采用L、U、I字型等型钢，加工成所需形状进行支护。在对钢拱架进行支撑时，常在钢拱架拱脚位置处打设锁脚锚杆进行固定，但在工程实践中也会出现锁脚锚杆固定效果较差，钢拱架失稳情况。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种隧道工程钢拱架拱脚的固定方法，用以优化钢拱架支护结构的固定方式，解决传统固定方法可能出现的支撑作用不够的问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种隧道工程钢拱架拱脚的固定方法，包括以下步骤：

步骤一、在隧道开挖一定距离，且初次架设两排钢拱架的上部分后，在围岩两侧，向初次架设的两排钢拱架的中间分别打设一根钢管，使钢管的一端与初次架设的两排钢拱架的底部齐平或高于初次架设的两排钢拱架的底部，钢管的另一端插入围岩中，并向下倾斜；

步骤二、在围岩两侧分别设置一根连接杆，使连接杆的两端分别与初次架设的两排钢拱架固定连接，并使连接杆与钢管的一端固定连接；

步骤三、再次开挖隧道一定距离，且架设下两排钢拱架的上部分后，在围岩两侧，向下两排钢拱架的中间，以及下两排钢拱架和上两排钢拱架中相邻的两排钢拱架的中间分别打设一根钢管，使每根钢管的一端与下两排钢拱架的底部齐平或高于下两排钢拱架的底部，钢管的另一端插入围岩中，并向下倾斜；

步骤四、在围岩两侧分别设置两根连接杆，使其中一根连接杆的两端分别与下两排钢拱架固定连接，并使该连接杆和与其对应的钢管的一端固定连接，使另一根连接杆的两端分别与下两排钢拱架和上两排钢拱架中相邻的两排钢拱架固定连接，并使该连接杆和与其对应的钢管的一端固定连接；

步骤五、重复步骤三至步骤四，直至所有钢拱架的布设完成。

优选的是，所述的隧道工程钢拱架拱脚的固定方法中，所述步骤二中，将连接杆与初次架设的两排钢拱架、钢管的一端固定连接后，还包括通过固定装置固定初次架设的两排钢拱架的步骤，以及所述步骤四中将连接杆和下两排钢拱架、与其对应的钢管的一端固定连接后，还包括通过固定装置固定下两排钢拱架的步骤，且通过固定装置固定初次架设的两排钢拱架和下两排钢拱架的具体步骤相同，其中，所述固定装置包括：

支撑板，其为长方形，所述支撑板沿水平方向设置；

至少一个套筒，套筒的数量为奇数个，当套筒的数量为一个时，套筒固设在所述支撑板的顶部的中央，当套筒的数量大于或等于三个时，其中一个套筒设置固设在所述支撑板的顶部的中央，其余的套筒固设在所述支撑板的顶部，且相对于所述支撑板上沿其宽度方向的中心线两两对称，所述套筒上沿所述支撑板的宽度方向设置有一个通孔，所述通孔为圆柱体形；

至少一根插杆，其与所述套筒的数量相等，且一一对应，所述插杆为圆柱体形，所述插杆的外径与所述通孔的直径相等，所述插杆插入所述通孔中，所述插杆的长度大于所述通孔的长度；

通过固定装置固定初次架设的两排钢拱架或下两排钢拱架的具体步骤为：

步骤a、在初次架设的两排钢拱架或下两排钢拱架的下方的岩土上沿水平方向铺设所述支撑板，使对应的两根连接杆搁置或可拆卸地连接在支撑板的两端，且支撑板上沿其长度方向的两端位于初次架设的两排钢拱架或下两排钢拱架的中间；

步骤b、将所有插杆的一端打入初次架设的两排钢拱架或下两排钢拱架的前方的岩土中，另一端留在套筒中。

优选的是，所述的隧道工程钢拱架拱脚的固定方法中，所述套筒的数量为三个。

优选的是，所述的隧道工程钢拱架拱脚的固定方法中，所述插杆的一端设置有一个尖部。

优选的是，所述的隧道工程钢拱架拱脚的固定方法中，所述插杆的另一端设置有一个限位块，所述限位块为圆柱体形，且与所述插杆同轴设置，所述限位块的外径大于所述插杆的外径。

优选的是，所述的隧道工程钢拱架拱脚的固定方法中，所述固定装置还包括：

两块定位板，其相对于所述支撑板上沿其宽度方向的中心线对称设置，所述定位板为L形，且与所述插杆不干涉，所述定位板由第一板体和第二板体组成，所述第一板体沿水平方向设置，所述第二板体设置在所述第一板体的上方，所述第一板体上远离所述第二板体的一端与所述支撑板上沿其宽度方向的一端固定连接，当所述支撑板铺设在初次架设的两排钢拱架或下两排钢拱架的下方的岩土上时，所述第二板体与初次架设的两排钢拱架或下两排钢拱架的前方的岩土相抵。

