一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置及其施作方法与流程

本发明涉及暗挖法分步开挖施工中初期支护格栅拱架和锁脚锚杆的施工领域，尤其是涉及一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置及其施作方法。

背景技术：

在暗挖法隧道分步开挖施工中，为控制拱顶沉降和拱腰收敛，需及时设置初期支护结构，格栅拱架相较于型钢拱架的刚度较小，可充分发挥围岩的承载能力，且用钢量小，与挂网喷射混凝土配合使用，是较经济合理的初期支护形式。由于台阶分界面的围岩疏松且将要挖除，不能为格栅拱架提供支撑，故上部初期支护的格栅拱架必须通过锁脚锚杆可靠锚固于围岩。

但现有格栅拱架与锁脚锚杆多采用点焊或短焊缝连接，连接件多采用钢板或钢筋，连接部分构件自身和焊缝的承载力远小于格栅拱架和锚杆的承载能力，易导致初期支护局部破坏失效。其次，现有连接方法多以现场焊接为主，当隧道内存在围岩软弱、粉尘浓度高、涌水渗水量大等不良施工条件时，焊接质量难以保证，易脱焊漏焊，连接可靠性低。第三，现有连接件的位置多突出于格栅拱架两侧，与钢筋网片、纵向连接筋等其他初期支护构件存在空间冲突，不利于现场快速施工；在马头门等危险区域，不能实现联立或密排格栅拱架。以上因素均导致初期支护与锁脚锚杆连接不可靠、施工不方便，不能有效控制拱顶沉降。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种避免局部破坏、避免空间冲突、提高稳定性和承载能力、连接可靠、操作方便快捷的格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置及其施作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置，用以实现格栅拱架与锁脚锚杆的快速可靠连接，该装置包括分别焊接在格栅拱架上的近围岩侧和远围岩侧的两块定位连接钢板，所述的锁脚锚杆的尾端依次穿过设置在近围岩侧定位连接钢板的设置在远围岩侧定位连接钢板上的锚杆孔，并且通过设置在远围岩侧定位连接钢板上的固定组件固定，钻头端插入围岩固定，所述的定位连接钢板焊接在格栅拱架两条主筋之间。

所述的定位连接钢板分别与格栅拱架的横缀条和主筋焊接固定。

所述的固定组件包括焊接在远围岩侧定位连接钢板上的锚杆孔两侧的螺栓定位块、承压型大六角高强螺栓和六角头螺母，所述的锁脚锚杆的尾端开孔，承压型大六角高强螺栓分别穿过锁脚锚杆尾端和螺栓定位块上的开孔并且通过六角头螺母固定。

所述的定位连接钢板通过通长双面焊分别与横缀条和主筋焊接固定，所述的格栅拱架的横缀条作为定位连接钢板加劲肋。

所述的锚杆孔为长轴为垂向的圆端形孔。

一种施作方法，包括以下步骤：

1)预制场内制作格栅拱架时，在格栅拱架靠近和远离围岩两侧、主筋之间上下错位焊接定位连接钢板；

2)在螺栓定位块上开孔，并在远离围岩侧的定位连接钢板圆端形定位孔两侧焊接螺栓定位块；

3)现场施工时，一端开孔的锁脚锚杆依次穿过定位连接钢板锚杆孔，并在定位孔的引导控制下向围岩内打入锁脚锚杆后，调整锚杆钻机，将锁脚锚杆尾部的开孔与螺栓定位块上的螺栓孔对齐，再将承压型大六角高强螺栓穿过螺栓定位块和锁脚锚杆尾端的开孔，使用六角头螺母拧紧固定。

所述的定位连接钢板与格栅拱架横缀条采用双面焊，定位连接钢板与格栅拱架主筋采用通长双面焊。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置均在工厂焊接，焊接质量高，且焊缝长度大、数量多，极限承载力高而稳定，保证定位连接装置的承载能力与锁脚锚杆和格栅拱架匹配，避免隧道初期支护的局部破坏。

(2)本发明的定位连接钢板位于格栅拱架主筋之间，而非格栅拱架外侧，避免装置与钢筋网片、纵向连接筋、相邻格栅拱架之间的空间冲突，便于现场施工，可实现围岩稳定性不足区域的密排甚至联立格栅拱架施工。

(3)本发明的定位连接钢板与格栅拱架横缀条双面焊接，利用双面横缀条作为加劲肋，并可根据需求局部加密横缀条数量，显著提高了定位连接装置的平面外稳定性和承载能力。

(4)本发明的格栅拱架直接与锁脚锚杆接触，并利用螺栓定位块、承压型大六角高强螺栓和六角头螺母锁定格栅拱架与锁脚锚杆的相对位置关系，现场不进行焊接作业，连接可靠、操作方便快捷、材料来源广泛。

(5)本发明采用抗剪型高强螺栓，而非钢结构中常见的抗拉型高强螺栓作为最后的保险措施，正常情况下是钢板直接压在锚杆上，锚杆一旦屈服，螺栓能保证格栅拱架与锚杆之间不滑脱，避免了不收敛的破坏形态。

