本发明涉及隧道支护钢架技术领域，具体涉及一种格栅钢架、格栅钢架试拼装装置及格栅钢架制作方法。
背景技术：
铁路隧道是修建在地下、山洞或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为三大类：为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道，近年来，随着国内铁路建设的不断发展，山岭隧道建设工程日益增多，隧道工程已经向长大、深埋方向发展，在山岭地区建设高速铁路长大隧道群已不可避免。
在修建高速铁路隧道群时，为了确保施工安全及工期进度，初期支护钢架生产供应必须能满足施工生产要求，即：一是支护钢架需要方便在隧道中安装，以便于施工；二是支护钢架需要有足够支撑强度；三是支护钢架的生产要跟上隧道群的施工进度；四是制作成型的支护钢架应当是合格产品，其需要能够与隧道拱形顶部匹配。
目前，国内隧道格栅钢架的加工依靠人工制作或采用简单工具进行辅助加工制作，由于格栅钢架组件多，弯制、焊接工作量大，采用传统加工工艺生产时具有生产速度慢、劳动强度大，且加工质量难以保证的缺点，传统加工工艺加工出的隧道格栅钢架的质量基本取决于工人的熟练程度，加工出的隧道格栅钢架的构造简单、加工精度低、强度低。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种格栅钢架、格栅钢架试拼装装置及格栅钢架制作方法，解决现有技术中格栅钢架不方便在隧道中安装施工、格栅钢架支撑强度不够、格栅钢架生产速度缓慢以及格栅钢架合格率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明一方面是：
提供一种格栅钢架，包括多个格栅模块，该格栅模块均呈弧面型，各该格栅模块均由多个支架单元前后连接组合而成，各该格栅模块的左右两侧连接拼装成该格栅钢架，且该格栅钢架整体呈180°弧面型。
优选的，该支架单元由主筋、8字筋和连接板构成，其中，由多根该主筋在空间排列成框架，该框架整体呈弧形，该8字筋依次排列固定在该框架内部，在该框架两端的前后两侧各固定有一连接板，该连接板包括相垂直的水平面板部和竖直面板部，其水平面板部紧贴该框架并固定在该主筋上，该竖直面板部朝外并垂直于该框架，且相邻该支架单元上连接板的竖直面板部相叠置，该竖直面板部上设有对应的通孔，以用于在该通孔中拧入螺栓使前后相邻该支架单元以及左右相邻该格栅模块连接在一起。
优选的，该8字筋包括两个对置的8字支撑环，其中一个该8字支撑环的中部下凹、另一个该8字支撑环的中部上凸，且两个该8字支撑环的中部固定在一起构成该8字筋，该8字筋的八个角均固定在该框架的主筋上。
优选的，该格栅模块包括三个位于该格栅钢架中部、顺次连接的第一格栅模块和两个分别位于该格栅钢架两侧的第二格栅模块，该第一格栅模块的弧度均为37°，该第二格栅模块的弧度均为34.5°。
优选的，该主筋由直径为22mm的钢筋加工而成，该8字筋由直径为12mm的钢筋加工而成。
优选的，构成该框架的每一根主筋的一端均为u型端部，所述u型端部交替设置于该框架的左右两端，且该u型端部沿前后方向摆放并与相邻的主筋焊接在一起。
本发明的第二方面是：
提供一种格栅钢架试拼装装置，其用于试拼装前述任一种格栅钢架的各格栅模块对应的支架单元，包括多个台座，该台座包括支腿、固定于该支腿顶部的支撑平台和安装在该支撑平台上的左限位挡板和右限位挡板，各该台座排列成与该格栅钢架对应的弧形，且各该台座的左限位挡板和右限位挡板形成一与该格栅钢架对应的弧形通道。
优选的，该支撑平台的中部开设有沿其左右方向延伸的长孔；该左限位挡板和右限位挡板均呈l形，且二者的底面均开设有第二通孔，该左限位挡板和右限位挡板通过依次穿过该长孔和对应的第二通孔的螺栓固定在该支撑平台上，在该螺栓顶部拧入螺母并预紧。
本发明的第三方面是：
