本发明涉及一种隧洞支护用钢拱架单元间连接方法，尤其是一种围岩岩性较差洞段或不良地质洞段隧洞支护用钢拱架单元间连接方法。
背景技术：
在隧洞设计中，对于围岩岩性较差洞段或不良地质洞段，围岩自稳能力差，隧洞洞型多选用马蹄形或圆形，一次支护多采用喷锚挂网联合钢拱架的形式，其中钢拱架对围岩的支撑作用对保证洞室稳定尤为重要。根据隧洞支护理论，隧洞开挖后，钢拱架应快速安装并及时发挥其支撑作用。实际施工中，纵向每榀钢拱架沿环向被分为多个拱架单元，拱架单元在洞外预制成型后进洞拼装；为保证钢拱架的快速安装并及时发挥支撑作用，拱架单元之间合理的连接方式尤为重要。工程上最常用的拱架单元间连接方法包括：①两单元端部截面焊接的钢板螺栓孔对齐后用螺栓连接；②拱架单元端部截面焊接的钢板与另一拱架单元内侧面焊接的钢板螺栓孔对齐后用螺栓连接，多用于底部拱架单元与侧部拱架单元连接。以上两种连接方法虽都能达到钢拱架快速安装的目的，但均有其局限性。方法①钢拱架只有沿环向封闭才能充分发挥对围岩的支撑作用，这就要求隧洞每一循环进尺均需开挖底拱并及时安装底部拱架单元，而施工中为加快施工进度常根据监测情况采用同时开挖多个循环进尺隧洞底拱并安装底部拱架单元的工序，从而钢拱架单元连接方法①不利于提高施工进度。方法②中内侧面焊接钢板的拱架单元多作为侧部拱架单元，一般其端部截面均连接有托底托梁，从而无需底部拱架单元安装便可发挥其支撑作用；但方法②中底部拱架单元端部截面需与侧部拱架单元内侧面连接，当侧部及底部拱架单元曲率半径较小时，底部拱架单元端部截面与其轴线夹角较小，导致底部拱架单元端部形状奇异，加工困难且难保证与侧部拱架单元连接的可靠性；当侧部拱架单元内侧面上有效连接面积很小时(如u型钢开口侧)，亦很难保证连接的可靠性。因此，需要一种不受拱架单元型式和曲率限制，且有利于提高施工进度的钢拱架单元间连接方法。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种保证隧洞支护用钢拱架能够快速安装并能及时发挥支撑作用，且不受拱架单元形状限制并有利于提高施工进度的拱架单元间的连接方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧洞支护用钢拱架单元间的连接方法，上部钢拱架单元端头焊接有带螺栓孔的上部连接钢板，在隧洞钢拱架单元连接部位布置沿洞轴线的h型钢托梁，h型钢托梁顶部翼缘开螺栓孔，通过顶部螺栓将h型钢托梁顶部翼缘的螺栓孔与焊接于上部钢拱架单元端头的带螺栓孔的上部连接钢板连接，使h型钢托梁与上部钢拱架单元连接，上部钢拱架单元端头腹板焊接有第一加劲角钢，第一加劲角钢与上部连接钢板焊接在一起；h型钢托梁侧面焊接有开螺栓孔的第一侧面连接钢板，在h型钢托梁顶部翼缘及底部翼缘内表面焊接有第二加劲角钢，加劲角钢与第一侧面连接钢板焊接，通过侧面螺栓，h型钢托梁与焊接于侧部钢拱架单元端头带有螺栓孔的第二侧面连接钢板连接，侧部钢拱架单元端头腹板焊接有第三加劲角钢，第三加劲角钢与第二侧面连接钢板焊接在一起。
具体地说，包括以下施工安装步骤：