附图说明

图1为本发明的一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置的结构示意图；

图2为本发明的一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置的结构剖视图；

图3为本发明的一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置的结构左视图；

图4为本发明的一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置的结构正视图；

图5为本发明的一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置的结构左剖视图；

图6为定位连接钢板、螺栓定位块、承压型大六角高强螺栓和六角头螺母示意图；

图7为本发明的一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置的结构俯视图。

图中：1-1为远离围岩侧的格栅拱架主筋，1-2为靠近围岩侧的格栅拱架主筋，2为格栅拱架斜缀条，3为格栅拱架横缀条，4为格栅拱架临时支座兼连接板，5-1为远离围岩侧的定位连接钢板，5-2为靠近围岩侧的定位连接钢板，6为锁脚锚杆，7为临时支座螺栓孔，8为定位连接钢板圆端形锚杆孔，9为带有螺栓孔的螺栓定位块，10为承压型大六角高强螺栓，11为六角头螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1至图7所示，一种格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置及其施作方法，包括格栅拱架主筋1-1和1-2、横缀条3和定位连接钢板5-1和5-2通过双面焊连接，带有螺栓孔的螺栓定位块9通过围焊安装于远离围岩侧的定位连接钢板5-1的圆端形锚杆孔8两侧，尾端开孔的锁脚锚杆6沿圆端形锚杆孔穿过格栅拱架主筋1-1和1-2之间打入围岩，承压型大六角高强螺栓10穿过螺栓定位块9的螺栓孔和锁脚锚杆6尾端的开孔以实现锁脚锚杆与格栅拱架相对位置的锁定，并通过承压型大六角高强螺栓10和六角头螺母11拧紧固定。

承压型大六角高强螺栓10的型号可根据锁脚锚杆6的直径、格栅拱架的设计荷载、锁脚锚杆6和螺栓定位块9开螺栓孔后的剩余强度等因素，选取M12型～M30型的承压型大六角高强螺栓。

制作和施作格栅拱架与锁脚锚杆的定位连接装置时，可按以下操作步骤进行：

(1)在工厂预制定位连接钢板5-1和5-2，尺寸由锚杆数量和焊缝长度等确定，在定位连接钢板5-1和5-2上钻设圆端形锚杆孔8，圆端形锚杆孔长轴为垂向，尺寸满足锚杆按设计角度穿越打设要求。

(2)将带螺栓孔的螺栓定位块9围焊安装至远离围岩侧定位连接钢板5-1的圆端形锚杆孔8两侧，螺栓孔大小和定位块安装位置满足承压型大六角高强螺栓10的穿越要求，带螺栓孔的螺栓定位块9尺寸由设计荷载确定。

(3)将主筋1-1和1-2、斜缀条2、横缀条3、临时支座兼连接板4采用双面焊接，形成格栅拱架主体，并将预制好的定位连接钢板5-1和5-2分别上下错位双面焊接至格栅拱架拱脚处远离和靠近围岩侧主筋1-1和1-2以及横缀条3，安装位置位于两根主筋之间，上下错位量由锚杆打设角度确定，并要求圆端形锚杆孔8避让横缀条3。设计荷载较大时，可在焊接完成后在富裕空间增设横缀条3，以保证定位连接钢板5-1和5-2的平面外稳定性。

(4)将上述工厂加工的格栅拱架在施工现场进行架设，尾部开孔的锁脚锚杆6从圆端形锚杆孔8中依次穿过定位连接钢板5-1和5-2、格栅拱架主筋1-1和1-2打入围岩。

(5)尾部开孔的锁脚锚杆6打设完成后，利用锚杆钻机调整尾部开孔的锁脚锚杆6的姿态，将其尾部开孔与带有螺栓孔的螺栓定位块9的螺栓孔对齐，并将承压型大六角高强螺栓10穿过，并采用六角头螺母11在另一端配合拧紧固定，在锁脚锚杆和格栅拱架之间起到类似于插销的锁定作用。

(6)安装完成后，围岩压力导致的格栅拱架主筋1-1和1-2内力通过定位连接钢板5-1和5-2，部分由圆端形锚杆孔8接触界面传递至尾端开孔的锁脚锚杆6，另一部分由带螺栓孔的螺栓定位块9和承压型大六角高强螺栓10的接触界面传递至尾端开孔的锁脚锚杆6，并起到防止错位脱落的作用。

(7)需要密排格栅拱架时，由于上述装置均位于两根主筋之间，侧向无突出构件，故密排布置、钢筋网片和纵向连接筋的焊接等均不受上述装置的影响，可将相邻格栅拱架临时支座兼连接板4上下交叠，可获得最小格栅拱架间距。

(8)需要利用中空锁脚锚杆6进行围岩注浆加固时，注浆完成后再安装承压型大六角高强螺栓10和六角头螺母11以实现位置锁定，以免先安装导致注浆管内有效空间不足、浆液中骨料沉积堵管、螺栓孔漏浆等现象。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。