提供一种格栅钢架制作方法，具体包括以下步骤：
（1）对原材料进行加工，制作主筋、8字筋和连接板；
（2）制作各格栅模块所对应的支架单元：
a.通过胎具将多根主筋固定成弧形的框架；
b.在所述框架内部依次排列焊接多个8字筋，且将相邻所述8字筋翻转90°进行焊接；
c.在所述框架两端的前后两侧各焊接一连接板，在胎具的两端分别安装有可推进式定位设备，通过可推进式定位设备将所述连接板三个轴的方向进行精确定位，保证每一个支架单元的连接板在对应框架上的位置相同，将所述连接板的水平面板部焊接在所述框架的主筋上，其竖直面板部朝外且垂直于所述框架；
利用不同支架单元相对应的胎具，按照步骤a-c制作获得不同格栅模块的支架单元，每一种格栅模块对应制作多个支架单元；
（3）对各格栅模块所对应的支架单元进行试拼装：
在每一种格栅模块对应的支架单元中各抽选一个，利用格栅钢架试拼装装置作为支撑，各所述支架单元左右两端顺次连接并承载于格栅钢架试拼装装置上，若各所述支架单元均落入格栅钢架试拼装装置的台座的左限位挡板和右限位挡板中，则各所述支架单元均合格，若某支架单元不能落入格栅钢架试拼装装置的台座的左限位挡板和右限位挡板中，则该支架单元不合格。
优选的，所述步骤（1）中制作8字筋的步骤具体包括：
a.采用弯箍机弯制矩形箍筋，然后通过8字筋弯制设备水平挤压所述矩形箍筋，使其呈8字形工件；
b.焊接所述8字形工件的中间连接点，然后翻转对其中间连接点的反面进行焊接；
c.在所述8字形工件的中间连接点处于高温状态时，通过8字筋竖向冲压设备对所述8字形工件进行冲压，使处于水平状态的所述8字形工件的中部下凹；
d.任取两件成型的8字形工件，使该两件8字形工件的中间连接点对置，并将该两件8字形工件的中间连接点焊接在一起构成8字筋。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1.本发明格栅钢架包括多个格栅模块，各格栅模块均呈弧面型，各格栅模块均由多个支架单元前后连接组合而成，各格栅模块的左右两侧连接拼装成格栅钢架，且格栅钢架整体呈180°弧面型，在隧道中安装本发明格栅钢架时，可以选择逐个安装支架单元，也可以选择将同中类型的支架单元组装成一个格栅模块进行安装，施工方式灵活，便于用于安装在隧道顶部作为支护。
2.本发明格栅钢架的支架单元由主筋、8字筋和连接板构成，8字筋顺序排列安装在主筋构成的框架中，且相邻8字筋翻转90°固定在框架中，使得整个支架单元结构稳固，具有更强的承载能力。
3.本发明还提供了用于拼装各格栅模块所对应的支架单元的格栅钢架试拼装装置，其包括多个台座，台座包括支腿、固定于支腿顶部的支撑平台和安装在支撑平台上的左限位挡板和右限位挡板，各台座排列成与格栅钢架对应的弧形，且各台座的左限位挡板和右限位挡板形成一与格栅钢架对应的弧形通道，在试拼装支架单元时，将各支架单元按顺序排列在弧形通道中，观察拼装在一起的支架单元是否能够与弧形通道吻合，如此来检测制作的支架单元是否合格，这样能够保证制作的支架单元的合格率。
4.按照本发明格栅钢架制作方法加工格栅钢架，主筋制作的框架、8字筋在框架中的安装方式和连接板的焊接等制作步骤标准化，使得格栅钢架的生产加工作业有条不紊，且依靠胎具进行加工制作，降低废品率，提高加工效率。
附图说明
图1为本发明格栅钢架的结构示意图；
图2为图1中格栅钢架的第一格栅模块的俯视图；
图3为本发明格栅钢架的支架单元的主视图；
图4为图3中支架单元的俯视图；
图5为图4中的a部放大图；
图6为本发明格栅钢架的连接板的立体图；
图7为本发明格栅钢架的8字筋的三视图；
图8为本发明格栅钢架中8字筋的8字支撑环的俯视图；
图9为本发明格栅钢架试拼装装置中各台座的布置示意图；
图10为本发明格栅钢架试拼装装置的台座的主视图；
图11为本发明格栅钢架试拼装装置的台座的俯视图；
