一种适用于地下隧道的约束混凝土拱架支护自动化施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于地下隧道的约束混凝土拱架支护自动化施工方法，约束混凝土拱架至少包括两段，相邻段的节点处铰接，相邻两段的节点的接触面设置为相互配合的结构，其中一段的接触面结构设置为凸起结构，另一段的接触面结构设置为与所述凸起结构配合的凹口结构，凸起结构和凹口结构之间还设置有当两者处于配合状态时对两者进行卡合固定的结构，每段均为方钢或圆钢内填充有混凝土的复合结构。拱架采用折叠式，连接处采用铰接方式，在架设过程中拱架能够自动展开，无需人工现场拼接，安全高效；在节点处的接触面上设置相配合的凹口结构和凸起结构，并设置卡合结构，使约束混凝土拱架伸展后自动卡合，方便了施工，而且保证了约束混凝土拱架的支护强度。
【专利说明】
一种适用于地下隧道的约束混凝土拱架支护自动化施工方法
技术领域
[0001]本发明属于地下工程支护领域，具体涉及一种适用于地下隧道的约束混凝土拱架支护自动化施工方法，该约束混凝土拱架可以在软岩、高应力及断层破碎带等复杂地质条件中突显更强的承载能力。
【背景技术】
[0002]近年来，随着隧道建设规模和速度的迅猛发展，建设过程中所规划的隧道难免要穿过高应力、软弱破碎带等复杂条件地层。地质条件不断恶化，围岩岩体结构、力学性质、强度和变形等特性发生变异，致使现有的围岩控制理论及技术不能适应深部新的情况出现了大量的难支护隧道，直接影响隧道的安全及生产。所以，这种高应力、软弱破碎带等复杂条件地层的支护问题越来越突出。
[0003]目前常用的刚拱架主要是钢筋格栅以及型钢拱架，其具体的施工过程是:在隧道洞口钢构件厂按照隧道所处围岩设计尺寸加工型钢拱架各构件，隧道开挖后，利用装载机将已加工好的型钢构件倒运至掌子面处，采用挖机配合人工进行现场安装，这种施工方案存在的问题主要在安装方面，安装时需要挖掘机配合人工进行安装，型钢倒运耗费大量人工，而且大型机械设备因没有作业空间，使用不畅，导致施工速度慢，劳动强度大等问题。在高应力、软弱破碎带等复杂条件地层，隧道支护存在更大的危险性，对进入隧道内部参与施工的工作人员存在巨大安全隐患，而如果减少人力的投入，则会出现支护不到位的情形，影响支护的稳定性。
[0004]虽然已经在深部复杂条件矿山等工程中尝试应用一种新型的约束混凝土支护体系，如已经有论文公开了在深部巷道采用U型约束混凝土拱架进行支护，可以取得较好的力学性能，明显减小支护体系下的巷道围岩变形量。但是对于超大断面隧道软弱围岩约束混凝土控制技术的研究在国内外处于起步阶段，国内还没有成熟的适用于约束混凝土支护体系的施工方法。
[0005]所以，亟需一种具有更强承载能力的能替换现有的型钢拱架的新型支护拱架和一种劳动强度小，且能够进行自动化快速施工的施工方法，开展此方面的研究，可以为约束混凝土支护技术在隧道工程中的应用奠定基础，同时能够推动隧道中自动化快速施工的普及，具有较高的工程价值。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明的一个目的是提供一种适用于地下隧道的约束混凝土拱架，该混凝土拱架采用铰接形式，不但具有较强的承载能力，还可以适应隧道支护的自动化施工方法。
[0007]本发明的第二个目的是提供一种约束混凝土拱架支护系统，该支护系统将上述约束混凝土拱架连接成整体而成。
[0008]本发明的第三个目的是提供上述约束混凝土支护系统的施工方法。该施工方法自动化进行，节省了大量的人力物力，保证了工作人员的安全和支护的强度。