(1)安装前准备：进洞安装前，与h型钢托梁上部及侧部连接钢拱架单元端头与带螺栓孔钢板焊接，上部及侧部钢拱架单元端头腹板以及带螺栓孔钢板均与加劲角钢焊接，h型钢托梁侧部与带螺栓孔侧面连接钢板焊接，h型钢托梁顶、底部翼缘以及带螺栓孔侧面连接钢板均与加劲角钢焊接，h型钢托梁顶部翼缘在上部连接钢板螺栓孔对应位置开螺栓孔；
(2)洞内安装：h型钢托梁底部基础初喷薄层混凝土后将h型钢托梁置于基础上，h型钢托梁上部钢拱架单元连接钢板螺栓孔与托梁顶部翼缘螺栓孔对齐，插入螺栓拧紧；h型钢托梁侧部钢拱架单元连接钢板螺栓孔与托梁侧部连接钢板螺栓孔对齐，插入螺栓拧紧，实现钢拱架单元的快速连接。
所述步骤(1)中，与h型钢托梁上部及侧部连接钢拱架单元端头与带螺栓孔钢板焊接方法包括：首先周边焊接钢拱架单元端头与钢板接触面，然后将加劲角钢贴面沿周边焊于钢拱架端头腹板及钢板上；h型钢托梁与带螺栓孔钢板焊接方法包括：首先周边焊接h型钢托梁翼缘与钢板接触面，然后将加劲角钢贴面沿周边焊于h型钢托梁翼缘内侧及钢板上。
所述步骤(2)中，h型钢托梁上部拱架单元与h型钢托梁通过螺栓连接后，已安装拱架单元便发挥对其接触隧洞岩体的支撑作用，施工中根据隧洞变形监测情况，可滞后一定进尺开挖h型钢托梁侧部岩体，然后将侧部拱架单元通过螺栓连接于已安装h型钢托梁侧面，减少了托梁侧部拱架单元安装对洞内开挖运输的影响，加快施工进度。
本发明的有益效果是：能够保证隧洞支护用钢拱架的快速可靠安装并及时发挥支撑作用，而且，不因拱架安装而增加施工工序，加快施工进度。
附图说明
图1为采用本发明方法的拱架单元连接示意图。
图2为采用本发明方法的拱架单元连接另一角度示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1、2所示，本发明的隧洞支护用钢拱架单元间的连接方法，上部钢拱架单元8端头焊接有带螺栓孔的上部连接钢板3，在隧洞钢拱架单元连接部位布置沿洞轴线的h型钢托梁1，h型钢托梁1顶部翼缘开螺栓孔，通过顶部螺栓6将h型钢托梁1顶部翼缘的螺栓孔与焊接于上部钢拱架单元8端头的带螺栓孔的上部连接钢板3连接，使h型钢托梁1与上部钢拱架单元8连接，上部钢拱架单元8端头腹板焊接有第一加劲角钢7，第一加劲角钢7与上部连接钢板3焊接在一起；h型钢托梁1侧面焊接有开螺栓孔的第一侧面连接钢板4，在h型钢托梁1顶部翼缘及底部翼缘内表面焊接有第二加劲角钢2，加劲角钢2与第一侧面连接钢板4焊接，通过侧面螺栓16，h型钢托梁1与焊接于侧部钢拱架单元9端头带有螺栓孔的第二侧面连接钢板5连接，侧部钢拱架单元9端头腹板焊接有第三加劲角钢17，第三加劲角钢17与第二侧面连接钢板5焊接在一起。
具体地说，包括以下施工安装步骤：
(1)安装前准备：进洞安装前，与h型钢托梁上部及侧部连接钢拱架单元端头与带螺栓孔钢板焊接，上部及侧部钢拱架单元端头腹板以及带螺栓孔钢板均与加劲角钢焊接，h型钢托梁侧部与带螺栓孔侧面连接钢板焊接，h型钢托梁顶、底部翼缘以及带螺栓孔侧面连接钢板均与加劲角钢焊接，h型钢托梁顶部翼缘在上部连接钢板螺栓孔对应位置开螺栓孔；