优选的是，所述的隧道工程钢拱架拱脚的固定方法中，所述固定装置还包括：

定向板，其沿竖直方向设置在所述支撑板的底部，并与所述支撑板的底部的中央固定连接，所述定向板与所述支撑板上沿其宽度方向的中心线平行。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明优化了钢拱架支护结构的固定方式，解决了传统固定方法可能出现的支撑作用不够的问题。

本发明将所有钢拱架、钢管和连接杆焊接成一个整体，提高了支护结构的整体刚度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的固定装置的主视图；

图2为本发明所述的固定装置的俯视图；

图3为本发明所述的固定装置的左视图；

图4为本发明所述的支撑板和定向板的结构示意图；

图5为本发明所述的固定装置固定两排钢拱架时的结构示意图；

图6为本发明所述的连接杆搁置在支撑板上的结构示意图；

图7为本发明所述的钢管和连接杆固定两排钢拱架后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图7所示，本发明提供一种隧道工程钢拱架拱脚的固定方法，包括以下步骤：

步骤一、在隧道开挖一定距离，且初次架设两排钢拱架100的上部分后，在围岩两侧，向初次架设的两排钢拱架100的中间分别打设一根钢管110，使钢管110的一端与初次架设的两排钢拱架100的底部齐平或高于初次架设的两排钢拱架100的底部，钢管110的另一端插入围岩中，并向下倾斜；

步骤二、在围岩两侧分别设置一根连接杆120，使连接杆120的两端分别与初次架设的两排钢拱架100固定连接，并使连接杆120与钢管110的一端固定连接；固定连接的方式为焊接或机械连接。

步骤三、再次开挖隧道一定距离，且架设下两排钢拱架100的上部分后，在围岩两侧，向下两排钢拱架100的中间，以及下两排钢拱架100和上两排钢拱架100中相邻的两排钢拱架100的中间分别打设一根钢管110，使每根钢管110的一端与下两排钢拱架100的底部齐平或高于下两排钢拱架100的底部，钢管110的另一端插入围岩中，并向下倾斜；

步骤四、在围岩两侧分别设置两根连接杆120，使其中一根连接杆120的两端分别与下两排钢拱架100固定连接，并使该连接杆120和与其对应的钢管110的一端固定连接，使另一根连接杆120的两端分别与下两排钢拱架100和上两排钢拱架100中相邻的两排钢拱架100固定连接(例如，沿着隧道开挖方向，上两排钢拱架100为A和B，下两排钢拱架100为C和D，则在A和B、C和D间均设置有钢管110和连接杆120，在B和C间也设置钢管110和连接杆120)，并使该连接杆120和与其对应的钢管110的一端固定连接；

步骤五、重复步骤三至步骤四，直至所有钢拱架100的布设完成，此时所有钢拱架100、钢管110和连接杆120被焊接成一个整体，提高了支护结构的整体刚度。

隧道开挖后，先挖空上部分的岩土130，此时，下部分的岩土140和前方的岩土150还未开挖，之后架设一榀钢拱架100的上部分，随着开挖面向前推进，再架设后一榀钢拱架100的上部分，并使初次架设的两榀钢拱架100的底部悬空，在下部分的岩土140上铺设石块160，将初次架设的两榀钢拱架100的(上部分的)底部垫在石块160上，通过石块160和下部分的岩土140临时支撑初次架设的两榀钢拱架100的上部分，此时该两榀钢拱架100承载能力有限，接着在初次架设的两榀钢拱架100间打设钢管110，并设置连接杆120，再开挖下部分的岩土140，之后安装初次架设的两榀钢拱架100的下部分，并使初次架设的两榀钢拱架100的下部分与上部分固定连接，通过初次架设的两榀钢拱架100的下部分支撑上部分，接着再挖前方的岩土150，向前挖的深度为刚好可以架设下两榀钢拱架100，开挖时先挖上部分的岩土130，架设下两榀钢拱架100的上部分，并使其底部悬空，再通过石块160和下部分的岩土140临时支撑下两榀钢拱架100，此时下两榀钢拱架100承载能力有限，再在下两榀钢拱架100间，以及前两榀钢拱架100中靠后设置的一榀钢拱架100和下两榀钢拱架100中靠前设置的一榀钢拱架100间分别打设钢管110，并设置连接杆120，接着开挖下部分的岩土140，安装下两榀钢拱架100的下部分，随着隧道向前开挖，不断重复。