[0009]为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为:
[0010]一种适用于地下隧道的约束混凝土拱架，包括若干段，相邻段的节点处铰接，相邻两段的节点的接触面设置为相互配合的结构，其中一段的接触面结构设置为凸起结构，另一段的接触面结构设置为与所述凸起结构配合的凹口结构，凸起结构和凹口结构之间还设置有当两者处于配合状态时对两者进行卡合固定的结构，每段均为方钢或圆钢填充混凝土的复合结构。
[0011]其中，在方钢或圆钢内填充有混凝土，方钢和圆钢是指横截面是圆形或方形的管状钢。
[0012]优选的，相邻段的节点处的铰接结构靠近约束混凝土拱架的内侧设置。
[0013]优选的，所述凸起结构和凹口结构均大体呈圆柱状。
[0014]进一步优选的，所述凸起结构的外表面设置有第一环状凹槽，所述凹口结构的内壁上设置有第二环状凹槽，第二环状凹槽内设置有环状卡簧。
[0015]当凸起结构插入到凹口结构内时，第二环状凹槽内的卡簧发生弹性形变后插入到第一环状凹槽内，将凸起结构进行卡合固定，防止相邻两段之间的脱离，使约束混凝土拱架保持工作状态。
[0016]优选的，所述凸起结构上还设置有排气孔。排气孔的设置时为了方便混凝土的灌注，例如，一节拱架要灌注混凝土，势必要开两个孔，一个是灌浆口，一个是排气孔，灌浆口用于灌浆，排气孔用于排气和出浆，并根据排气孔的出浆量确定拱架是否填充满混凝土。
[0017]优选的，所述约束混凝土拱架包括的段数为奇数段，且大体相对于约束混凝土拱架的对称轴对称分布。
[0018]进一步优选的，所述约束混凝土拱架的段数为3-7段。
[0019]进一步优选的，所述约束混凝土拱架分段的节点位于拱肩以下。
[0020]在断面不是很大的隧道支护中，将拱架分段的节点设置于拱肩以下，是为了方便拱架的安装，因为相邻段之间是通过铰接的，若拱顶段太短，不利于拱架的架设。
[0021]一种约束混凝土拱架支护系统，包括至少两个所述约束混凝土拱架，约束混凝土拱架处于组装后的工作状态，相邻约束混凝土拱架之间通过定位连接杆进行定位固定，不同位置处的定位连接杆的长度相同。
[0022]由于约束混凝土拱架是折叠式的，当各段之间的凸起结构和凹口结构配合并进行卡合固定后，各段组成一个完整的拱架，此时的状态为工作状态。
[0023]优选的，所述定位连接杆的设置位置为约束混凝土拱架的拱顶和拱腿。
[0024]进一步优选的，所述定位连接杆还设置于约束混凝土拱架的拱肩位置。
[0025]优选的，相邻两个约束混凝土拱架之间的定位连接杆的数量为3-9根。
[0026]优选的，所述定位连接杆的一端设置螺纹基座，另一端设置插合固定结构。
[0027]进一步优选的，所述约束混凝土拱架上设置有与所述螺纹基座配合的螺纹孔。
[0028]进一步优选的，所述插合固定结构为设置于定位连接杆末端的连接杆凸起和套合在定位连接杆末端的压盖，压盖与连接杆凸起之间套合有倒锲形张紧卡环，压盖与约束混凝土拱架上的接口配合，将倒锲形张紧卡环卡紧连接杆凸起。
[0029]更进一步优选的，所述约束混凝土拱架上设置有与所述连接杆凸起配合的接口，接口的外表面与所述压盖螺纹配合。
[0030]进一步优选的，所述定位连接杆的插合固定结构为设置于定位连接杆末端的连接杆环状凹槽。
[0031]更进一步优选的，所述约束混凝土拱架上设置有喇叭状对接口，喇叭状对接口内设置有对接口环状凹槽，对接口环状凹槽内安装有张紧环状卡簧。
[0032]优选的，所述支护系统还包括连接在相邻两个约束混凝土拱架之间的纵向连接筋组。
