一种隧道拱架精确定位及固定的施工方法及装置与流程

本公开一般涉及隧道工程支护领域，尤其涉及一种隧道拱架精确定位及固定的施工方法及装置。

背景技术：

随着我国隧道工程建设的不断发展，隧道的跨度及长度越来越大，施工过程中经常遇到高地应力、软岩、断层破碎带、偏压、淋水等一系列复杂条件，这就对隧道施工过程中的质量与进度提出了更高的要求。目前常用的隧道支护形式有型钢支护、锚喷支护以及砌碹支护等，而作为目前隧道工程中常用的型钢支护在传统的施工工艺下，存在定位不准确、间距大小不一等问题，上述问题使得拱架容易在围岩荷载作用下产生失稳倾覆以及受力不均的风险，从而导致拱架的整体承载能力达不到设计要求，不能很好的控制围岩变形，严重时甚至引起掌子面失稳、隧道塌方等一系列重大灾害，造成重大人员伤亡及经济损失。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种隧道拱架精确定位及固定的施工方法及装置。

第一方面，本申请实施例提供了一种隧道拱架精确定位及固定的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

量测隧道中线，根据所述中线位置布设拱架作业台车和激光测距仪；

利用所述激光测距仪确定预设的拱架位置和围岩关键点，所述围岩关键点包括位于拱脚和拱顶的设定位置，并在所述关键点处打设钻孔；

安装拱架至所述拱架位置处，所述拱架上设有带过孔的钢板，所述过孔与所述钻孔相对应；

向钻孔内装入锚固材料，将螺纹钢筋通过所述过孔插入所述钻孔内，使用锚固材料将所述螺纹钢筋锚固。

本申请实施例中，在量测隧道中线前，对隧道施工现场进行清理，使用测量仪器对隧道进行测量放样，通过所述测量放样两侧所述隧道中线。

本申请实施例中，所述拱架作业台车的中心线与所述隧道中线位置重合。

本申请实施例中，所述激光测距仪为全站仪，其中心位置与所述隧道中线位置重合。

本申请实施例中，确定所述关键点后，在所述关键点处做出标记，在所述标记处快速打设钻孔。

本申请实施例中，使用快速钻孔机打设所述钻孔，所述钻孔与所述钢板垂直。其中快速钻孔机为现场施工钻孔标准配置。

第二方面，本申请实施例还提供了一种隧道拱架精确定位及固定的装置，其特征在于，在拱架上设有用以固定拱脚和拱顶部位的钢板，所述钢板上设有用以穿过螺纹钢筋的过孔，所述螺纹钢筋用以插入与所述过孔对应的钻孔内，所述螺纹钢筋的端部设有用以连接钢板的螺纹及螺帽，所述螺纹钢筋用以伸入钻孔的锚固部分设有锚固螺纹，所述锚固部分通过锚固材料将螺纹钢筋与钻孔内壁结合。

本申请实施例中，所述锚固螺纹的螺距沿钻孔从外至内的方向递增。

本申请实施例中，所述螺纹钢筋的端部及螺帽经过二次淬火。

本申请实施例中，所述钢板以与围岩侧壁平行的方向焊接在所述拱架的拱脚和拱顶位置，所述过孔为设于所述钢板中心位置处的圆孔。

本申请实施例中，用于固定拱脚的所述钢板距离拱脚垂直距离为1-1.5m。

本申请实施例中，所述钢板为高强钢板，其截面尺寸至少为所述过孔直径的三倍，所述钢板的厚度为1cm-2cm，能足够承载拱架横向受力。

本申请实施例中，所述圆孔尺寸与所述螺纹钢筋的截面尺寸相同。

本申请实施例提供的隧道拱架精确定位及固定的施工方案，在拱架上设置带过孔的钢板，利用激光测距仪对过孔进行精确定位，将对拱架整体的某个部位进行定位，缩小成对一个点的定位，大大提高了定位的精准度。利用钢板与螺纹钢筋的结构设计，在实现精准定位的同时，可以进一步加强拱架的固定，起到同时达到精准定位和加强固定的效果，从而解决型钢支护存在的定位不准确、间距大小不一的问题，避免拱架容易在围岩荷载作用下产生失稳倾覆、以及受力不均的风险而导致拱架的整体承载能力达不到设计要求，可以很好的控制围岩变形，避免掌子面失稳、隧道塌方等一系列重大灾害，避免造成重大人员伤亡及经济损失。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出了根据本申请一个实施例的实施流程图；

图2示出了根据本申请一个实施例的拱架结构正视图；

图3示出了根据本申请一个实施例的拱架结构侧视图。

其中，1、拱架，2、钢板，3、圆孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

从背景技术中可以看出，型钢支护在传统的施工工艺下，存在定位不准确、间距大小不一、调整位置困难等问题。

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种隧道拱架精确定位及固定的装置，在拱架1上设有用以固定拱脚和拱顶部位的钢板2，钢板上设有用以穿过螺纹钢筋的过孔，螺纹钢筋用以插入与过孔对应的钻孔内，螺纹钢筋的端部设有用以连接钢板的螺纹及螺帽，螺纹钢筋用以伸入钻孔的锚固部分设有锚固螺纹，锚固部分通过锚固材料与钻孔内壁锚固。

