一种拱架稳定装置及其使用方法与流程

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种拱架稳定装置及其使用方法。

背景技术：

在多步开挖隧道中，台阶法（上下台阶法）是常被采用的施工方法。施工过程中涉及多段拱架连接，如何保证拱架水平位置至关重要。拱架位置保持水平将关系到拱架的承载力以及日后变形风险。

因此，黄土隧道上下台阶拱架连接处是施工中的难点也是重点，连接不规范、不合理容易产生受力不均匀，导致拱架发生不均匀沉降。黄土隧道施工中，上下台阶连接处主要有以下施工难点：

（1）上台阶拱架底部很难保证与围岩保持水平，致使拱架垂直度难以得到保证。

（2）下台阶开挖时，难免会造成上台阶拱架连接板变形。

（3）下台阶立拱架时，上台阶拱脚连接板处的虚土清理较为困难，容易造成初衬不密实，甚至出现空洞现象。

另外，在隧道施工中对于隧道纵断面的设计也有标准要求，例如，隧道内线路的坡道形式、坡度大小、坡段长度和坡段之间线型衔接等都有明确的施工规范。如何有效保障隧道纵断面的线型符合设计规范也是当前施工中的难点之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种拱架稳定装置及其使用方法，该装置采用灵活拼接方法，可以有效节约运输和存储空间和成本；所述装置对于场地要求低，使用范围不受地面限制，组装灵活不受空间限制，通过插片进行固定，还可以将多个装置进行组合，进一步提高强度。将拱架的拱脚放置于盛放砂子的本装置中可以减弱拱脚虚土的沉降，防止连接板变形，防止虚土进入拱脚，使得拱脚容易清理；防止上台阶与下台阶连接板发生变形，满足隧道环境复杂多变的要求，灵活拆装降低施工难度。本发明的目的之二是提供一种拱架稳定装置在多步开挖隧道施工中纵断面线型定位方面的应用。

为实现上述目的之一，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种拱架稳定装置，包括：护壁1、连接件2、底板、连接底座3和连接杆4；其中所述护壁1为平板型，所述护壁1通过所述连接件2顺序连接，所述底板与所述护壁1通过所述连接件2连接；所述护壁1与所述连接底座3固定连接；所述连接杆4与所述连接底座3活动连接；所述护壁1上还设置有一个或多个插片6。

可选地，所述连接件2可以省略，护壁1与底板通过焊接或铆接的方式固定连接，所述连接杆4与所述连接底座3螺纹连接。

可选地，所述护壁1、所述连接件2、所述连接底座3、所述连接杆4和所述角形护壁5为钢制。

可选地，所述连接件2为插套式合页，连接件2和所述连接底座3位于所述护壁1的两面。

可选地，所述底板可以省略。

可选地，所述装置还包括角形护壁5，其中所述角形护壁5为直角形或圆角形；所述角形护壁5上开有凹槽，所述凹槽用于安装所述连接件2。

为实现上述目的，根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种拱架稳定装置的使用方法，包括：通过所述连接件2将多块所述护壁1连接起来，将拱架的拱脚围在中间，将所述插片6插入地面进行固定，形成一个顶端开口、底端和四周封闭的空间，使位于所述装置一侧的护壁1与拱架的连接板接触连接，向所述空间中填充砂子。

可选地，使位于所述装置一侧的护壁1与拱架的连接板接触连接的面积不小于预设面积；向所述空间中填充砂子的质量不小于预设质量。

可选地，使用所述连接杆4将多个所述装置连接。

可选地，所述稳定装置在多步开挖隧道施工中纵断面线型定位的应用。

为实现上述目的之二，根据本发明实施例的一个方面，提供一种拱架稳定装置在多步开挖隧道施工中拱纵断面线型定位方面的应用。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明的一种拱架稳定装置的示意图；