[0033]所述定位连接杆和纵向连接筋组构成纵向连接机构，对拱架进行定位固定。
[0034]优选的，所述支护系统还包括铺设在约束混凝土拱架之间的钢筋网以及喷射在钢筋网和约束混凝土拱架上的混凝土喷层。
[0035]上述约束混凝土支护系统的施工方法，包括如下步骤:
[0036]I)断面开挖后，对围岩喷射混凝土并打设锚杆，对围岩进行加固处理；
[0037]2)使用安装车将所述约束混凝土拱架吊放至指定位置，在吊放所述约束混凝土拱架的过程中，拱架在节点采用铰接的方式下自动打开，所述安装车为伸缩臂拱架安装车；
[0038]3)首先对约束混凝土拱架的拱顶进行定位固定，再操作另一台拱架安装车对拱脚进行定位固定；
[0039]4)吊放下一个约束混凝土拱架，首先将定位连接杆安装至该拱架上，并利用机械手托举拱架，另一台机械手辅助将定位连接杆与步骤3)中安装完成的混凝土拱架上的对接口结构连接，然后对该约束混凝土拱架的拱顶和拱脚进行定位固定，完成安装；
[0040]5)如此循环，完成所有约束混凝土拱架的安装。
[0041]优选的，所述施工方法还包括在约束混凝土拱架之间焊接剩余纵向连接筋的步骤。
[0042]进一步优选的，所述施工方法还包括在约束混凝土拱架之间铺设钢筋网的步骤。
[0043]再进一步优选的，喷射混凝土时，由两侧拱脚自下而上喷射。
[0044]优选的，步骤2)中，所述安装车为伸缩臂拱架安装车。
[0045]进一步优选的，所述伸缩臂拱架安装车以设定倾斜角度吊装所述约束混凝土拱架。
[0046]倾斜角度要根据现场地质条件来调节的，需要综合考虑以下参数:拱架间距、最后一榀拱架距掌子面的距离，拱架的垂直高度以及上下超挖长度。
[0047]进一步优选的，步骤2)中，在爆破过程中，将底板向下爆破设定深度，利用伸缩臂安装车将约束混凝土拱架垂直吊起。
[0048]此处的底板是指上台阶的底部地面位置。
[0049]上述约束混凝土拱架或约束混凝土拱架支护系统在软岩、高应力及破碎带等复杂地质条件下的隧道支护中的应用。
[0050]本发明的有益效果为:
[0051]I)本发明的约束混凝土拱架通过方钢或圆钢填充混凝土的复合结构，可以大大提高拱架的力学性能，更能适应高应力等复杂的地质环境;拱架包括多段，节点连接处采用铰接方式，在架设过程中拱架能够自动展开，无需人工现场拼接，安全高效;在节点处的接触面上设置相配合的凹口结构和凸起结构，并设置卡合结构，使约束混凝土拱架伸展后自动卡合，方便了施工，而且保证了约束混凝土拱架的支护强度；
[0052]2)支护体系中，吊装好一榀约束混凝土拱架后，再吊装下一榀约束混凝土拱架，在该榀约束混凝土拱架的接口上安装定位连接杆，然后将安装好的定位连接杆与上一榀已经安装好的约束混凝土拱架的相应接口连接，进行定位固定；由于定位连接杆的长度相同，且位于拱架的拱顶和拱腿位置，所以再进行下一榀拱架的吊装定位时，可以保证相邻拱架之间的距离相等，实现了约束混凝土拱架的定位固定；
[0053]3)定位连接杆的一端采用插合式连接方式，只需要进行对准，稍微用力就可以将两个拱架进行连接，方便施工；
[0054]4)本发明的混凝土喷射采用机械化喷射的方式，喷射质量好，施工速度快。
[0055]5)本发明的施工中使用伸缩臂拱架安装车配合约束混凝土拱架进行快速拼装的施工方法，施工速度快，现场需要工人数量少且劳动强度低，节省大量成本。
【附图说明】
[0056]图1是本发明的实施例的约束混凝土支护体系施工流程图；
[0057]图2(a)和图2(b)是本发明的实施例的拱架节点处铰接连接示意图；