锚固螺纹的螺距沿钻孔从外至内的方向递增。

螺纹钢筋的端部及螺帽经过二次淬火。

钢板以与围岩侧壁平行的方向焊接在拱架的拱脚和拱顶位置，过孔为设于钢板中心位置处的圆孔3，如图2和图3所示。

用于固定拱脚的钢板距离拱脚垂直距离为1-1.5m。

钢板为高强钢板，其截面尺寸至少为过孔直径的三倍，钢板的厚度为1cm-2cm，能足够承载拱架横向受力。

圆孔尺寸与螺纹钢筋的截面尺寸相同。

请参考图1，其示出了隧道拱架拱脚部位精确定位及固定的施工方法，如下：

步骤一：工人对隧道掌子面施工现场进行清理作业，清除由掌子面开挖后产生的石块及影响拱架安装的其他物品。随后测量员将高精度测量仪器架设于隧道内，在对测量仪器进行找平后，对隧道掌子面进行测量，量测出隧道中线位置，随后在该位置处进行标记。工人将拱架作业台车在隧道中线位置处进行拼装作业，在位于作业台车的中心下方位置放置高精度全站仪。

步骤二：利用全站仪按照拱架拱脚及拱顶的预设位置在围岩上作出标记，随后工人利用快速钻孔机在围岩激光标记位置处，沿与岩壁垂直方向打上深孔。

步骤三：利用挖掘机将焊接有中心圆孔钢板的拱架运至拱架作业台车上，随后利用拱架安装机将拱架展开并将拱架拱脚移动至围岩标记位置处。

步骤四：将备好的装有zw锚固剂的药卷逐个用炮棍装入孔内捣实，其中装锚固剂的总长度不少于钻孔长的1/3，将拱架上焊接的中心圆孔钢板的圆孔位置与围岩钻孔位置对齐，将高强度螺纹钢筋通过钢板中心圆孔插入钻孔内，旋转该螺纹钢筋，直至锚固浆液流出，使锚固材料将螺纹钢筋锚固，高强度螺纹钢筋的端部设有螺纹，通过螺帽将螺纹钢筋和钢板进行螺纹固定。

其中：上述测量仪器为一台精准度极高的全站仪，可在拱架安装前对隧道进行精准测量放样并作出标记。

上述全站仪在对隧道进行激光放样前，应首先对全站仪进行找平，随后将激光打到隧道的两拱脚及拱顶位置，并在激光打到位置的围岩上做出标记，在标记位置处垂直于围岩方向利用快速钻孔机进行钻孔。

上述快速钻孔机具有转速快效率高，操作简单易挪动的特点，工人能在短时间内将定位孔成型。

上述拱架在进行安装前的分布摆放时，使用挖掘机将焊接有中心圆孔钢板拱架托放在作业台车上，随后利用拱架安装机将拱架展开并将拱架拱脚移动至步骤二中围岩标记位置处。

拱架上焊接的中心圆孔钢板，是用高强度钢板加工而成，能足够承载拱架横向受力，并在钢板中心位置打上与螺纹钢筋尺寸相同的圆孔，将其焊接于拱架的拱脚与拱顶位置处，焊接方位与围岩钻孔位置垂直，可以与围岩钻孔对接安装，可提高效率，能更快更有效更精准的固定拱架。

拱架安装机具有可抓举拱架并可在隧道内自由移动的特点，工人可在短时间内通过操作该拱架安装机将拱架移动至标记位置处。

上述在将拱架移动至标记位置处之后，将焊接的钢板中心孔位置与围岩钻孔位置对齐，并通过钢板中心圆孔将一根高强度螺纹钢筋插入围岩钻孔内，随后利用锚固材料将钢筋在钻孔内锚固。

高强度螺纹钢筋为前端带螺纹螺帽的高强度螺纹钢筋，后端为间距较大凹凸不平无规则螺纹，以增强在锚固过程中的阻力，更快更有效的固定在定位孔中；优选的，该钢筋是由高强度螺纹钢筋加工而成，螺纹钢端头及螺帽再次经过淬火提高强度，增强安全质量系数，能提高拱架安装定位及固定效率。

锚固材料采用zw锚固剂，其为市售产品，方便获取。

本实施例包括前期隧道测量，拱架台车的搭建位置，全站仪精确定位，钻孔快速施打，高强度螺纹钢筋的选择与应用，拱架带孔钢板的焊制，拱架摆放位置以及螺纹钢筋的锚固。使用本本实施例的工艺流程具有设备操作简易，实用性强等特点，可满足隧道工程拱架作业过程中的精确定位及固定问题，降低作业成本，提高经济效率，提高工程质量。

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。

本实施例具有设备操作简易，实用性强等特点，可满足隧道工程拱架作业过程中的精确定位及固定问题；

本实施例的设备可对拱架两侧的拱脚和拱顶三个位置进行调整，由三点确定一个平面可知，调整位置点选取合理；

本实施例的设备对拱架的定位可解决安装间距误差及固定不稳定等问题，作业过程中降低作业成本，提高经济效率，提高工程质量。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。