(2)洞内安装：h型钢托梁底部基础初喷薄层混凝土后将h型钢托梁置于基础上，h型钢托梁上部钢拱架单元连接钢板螺栓孔与托梁顶部翼缘螺栓孔对齐，插入螺栓拧紧；h型钢托梁侧部钢拱架单元连接钢板螺栓孔与托梁侧部连接钢板螺栓孔对齐，插入螺栓拧紧，实现钢拱架单元的快速连接。
所述步骤(1)中，与h型钢托梁上部及侧部连接钢拱架单元端头与带螺栓孔钢板焊接方法包括：首先周边焊接钢拱架单元端头与钢板接触面，然后将加劲角钢贴面沿周边焊于钢拱架端头腹板及钢板上；h型钢托梁与带螺栓孔钢板焊接方法包括：首先周边焊接h型钢托梁翼缘与钢板接触面，然后将加劲角钢贴面沿周边焊于h型钢托梁翼缘内侧及钢板上。
所述步骤(2)中，h型钢托梁上部拱架单元与h型钢托梁通过螺栓连接后，已安装拱架单元便发挥对其接触隧洞岩体的支撑作用，施工中根据隧洞变形监测情况，可滞后一定进尺开挖h型钢托梁侧部岩体，然后将侧部拱架单元通过螺栓连接于已安装h型钢托梁侧面，减少了托梁侧部拱架单元安装对洞内开挖运输的影响，加快施工进度。
本发明通过在隧洞钢拱架单元连接部位布置沿洞轴线的纵向型钢托梁，将拱架单元均连接于托梁上，从而实现拱架单元间连接不受拱架单元型式和曲率限制，施工中无需托梁侧部拱架安装便可发挥已施作托梁上部拱架的临时支撑作用，避免了钢拱架安装带来的施工工序重复，加快施工进度。
下面结合某输水隧洞工程的具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本工程输水隧洞断面型式为标准马蹄形，为加快施工进度，隧洞开挖方式由每个循环进尺内隧洞开挖为设计体型改为先开挖上部及中部岩体，多个循环进尺后开挖底拱岩体的方式，从而急需一种能适应该种洞型及施工工序的钢拱架安装方法。
如图1所示，连接部位结构包括h型钢托梁1、第二加劲角钢2、带螺栓孔上部连接钢板3、带螺栓孔第一侧面连接钢板4、带螺栓孔第二侧面连接钢板5、螺栓螺母6、加劲角钢7、工字钢拱架单元8、工字钢拱架单元9。
首先，进洞安装前，h型钢托梁1顶部翼缘开螺栓孔，位置与上面连接钢板3螺栓孔位置对应；将工字钢拱架单元8端部截面周边焊于带螺栓孔上面连接钢板3上，并将第三加劲角钢17贴面沿周边焊于工字钢拱架单元8端部腹板及上面连接钢板3上；将工字钢拱架单元9端部截面周边焊于带螺栓孔第二侧面连接钢板5上，并将加劲角钢7贴面沿周边焊于工字钢拱架单元9端部腹板及第二侧面连接钢板5上；周边焊接h型钢托梁1翼缘与带螺栓孔第一侧面连接钢板4接触面，并将第二加劲角钢2贴面沿周边焊于h型钢托梁1翼缘内侧及第一侧面连接钢板4上。
隧洞每个循环进尺开挖完成后，在隧洞两侧底角基础初喷薄层素混凝土，将h型钢托梁1置于素混凝土基础上，用螺栓螺母6通过上面连接钢板3将工字钢拱架单元8快速连接于h型钢托梁1顶部，根据隧洞变形监测情况，多个循环进尺后开挖底拱，用侧面螺栓16通过连接钢板4、5将工字钢拱架单元9快速连接于h型钢托梁1侧部。在加快施工进度的同时保证了钢拱架快速安装，并及时发挥支撑作用。
以上所述实例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于本领域的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的范围内。