钢拱架100架设完成后所有钢拱架100、钢管110和连接杆120被焊接成一个整体，围岩的两侧对称，左侧和右侧的连接杆120的高度相同，提高了支护结构的整体刚度。

所述的隧道工程钢拱架100拱脚的固定方法中，所述步骤二中，将连接杆120与初次架设的两排钢拱架100、钢管110的一端固定连接后，还包括通过固定装置固定初次架设的两排钢拱架100的步骤，以及所述步骤四中将连接杆120和下两排钢拱架100、与其对应的钢管110的一端固定连接后，还包括通过固定装置固定下两排钢拱架100的步骤，且通过固定装置固定初次架设的两排钢拱架100和下两排钢拱架100的具体步骤相同，其中，所述固定装置包括：

支撑板170，其为长方形，所述支撑板170沿水平方向设置；

至少一个套筒180，套筒180的数量为奇数个，当套筒180的数量为一个时，套筒180固设在所述支撑板170的顶部的中央，当套筒180的数量大于或等于三个时，其中一个套筒180设置固设在所述支撑板170的顶部的中央，其余的套筒180固设在所述支撑板170的顶部，且相对于所述支撑板170上沿其宽度方向的中心线两两对称，所述套筒180上沿所述支撑板170的宽度方向设置有一个通孔，所述通孔为圆柱体形；套筒180用于固定插杆190，又使插杆190能打入前方的岩土150中。

至少一根插杆190，其与所述套筒180的数量相等，且一一对应，所述插杆190为圆柱体形，所述插杆190的外径与所述通孔的直径相等，所述插杆190插入所述通孔中，所述插杆190的长度大于所述通孔的长度；在下部分的岩土140被挖掉后，能支撑和固定支撑板170，使支撑板170仍保持水平，甚至悬空。

通过固定装置固定初次架设的两排钢拱架100或下两排钢拱架100的具体步骤为：

步骤a、在初次架设的两排钢拱架100或下两排钢拱架100的下方的岩土(下部分的岩土140)上沿水平方向铺设所述支撑板170，使对应的两根连接杆120搁置或可拆卸地连接在支撑板170的两端，且支撑板170上沿其长度方向的两端位于初次架设的两排钢拱架100或下两排钢拱架100的中间；

步骤b、将所有插杆190的一端打入初次架设的两排钢拱架100或下两排钢拱架100的前方的岩土150中，另一端留在套筒180中。

进一步通过固定装置支撑对应的两根连接杆120，固定装置可反复使用。通过插杆190固定支撑板170，能防止支撑板170在外力的作用下移动，提高了固定装置的稳定性。

固定装置在使用后，插杆190可从前方的岩土150中取出，待挖空下部分的岩土140后，支撑板170向下取出，固定装置可反复使用。

本发明所述的前方指隧道的开挖方向，左右和上下方向指站在隧道的中部，向着隧道围岩的两侧为左右，向着隧道的顶部为上，向着隧道的底部为下。

所述的隧道工程钢拱架100拱脚的固定方法中，所述套筒180的数量为三个。这样对支撑板170的固定和支撑更稳。

所述的隧道工程钢拱架100拱脚的固定方法中，所述插杆190的一端设置有一个尖部。在将插杆190打入前方的岩土150中时，使尖部与前方的岩土150相对，这样有利于将插杆190打入前方的岩土150中。

所述的隧道工程钢拱架100拱脚的固定方法中，所述插杆190的另一端设置有一个限位块，所述限位块为圆柱体形，且与所述插杆190同轴设置，所述限位块的外径大于所述插杆190的外径。限位块能限制插杆190过多地打入前方的岩土150中，使得插杆190的一部分位于前方的岩土150中，另一部分位于通孔中。

所述的隧道工程钢拱架100拱脚的固定方法中，所述固定装置还包括：

两块定位板200，其相对于所述支撑板170上沿其宽度方向的中心线对称设置，所述定位板200为L形，且与所述插杆190不干涉，所述定位板200由第一板体201和第二板体201组成，所述第一板体201沿水平方向设置，所述第二板体201设置在所述第一板体201的上方，所述第一板体201上远离所述第二板体201的一端与所述支撑板170上沿其宽度方向的一端固定连接，当所述支撑板170铺设在初次架设的两排钢拱架100或下两排钢拱架100的下方的岩土上时，所述第二板体201与初次架设的两排钢拱架100或下两排钢拱架100的前方的岩土150相抵。这样在打设插杆190时，第二板体201能限制支撑板170向前移动，使支撑板170的两端一直位于两排钢拱架100的中间。

所述的隧道工程钢拱架100拱脚的固定方法中，所述固定装置还包括：

定向板210，其沿竖直方向设置在所述支撑板170的底部，并与所述支撑板170的底部的中央固定连接，所述定向板210与所述支撑板170上沿其宽度方向的中心线平行。当支撑板170沿水平方向铺设在下部分的岩土140上时，定向板210插入下部分的岩土140中，能进一步限制支撑板170左右移动，防止支撑板170的两端在外力的作用下插入两侧的岩土中或撞到钢管110。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。