图12为本发明格栅钢架制作方法的流程图；
图13为采用本发明格栅钢架制作方法进行施工的整体流程图；
图14为本发明格栅钢架制作方法中制作支架单元的流程图；
图15为本发明格栅钢架制作方法中采用可推进式定位设备对连接板进行定位的原理图；
图16为本发明格栅钢架制作方法中加工8字筋的流程图。
附图中各标号示意为：第一格栅模块11、支架单元111、主筋1111、8字筋1112、连接板1113、框架1114、水平面板部1115、竖直面板部1116、通孔1117、8字支撑环1118、u型端部1119、第二格栅模块12、台座21、支腿211、支撑平台212、左限位挡板213、右限位挡板214、长孔215、螺栓216、滑动基板151、胎具架152、连接板153垫板154、t型螺丝杆155、顶推滑板156、摇把157、主筋定位点158、定位卡铁159，弧形通道22。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
请一并参阅图1至图8。
本发明实施例提供的格栅钢架包括多个格栅模块，各格栅模块均呈弧面型，各格栅模块的左右两侧连接拼装成格栅钢架，且格栅钢架整体呈180°弧面型。如图1所示，本实施例格栅钢架中的格栅模块包括三个位于格栅钢架中部、顺次连接的第一格栅模块11和两个分别位于格栅钢架两侧的第二格栅模块12，第一格栅模块11的规格相同，其弧度均为37°，第二格栅模块12的规格相同，其弧度均为34.5°，五块格栅模块组成180°弧面，180°弧面的拱形格栅钢架的两端可以支撑在隧道的地面上，有利于增强格栅钢架的承载能力。该格栅钢架的半径r为7米，实际加工制作时，格栅钢架的半径r根据隧道的围岩半径测量确定，第一格栅模块11和第二格栅模块12均由多个支架单元前后连接组合而成。在其它实施例中，各格栅模块的规格和总数不限于本实施例格栅模块的数量和弧度，如，各格栅模块的弧度也可以相同，组成180°弧面的格栅模块的数量可以为三块、四块或六块等。
如图2所示，现在以其中的一块第一格栅模块11为例进行说明，该第一格栅模块11包含有八个支架单元111，支架单元111前后相接构成第一格栅模块11。通过将格栅模块设计为由多个支架单元111相互连接构成，使得格栅钢架容易在隧道内组装。
如图3和图4所示，每一个支架单元111均由主筋1111、8字筋1112和连接板1113构成，主筋1111的材质为直径为22mm的钢筋，8字筋的材质为直径为12mm的钢筋，其中，由四根主筋1111在空间排列成框架1114，该框架1114的横截面为方形，框架1114整体呈弧形，8字筋1112依次排列固定在框架1114内部，在框架1114两端的前后两侧各固定有一连接板1113，每一个框架上共安装四块连接板1113，通过连接板1113和螺栓可以将多个零散的支架单元组合成格栅支架。
如图5所示，连接板1113包括相垂直的水平面板部1115和竖直面板部1116，其水平面板部1115紧贴框架并固定在主筋1111上，竖直面板部1116朝外并垂直于框架，且相邻支架单元上连接板的竖直面板部1116相叠置。进一步的，构成框架的每一根主筋1111均有一端弯曲为u型端部1119，交替将各主筋的u型端部1119置于框架的左右两端，u型端部沿前后方向摆放并与相邻的主筋1111焊接在一起，图5中的u型端部1119属于靠下一根主筋1111的端部，该u型端部1119的上边焊接在图5中靠上一根主筋1111上，这样使得主筋之间有一个拉紧力。