[0058]图3(a)和图3(b)是拱架间定位连接杆结构两种连接方式的结构示意图；
[0059]图4是定位连接杆端部的一种细部构造示意图；
[0060]图5是折叠式约束混凝土拱架的一种实施例的结构示意图；
[0061 ]图6是拱架安装车的结构示意图；
[0062]图7为拱架安装车的机械手的结构示意图。
[0063]其中，1、拱架，2、卡簧，3、铰连接，4、第一环状凹槽，5、凹口结构，6、凸起结构，7、排气孔，8、螺纹基座，9、压盖，1、倒楔形张紧卡环，11、连接杆凸起，12、对接基座，13、喇叭状对接口，14、张紧环状卡簧，15、连接杆环状凹槽，16、机架，17、回转平台，18、动力臂，19、机械手，20、无线压力传感器，21、超前地质预报钻机，22、驾驶室，23、行走机构，24、支撑装置，25、基座，26、人工作业平台，27、机械臂，28、夹具，29、竖直调整油缸，30、水平调整油缸，31、回转盘，32、可调节螺栓，33、夹紧油缸，34、红外线激光仪，35、地质雷达。
【具体实施方式】
[0064]下面结合附图与实施实例对本发明作进一步说明。
[0065]如图2(a)、图2(b)和图5所示，一种适用于地下隧道的约束混凝土拱架，包括若干段，相邻段的节点处铰接，相邻两段的节点的接触面设置为相互配合的结构，其中一段的接触面结构设置为凸起结构6，另一段的接触面结构设置为与所述凸起结构6配合的凹口结构5，凸起结构6和凹口结构5之间还设置有当两者处于配合状态时对两者进行卡合固定的结构，每段均为方钢或圆钢内填充有混凝土的复合结构。
[0066]其中，所述的约束混凝土拱架为方钢或圆钢内填充有混凝土。
[0067]相邻段的节点处的铰接结构靠近约束混凝土拱架的内侧设置，也可以是靠近外侧设置，但是优选为靠近内侧设置，当靠近内侧设置时，方便折叠，折叠后也方便运输。靠近外侧设置时，折叠后占用的空间较大些，不方便运输和吊装。拱架也可以是沿拱架的纵向折叠，但是这样设置使拱架的力学性能降低。
[0068]所述凸起结构6和凹口结构5均大体呈圆柱状，两者相配合，可以使拱架伸展为完整的支护拱架。凸起结构6和凹口结构5上设置有卡合固定结构，该卡合固定结构可以设计为如下结构:在所述凸起结构6的外表面设置有第一环状凹槽4，所述凹口结构5的内壁上设置有第二环状凹槽，第二环状凹槽内设置有环状卡簧2。当凸起结构6插入到凹口结构5内时，第二环状凹槽内的卡簧2发生弹性形变后插入到第一环状凹槽4内。
[0069]卡合固定结构的另一种实施方式可以设计成如下结构:所述凸起结构6的末端设置有膨大结构，凹口结构5的内部设置有与所述膨大结构相配合的空间。当凸起结构6插向凹口结构5时，膨大部分受力收缩，然后被压缩进入凹口结构5内部，使膨大部分卡合在凹口结构5中，使折叠约束混凝土拱架自动伸展组装。
[0070]将凸起结构6进行卡合固定，防止相邻两段之间的脱离，使约束混凝土拱架保持工作状态。设置该卡合固定结构，可以在施工过程中使拱架自动伸展，并进行固定成工作状态，方便拱架I的定位固定。
[0071 ]所述凸起结构上还设置有排气孔。
[0072]所述约束混凝土拱架包括的段数为奇数段，多段铰接构成，且大体相对于约束混凝土拱架的对称轴对称分布。优选的段数为3-7段。进一步的，所述约束混凝土拱架分段的节点位于拱架的拱肩以下。
[0073]作为一个整体，一种约束混凝土拱架支护系统，包括至少两个上述的约束混凝土拱架，约束混凝土拱架处于组装后的工作状态，相邻约束混凝土拱架之间通过至少三个定位连接杆连接，不同位置处的定位连接杆的长度相同。由于约束混凝土拱架是折叠式的，当各段之间的凸起结构6和凹口结构5配合并进行卡合固定后，各段组成一个完整的拱架，此时的状态为工作状态。