图2是根据本发明的一种拱架稳定装置的使用方法的示意图；

图3是根据本发明的一种拱架稳定装置在多步开挖隧道施工中的使用方法的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是根据本发明的一种拱架稳定装置的示意图；如图1所示：

该装置包括护壁1、连接件2、连接底座3和连接杆4；其中护壁1为平板型，可通过连接件2顺序连接，围成一个上下开口、四周封闭式的空间；该装置不具有底面和顶面，所以组装时不受场地限制，尤其是对于隧道环境，地面平整度差，不具有底面的装置可以直接放置于不平整的地面，环境适应性高。此外，护壁可以有不同宽度和高度的多种规格，灵活的连接组合方式也更适应场地空间。由于该装置是通过若干块护壁1与连接件2拼接而成，所以可实现灵活组装，节约搬运和存储空间成本。

护壁1与连接底座3固定连接（例如焊接），用于增强连接杆4与护壁1的连接强度，连接杆4与所述连接底座3活动连接（例如螺纹连接）；连接杆4可用于将护壁1灵活连接，例如通过连接杆4将护壁1连接在隧道壁上，增加护壁1的稳定性，或者将多个装置通过连接杆4连接起来，增加整体强度。护壁1、连接件2、连接底座3和连接杆4为钢制，具有强度高、成本低、维修方便的优点。

所述还包括角形护壁5，可以为直角形或圆角形，角形护壁上也固定有连接件2，通过连接件2与护壁1组合连接。角形护壁用于在组装拱架保护装置时放置在装置的顶角位置，以增加顶角位置的强度，防止由于顶角处护壁连接不紧造成的漏砂。

护壁1和角形护壁5上还设置有一个或多个插片6。插片与护壁1和角形护壁5焊接，可制作成楔形，方便插入地面，将组合后的护壁1和角形护壁5固定在地面，增加拱架稳定装置的强度。进一步地，插片也可设置在护壁1和角形护壁5的侧面，同时在其侧面开插槽，使得护壁1和角形护壁5也可以通过插片互相连接，增强组合连接的强度。

连接件2的安装数量和安装位置有很多种，可以在护壁1的两面均安装连接件2，护壁1可按照长度、厚度和宽度等分为不同型号，连接件2根据护壁的型号确定安装数量，显而易见地，连接件安装的数量越多，其组成的装置强度越高。

进一步地，本发明的一个实施例的拱架稳定装置，可以省略角形护壁5，由四片护壁1与底板围合构成，所述护壁1是整体结构，而非分片结构。

进一步地，本发明的一个实施例为具有底板的拱架稳定装置，底板可以与砂箱护壁1和/或角形护壁5采用同样的连接方式进行组装，可以减少砂的泄漏，增加本装置的整体强度。

进一步地，本发明的一个实施例的拱架稳定装置可由底板和三面护壁1组成，其中空缺的一面护壁靠在拱架连接板上，与拱架连接板一起围成一个顶端开口，底部和四周封闭的空间。

本发明的一个实施例是连接件2为插套式合页，插套式合页利于灵活组装，插套式合页一般包括两片合页和一个插杆，插杆可以与其中一片合页固定连接，也可以单独安装，两片合页分别固定安装在护壁1和角形护壁5的一边。进一步地，插套式合页也可以用其他类似现有技术替代，只要能将两块板状体可活动地连接的实施方式均可，例如螺杆连接等。

进一步地，本发明的一个实施例的拱架稳定装置，可以省略连接件2，所述护壁1、角形护壁5、底板之间通过其他方式连接固定，例如焊接、铆接等。

本发明的另一个实施例为连接件2和连接底座3位于护壁1的两面。即在组装时，可将合页放置于拱架稳定装置内侧，连接底座和连接杆则位于本装置外侧，防止合页凸出损伤隧道护壁或被碰损。