如图6所示，竖直面板部1116上设有对应的通孔1117，以用于在通孔1117中拧入螺栓使前后相邻支架单元以及左右相邻格栅模块连接在一起，具体的，每一块连接板1113的形状大小相同，每一块连接板1113上的通孔1117的位置、形状、大小相同，且每一个支架单元111上的四块连接板1113位于该支架单元上的位置、固定方式对应相同，这样，结合图2可知，可以保证前后相邻支架单元111上的连接板1113的竖直面板部1116相叠置，且叠置在一起的不同竖直面板部1116上的通孔重叠，相同的，左右相邻的不同格栅模块上对应位置的支架单元上的连接板的竖直面板部以及竖直面板部上的通孔也可以相互重叠，通过在重叠的前后左右四块连接板上对应的通孔中插入螺栓，可以将同一格栅模块上的各支架单元沿前后方向连接在一起，以及将相邻格栅模块上的各支架单元沿左右方向连接在一起。
如图7和图8所示，图7中的a图为8字筋的主视图，b图为8字筋的左视图，c图为8字筋的俯视图，具体的，图7中的8字筋包括两个对置的如图8所示的8字支撑环1118，其中一个8字支撑环1118的中部下凹、另一个8字支撑环1118的中部上凸，且两个8字支撑环1118的中部固定在一起构成8字筋，每一个8字支撑环1118具有四个角，整个8字筋的八个角均固定在框架的四根主筋上，相邻8字筋翻转90°进行焊接，这样能够保证8字筋对主筋沿前后方向和上下方向能够施加相同的拉力，8字筋可以使得整个支架单元更加稳固。
实施例2
请一并参阅图9至图11。
如图9所示，本发明实施例提供的格栅钢架试拼装装置包括15个台座21，该15个台座21排列成与实施例1中的格栅钢架对应的弧形，实施例1中的每一个格栅模块对应采取三个台座21作为支撑，通过将格栅钢架对应的各支架单元放置在台座21上，该格栅钢架试拼装装置可用于试拼装实施例1中格栅钢架的各格栅模块对应的支架单元，从而可以用于校验生产出的格栅钢架的不同格栅单元所对应的支架单元是否能够拼装成半圆，如果能够拼装成一个半圆，则表明各支架单元合格，如果不能拼装成半圆，则需要对对应的支架单元进行修正或者作为废品处理，其中，与该格栅钢架试拼装装置吻合度最低的支架单元一般为不合格产品。
如图10所示，每一个台座21包括支腿211、固定于支腿211顶部的支撑平台212和安装在支撑平台212上的左限位挡板213和右限位挡板214，其中，该实施例中的格栅钢架试拼装装置具有四根支腿211，均布在支撑平台212的下表面，支腿211均为竖立的角钢，其顶部焊接在支撑平台212的下表面。各台座21的左限位挡板213和右限位挡板214形成如图9中虚线所示的、且与实施例1中的格栅钢架对应的弧形通道22，用于将各支架单元限定在该格栅钢架试拼装装置上。
进一步的，如图11所示，每一个台座21的支撑平台212的中部开设有沿左右方向延伸的长孔215，左限位挡板213和右限位挡板214均呈l形，其底面均开设有第二通孔，左限位挡板213和右限位挡板214通过依次穿过长孔215和对应的第二通孔的螺栓216固定在支撑平台212上，在螺栓216顶部拧入螺母并预紧，这样，通过松开螺母，可以将螺栓216沿长孔215左右移动，从而改变左限位挡板213和右限位挡板214之间的距离，该距离即支架单元的横截面的高度，各台座21构成的弧形通道的半径r1的大小在7.0m～7.4m。在试拼装时，每一个台座是固定在地面上的，可以将台座的支腿埋在地面，或者通过在支腿底部焊接钢板并通过地脚螺栓将钢板固定在地面，以保证这些台座所构成的弧形通道形状稳定。对于规格不同的支架单元，比如，支架单元的框架的横截面大小不同，则可以通过改变左限位挡板213和右限位挡板214之间的距离来调整弧形通道，使其能够容纳多种规格的支架单元。
本实施例中，台座21的整体高度设置为40cm，便于在相邻支架单元两端的连接板上旋紧连接螺栓，整体格栅钢架试拼装装置的上表面设置为在同一水平面，台座21的支撑平台212尺寸设置为35cm×50cm（宽35厘米，长50厘米），长孔215的长度为40cm，左限位挡板213和右限位挡板214的高度均为8cm。
实施例3
请一并参阅图12至图15。
如图12所示，本发明实施例提供的格栅钢架制作方法具体包括以下步骤：
s10：对原材料进行加工，制作主筋、8字筋和连接板；