[0074]所述定位连接杆的设置位置为约束混凝土拱架的拱顶和拱腿，进一步的，还可以设置于约束混凝土拱架的拱肩位置。用于对下一个拱架的施工进行定位，并初步支撑架立拱架I。相邻两个约束混凝土拱架之间的定位连接杆的数量为3-9根。
[0075]如图3(a)和图3(b)所述定位连接杆的一端设置螺纹基座8，另一端设置插合固定结构。约束混凝土拱架上设置有与所述螺纹基座配合的螺纹孔。
[0076]作为一种实施方式，插合固定结构为设置于定位连接杆末端的连接杆凸起11、套合在定位连接杆末端的压盖9和设置于压盖9和连接杆凸起11之间的倒锲形张紧卡环10，倒锲形张紧卡环10套合在连接杆凸起11的内侧，并抵住连接杆凸起11，压盖9与约束混凝土拱架上设置的接口配合，将倒锲形张紧卡环1进行固定，进而将连接杆连接到约束混凝土拱架上。所述约束混凝土拱架上设置有与所述连接杆凸起配合的接口，接口的外表面与所述压盖螺纹配合。
[0077]作为另一种实施方式，所述定位连接杆的插合固定结构为设置于定位连接杆末端的连接杆环状凹槽15，在约束混凝土拱架上设置有喇叭状对接口 13，喇叭状对接口 13内设置有对接口环状凹槽，对接口环状凹槽内安装有张紧环状卡簧14。
[0078]所述支护系统还包括连接在相邻两个约束混凝土拱架之间的纵向连接筋组和铺设在约束混凝土拱架之间的钢筋网以及喷射在钢筋网和约束混凝土拱架上的混凝土喷层。
[0079]如图6和图7所示，提供一种伸缩臂拱架安装车:主要由机架16、回转平台17、动力臂18、机械手19、无线压力传感器20、遥控器以及提供动力和控制的液压系统组成，可实现拱架的快速施工、精准定位以及纵向连接筋、钢筋网的焊接等多种工序;所述施工装备可增设超前地质预报钻机21，进行围岩快速分级和不良地质体探测，实现一机多用。
[0080]回转平台17通过旋转调节机械手的方向，所述回转平台17的边缘处安装有基座25，基座25的上端沿回转平台17的径向向外延伸；
[0081]所述动力臂18包括支撑段和连接段，所述支撑段的始端与所述基座25的上端铰接，支撑段在回转平台17的正上方斜向上延伸，支撑段的末端与所述连接段的始端固定连接，连接段自始端到末端向下倾斜设置，支撑段的长度大于连接段的长度，回转平台2与所述支撑段之间连接有驱动油缸；
[0082]所述机架包括驾驶室22、行走机构23和支撑装置24。所述行走机构23为四驱式实心轮胎，轮胎表面配套安装防滑链;所述支撑装置24为4根可伸长液压支腿。
[0083]所述动力臂18为伸缩臂，动力臂18的后端安装基座10与回转平台17相连，可进行水平面内360°旋转;动力臂18的前端与机械手19连接，动力臂18的下端焊接钢筋挂钩，可悬挂人工作业平台26，中部通过与驱动油缸相所述基座25连接，通过驱动油缸的伸缩控制动动力臂18的伸缩、提升等功能。
[0084]所述机械手由机械臂27和夹具28构成。所述机械臂27与动力臂18相连，竖直调整油缸29控制竖直平面内旋转，水平调整油缸30控制伸缩。所述夹具28通过回转盘31连接在机械臂上，可进行平面内360°旋转，可调节螺栓32可调整夹具的夹取范围，夹紧油缸33控制夹具夹紧拱架，可抓举2?1t重物，机械夹具28两侧搭载红外线激光仪34，内侧搭载无线压力传感器探头。
[0085]所述无线压力传感器包括数字化显示器、天线和传感器探头，所述传感器探头安装在机械手内侧，所述无线压力传感器通过天线接收安装在机械手内侧探头反映的机械手与拱架之间压力，确保工人施工时作业安全。