本发明的另一个实施例为在护壁1和角形护壁5上开有凹槽，凹槽用于安装所述连接件2。即组装本装置后连接件可以藏于凹槽内部不凸出，防止连接件2凸出损伤隧道护壁或被碰损。

图2是根据本发明的一种拱架稳定装置的使用方法的示意图，如图2所示：

其中图2表示隧道的横断面，通过所述连接件2将多块所述护壁1连接起来，将拱架的拱脚围在中间，将所述插片6插入地面进行固定，形成一个顶端开口、底端和四周封闭的空间，使位于所述装置一侧的护壁1与拱架的连接板接触连接，向所述空间中填充砂子。可先预留布设本装置的台阶，拼接后的本装置底部与地面接触，形成一个顶端开口、底端和四周封闭的空间，使本装置的一侧与拱架的连接板接触连接，向所述空间中填充砂子。由于隧道内环境复杂，地面平整度差，不具有底面的本装置环境适应能力高，由于本装置也是通过组合安装的，对于隧道空间的适应能力也很高。向本装置里填充砂子后，本装置的整体质量增加，且砂子可以起到缓冲作用，使受力均匀分布。本装置的一侧与拱架的连接板接触连接，对拱架连接板起到支撑作用，会减少拱架的局部不均匀沉降，保护上台阶拱架底部的连接板保持完整，防止下台阶开挖时损伤连接板，本装置能够防止虚土进入拱架连接板处，减少下台阶清理虚土作业的时间。

本发明的一个实施例是带有底板的拱架稳定装置，该装置可由底板和三面护壁组成，其中空缺的一面护壁靠在拱架连接板上，与拱架连接板一起围成一个顶端开口，底部和四周封闭的空间，将拱架的拱脚放置其中，在该空间中注入一定质量的砂子，以起到稳定拱架，防止虚土进入的作用。

本发明的一个实施例是使位于所述装置一侧的护壁1与拱架的连接板接触连接的面积不小于预设面积。可根据设计的受力要求可以计算出本装置侧面所承受的压强，从而计算出受力面积即接触面积，可以进一步提高本装置的支撑效果。

本发明的另一个实施例是向所述空间中填充砂子的质量不小于预设质量。可根据设计的受力要求计算出本装置侧面所承受的侧向压力，从而推断出本装置所需的砂子的质量，显而易见地，本装置的质量越大对于支撑效果越好。

本发明的另一个实施例是使用所述连接杆4将本装置连接。多个本装置相互连接可进一步提高整体的支撑效果。

图3是根据本发明的一种拱架稳定装置在多步开挖隧道施工中的使用方法的示意图。在采用多步开挖隧道中，通常采用台阶法（上下台阶法）、弧形预留核心土法、单侧臂导坑法、双侧壁导坑法等施工方法。此类施工过程中涉及多段拱架连接，如何保证拱架水平位置至关重要。拱架位置保持水平将关系到拱架的承载力以及日后变形风险。

另外，在隧道施工中对于隧道纵断面的设计也有标准要求，例如，隧道内线路的坡道形式、坡度大小、坡段长度和坡段之间线型衔接等都有明确的施工规范。合理有效地控制纵断面施工标准对于保证隧道施工质量、保障运行安全有十分重要的意义。本发明在隧道施工中采用本装置后，一方面很好的保证了拱架的平顺度，另一方面也兼具保证隧道纵断面线型的作用。

以台阶法为例，参见图3能够更清楚地理解本发明的技术方案。施工中，自隧道顶端拱架两侧向下，将隧道横断面依次定义为上台阶a单元、中台阶b单元和下台阶c单元三个单元，所述三个单元的拱架通过连接板固定连接。在上台阶a单元施工完毕后，将本装置的一侧与拱架的连接板连接，除了上文所述对拱架连接板起到支撑作用之外，还起到了保证上台阶拱架水平位置的定位作用，由此，本装置能够控制隧道整体纵断面线型，使之符合纵断面坡度形式、坡度系数等施工要求。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。