s20：制作各格栅模块所对应的支架单元；
s30：对各格栅模块所对应的支架单元进行试拼装。
具体的，如图13所示，该格栅钢架制作方法首先对原材料进行检验，这些原材料包括用于制作主筋的钢筋、用于制作8字筋的钢筋和用于制作连接板的角钢，对于检验合格的原材料则可以采用，对于检验不合格的原材料则进入不合格处理流程，不合格处理包括报废处理，或者用于其它要求较低的场合以避免浪费；接下来，对用于制作主筋的钢筋进行切割、弯制，获得若干所需长度和所需弧度的主筋，对用于制作连接板的角钢切割、冲孔，获得若干所需的连接板，以及对用于制作8字筋的钢筋进行加工获得若干所需的8字筋；接下来，对主筋、8字筋和连接板进行焊接制作支架单元，每一种格栅模块所对应的支架单元都要进行大量制作；然后，采用实施例2中的格栅钢架试拼装装置对制作出的支架单元进行试拼装，每一种格栅模块对应的支架单元各选取一个进行拼装，利用格栅钢架试拼装装置作为支撑，各支架单元左右两端顺次连接并承载于格栅钢架试拼装装置上，若各支架单元均落入格栅钢架试拼装装置的台座的左限位挡板和右限位挡板中，则各支架单元均合格，若某支架单元不能落入格栅钢架试拼装装置的台座的左限位挡板和右限位挡板中，则该支架单元不合格，对于不合格的支架单元，进入不合格处理流程，包括将不合格的支架单元进行报废处理，或者进行修正直至合格。
对于步骤s20，现在以制作某支架单元进行说明。如图14所示，对于支架单元的制作，具体包括以下步骤：
s201：通过胎具将多根主筋固定成弧形的框架。选取四根步骤s10中加工出的主筋，通过胎具对其进行定形，使其形成固定的弧形框架。
s202：在框架内部依次排列焊接多个8字筋，且将相邻8字筋翻转90°进行焊接。从框架的一端开始，在其内部焊接8字筋，8字筋与框架相并行，其八个角均焊接在对应位置的主筋上。
s203：在框架两端的前后两侧各焊接一连接板，在胎具的两端分别安装有可推进式定位设备，通过可推进式定位设备将连接板三个轴的方向进行精确定位，保证每一个支架单元的连接板在对应框架上的位置相同，将连接板的水平面板部焊接在框架的主筋上，其竖直面板部朝外且垂直于框架。
如图15所示，这里，将可推进式定位设备的滑动基板151焊接在胎具架152上，胎具架152上设置有垫板154，连接板153放置在垫板154上，可推进式定位设备上具有t型螺丝杆155，t型螺丝杆155的前端连接有顶推滑板156，其后端具有摇把157，通过转动摇把157可以推动顶推滑板156前移压紧连接板153，将连接板153固定。进一步的，顶推滑板156上具有主筋定位点158，可以将位于支架单元的框架上部的主筋定位，胎具架152上设置有定位卡铁159，可以将位于支架单元的框架下部的两根主筋定位，这样就限定了主筋和连接板之间的位置关系。
在生产加工过程中，利用不同支架单元相对应的胎具，按照步骤s201-s203制作获得不同格栅模块的支架单元，且每一种格栅模块对应制作多个支架单元。
如图16所示，对于步骤s10中制作8字筋的步骤具体包括：
s101：采用弯箍机弯制矩形箍筋，然后通过8字筋弯制设备水平挤压矩形箍筋，使其呈8字形工件。该步骤是通过切割好的钢筋段来加工制作8字形工件。
s102：焊接8字形工件的中间连接点，然后翻转对其中间连接点的反面进行焊接。采用焊接机将8字形工件的中间点焊接固定。
s103：在8字形工件的中间连接点处于高温状态时，通过8字筋竖向冲压设备对8字形工件进行冲压，使处于水平状态的8字形工件的中部下凹。在高温时冲压能够防止8字形工件的连接点受压开裂。
s104：任取两件成型的8字形工件，使该两件8字形工件的中间连接点对置，并将该两件8字形工件的中间连接点焊接在一起构成8字筋。
通过步骤s101-s104制作大量8字筋以供使用。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。