[0086]所述遥控器为液压管路无线遥控装置，采用无线遥控器可实现动力臂18提升、下降以及机械手19调整拱架位置等所有功能，简化操作，提高精确性和安全性。
[0087]所述地质预报钻机搭载超前探测系统，所述超前探测系统包括地质雷达35及具有岩层参数数据库的钻机钻进参数实时分析系统，所述岩层参数数据库为基于大量、全面的钻机钻进试验所记录的钻进参数，建立与钻进参数相对应的各类围岩物理力学性质，所述物理力学性质包括岩体强度、弹性模量、粘聚力以及内摩擦角。
[0088]所述超前地质预报钻机21，其钻杆前端的探头配备有传感器，可进行岩石物理力学性质参数的收集。
[0089]所述地质雷达35包括发射器和接收器，所述发射器可发射超高频电磁波进行地质探测，所述接收器安装在钻机探头上可进行探测数据处理。
[0090]所述钻机钻进参数实时分析系统将钻机钻进过程中传感器接收的岩石物理力学性质与岩层参数数据库进行对比，实现围岩快速分级和不良地质体探测。
[0091 ]上述约束混凝土支护系统的施工方法，包括如下步骤:
[0092]I)断面开挖后，对围岩喷射混凝土并打设锚杆，对围岩进行加固处理；
[0093]2)使用安装车(此处的安装车可以是上面提供的安装车，也可以是其他形式的安装车，但前提是可以完成相应的功能)将所述约束混凝土拱架吊放至指定位置，在吊放所述约束混凝土拱架的过程中，拱架在节点采用铰接的方式下自动打开；
[0094]3)首先对约束混凝土拱架的拱顶进行定位固定，再操作另一台拱架安装车对拱脚进行定位固定；
[0095]4)吊放下一个约束混凝土拱架，首先将定位连接杆安装在该拱架上，并利用机械手托举拱架，另一台机械手辅助将定位连接杆与步骤3)中安装完成的混凝土拱架上的对接口结构连接，然后对该约束混凝土拱架的拱顶和拱脚进行定位固定，完成安装；
[0096]5)如此循环，完成所有约束混凝土拱架的安装；
[0097]6)在约束混凝土拱架之间焊接剩余纵向连接筋；
[0098]7)在约束混凝土拱架之间铺设钢筋网；
[0099]8)复喷混凝土。
[0100]所述伸缩臂拱架安装车以设定倾斜角度吊装所述约束混凝土拱架，或在爆破过程中，将底板向下爆破设定深度，利用伸缩臂安装车将约束混凝土拱架垂直吊起。
[0101]通过建立大比尺室内试验。对拱架一定比尺的缩尺后进行室内试验，根据现场实际侧压力系数利用加载油缸等加载设备进行多加载点室内试验，对拱架承载能力和破坏模式的理论计算进行室内试验验证，得出约束混凝土拱架承载能力为相同截面含钢量传统型钢拱架的2倍以上。
[0102]上述约束混凝土拱架或约束混凝土拱架支护系统可以应用在软岩、高应力及破碎带等复杂地质条件下的隧道支护中。
[0103]不但可提供更强的支护强度，来抵抗复杂的地质条件，更能节省人力，减少操作人员的参与，最大限度减少复杂地质环境对工作人员的安全威胁。
[0104]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内。
【主权项】
1.一种适用于地下隧道的约束混凝土拱架，其特征在于:包括若干段，相邻段的节点处铰接，相邻两段的节点的接触面设置为相互配合的结构，其中一段的接触面结构设置为凸起结构，另一段的接触面结构设置为与所述凸起结构配合的凹口结构，凸起结构和凹口结构之间还设置有当两者处于配合状态时对两者进行卡合固定的结构，每段均为方钢或圆钢内填充有混凝土的复合结构。2.根据权利要求1所述的约束混凝土拱架，其特征在于:所述凸起结构和凹口结构均大体呈圆柱状； 优选的，所述凸起结构的外表面设置有第一环状凹槽，所述凹口结构的内壁上设置有第二环状凹槽，第二环状凹槽内设置有环状卡簧； 优选的，所述凸起结构上还设置有排气孔。3.根据权利要求1所述的约束混凝土拱架，其特征在于:所述约束混凝土拱架包括的段数为奇数段，且大体相对于约束混凝土拱架的对称轴对称分布； 优选的，所述约束混凝土拱架的段数为3-7段。4.一种约束混凝土拱架支护系统，其特征在于:包括至少两个权利要求1-3任一所述约束混凝土拱架，约束混凝土拱架处于组装后的工作状态，相邻两榀约束混凝土拱架之间通过定位连接杆进行定位固定，不同位置处的定位连接杆的长度相同。5.根据权利要求4所述的支护系统，其特征在于:所述定位连接杆的设置位置为约束混凝土拱架的拱顶和拱腿； 优选的，所述定位连接杆还设置于约束混凝土拱架的拱肩位置； 优选的，相邻两个约束混凝土拱架之间的定位连接杆的数量为3-9根。6.根据权利要求4所述的支护系统，其特征在于:所述定位连接杆的一端设置螺纹基座，另一端设置插合固定结构； 优选的，所述约束混凝土拱架上设置有与所述螺纹基座配合的螺纹孔； 优选的，所述插合固定结构为设置于定位连接杆末端的连接杆凸起和套合在定位连接杆末端的压盖，压盖与连接杆凸起之间套合有倒锲形张紧卡环，压盖与约束混凝土拱架上的接口配合，将倒锲形张紧卡环卡紧连接杆凸起； 进一步优选的，所述约束混凝土拱架上设置有与所述连接杆凸起配合的接口，接口的外表面与所述压盖螺纹配合； 或，所述定位连接杆的插合固定结构为设置于定位连接杆末端的连接杆环状凹槽； 优选的，所述约束混凝土拱架上设置有喇叭状对接口，喇叭状对接口内设置有对接口环状凹槽，对接口环状凹槽内安装有张紧环状卡簧。7.权利要求4-6任一所述约束混凝土支护系统的施工方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)断面开挖后，对围岩喷射混凝土并打设锚杆，对围岩进行加固处理； 2)使用安装车将所述约束混凝土拱架吊放至指定位置，在吊放所述约束混凝土拱架的过程中，拱架在节点采用铰接的方式下自动打开； 3)首先对约束混凝土拱架的拱顶进行定位固定，再操作另一台拱架安装车对拱脚进行定位固定； 4)吊放下一个约束混凝土拱架，首先将定位连接杆安装至该拱架上，并利用机械手托举拱架，另一台机械手辅助将定位连接杆与步骤3)中安装完成的混凝土拱架上的对接口结构连接，然后对该约束混凝土拱架的拱顶和拱脚进行定位固定，完成安装； 5)如此循环，完成所有约束混凝土拱架的安装。8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于:所述施工方法还包括在约束混凝土拱架之间焊接剩余纵向连接筋的步骤。9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于:所述施工方法还包括在约束混凝土拱架之间铺设钢筋网的步骤； 进一步优选的，喷射混凝土时，由两侧拱脚自下而上喷射。10.权利要求1-3任一所述约束混凝土拱架或权利要求4-6任一所述约束混凝土拱架支护系统在软岩、高应力及破碎带地质条件下的隧道支护中的应用。
【文档编号】E21D11/10GK106014453SQ201610539482
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】王 琦, 江贝, 栾英成, 李术才, 秦乾, 孙会彬, 潘锐, 于恒昌, 王雷, 鹿伟, 高松, 胥洪彬, 高红科
【申请人】山东大学