装配式循环利用钢管混凝土临时仰拱及其施工方法与流程

1.本发明涉及隧道工程施工领域。更具体地说，本发明涉及一种装配式循环利用钢管混凝土临时仰拱及其施工方法。


背景技术：

2.随着我国铁路建设的发展，修建的隧道断面越来越大，随之而来也伴随着许多支护与沉降控制方面的难题。软弱围岩大断面隧道施工时，极易发生初期支护及围岩整体沉降过大的现象，稍有不慎就可能发生隧道塌方的事故。为了控制这种沉降，施工过程中一般需要设置临时仰拱构造，用临时仰拱来承担一部分拱部初期支护的下沉力量。一般情况下临时仰拱通过在台阶底部接钢架封闭成环，喷射混凝土来布设，待进行下步施工时拆除，因为是临时性质的，用的是喷射混凝土，做下一步台阶的时候都要进行拆除。
3.采用钢材为主体的临时仰拱由于其刚度大，不易弯曲的特点，在拆除的过程中常常需要切割成多段钢架，再分别拆卸。切割后的钢架通常只能回收处理，不存在二次利用的可能性，在长大隧道的施工过程中造成了巨大的浪费。而钢拱架本身由于焊接工艺等方面的问题造成结构失稳的现象也时有发生，特别是在围岩等级较差，易受力失稳的地段，钢结构的临时仰拱强度不足。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种装配式循环利用钢管混凝土临时仰拱及其施工方法，大大增加了抗压强度，结构整体分段、可拆卸，满足了多次利用的可能性，为施工安全和成本管控提供了更有利的保障。
5.本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种装配式循环利用钢管混凝土临时仰拱，包括：若干钢管混凝土主体结构、快拆连接结构和法兰连接结构；
6.钢管混凝土主体结构通过快拆连接结构与法兰连接结构进行分段式拼装拆卸连接形成临时仰拱。
7.优选的是，所述钢管混凝土主体结构由外向内包括钢制层和混凝土填充层。
8.优选的是，所述快拆连接结构包括外壳、螺杆、螺杆连接内件、楔形块内件、销轴和导杆；
9.所述外壳由相对设置的上外壳和下外壳构成，所述上外壳和所述下外壳之间具有一定的空隙并在空隙处设置轨道；所述上壳体和所述下壳体的中间位置相对开设螺杆孔；所述螺杆穿过所述螺杆孔，其位于外壳内侧的一端连接螺杆连接内件；所述楔形块内件一侧具有楔形卸荷面，其另一相对的面为圆形平面，所述楔形块内件上设置有导杆孔，所述导杆设置于所述导杆孔中，所述导杆滑动设置于轨道上，一对楔形块内件设置于外壳内，一对螺杆分别上下对称穿设于外壳内并位于一对楔形块内件之间，所述螺杆连接内件具有楔形面并与所述楔形块内件的楔形卸荷平面相配合；
10.通过快拆连接结构连接的两个钢管混凝土主体结构分别设置于外壳内的两端，且
所述钢管混凝土主体结构断面与所述楔形块内件的圆形平面相抵，所述上壳体和所述下壳体通过销轴连接。
11.优选的是，螺杆连接内件包括一级楔形组件、二级楔形组件和连接件；所述一级楔形组件和二级楔形组件通过连接件连接；
12.所述楔形块内件的楔形卸荷面为两组上下对称的楔形面，左右两组所述楔形块内件的楔形卸荷面分别与两组螺杆连接内件的一级楔形组件、二级楔形组件相对接。
13.优选的是，所述上壳体和所述下壳体的两侧均设置有耳块，所述销轴穿设于耳块上，以将上壳体和所述下壳体连接。
14.优选的是，所述法兰连接结构包含法兰盘、螺栓、法兰垫片；
15.通过法兰连接结构连接的两个钢管混凝土主体结构上均安装有法兰盘，两个钢管混凝土主体结构通过法兰盘、法兰垫片以及螺栓连接。
16.本发明还提供了一种利用所述临时仰拱的施工方法，相邻两个钢管混凝土主体结构通过快拆连接结构或法兰连接结构完成连接形成临时仰拱，临时仰拱部分分段通过法兰连接结构以非拆卸方式拼接，临时仰拱部分分段通过快拆连接结构以可拆卸的方式拼接，其中，通过快拆连接结构连接时，安装阶段具体为：
17.在外壳的内侧将螺杆和螺杆连接内件固定，楔形块内件通过导杆由外壳外侧滑移进入外壳内部，楔形块内件的楔形卸荷面与螺杆连接内件接触；将钢管混凝土主体结构由左、右两侧分别进入外壳内部，与楔形块内件的圆形平面相接触；在钢管混凝土主体结构与楔形块内件、楔形块内件与螺杆连接内件均达到静止接触后，通过销轴锁定整个快拆连接结构，安装阶段也即完成；
18.通过快拆连接结构完成安装后的施力阶段具体为：旋钮螺杆向内部推入，带动螺杆连接内件向里推进，同时造成楔形块内件向外分离式滑移，随之接触施加压力给两侧的钢管混凝土主体结构。
19.优选的是，快拆连接结构的拆卸阶段：在完成工程承载任务之后，对钢管混凝土主体结构进行卸荷拆除，通过旋钮螺杆向外部拉出，带动螺杆连接内件向外移动，同时造成楔形块内件相对合拢滑移，施加在两侧钢管混凝土分段结构上的压力随之减少，当楔形块内件与两侧钢管混凝土主体结构之间出现缝隙的时候，即压力为0，卸荷完成；拆除销轴，将钢管混凝土主体结构从两侧移出，之后沿导杆将楔形块内件滑移出外壳，即完成整个拆卸阶段。
20.本发明至少包括以下有益效果：
21.1)通过设计钢管混凝土主体结构，代替以钢材为主的传统一体式临时仰拱，可以适应多种类型的不平整地段，一定程度上加强了结构的整体承载力和抗弯刚度。同时分段式钢管混凝土主体结构在配合快拆连接结构的基础上，可以实现二次使用，使得材料的利用率大大提高，以达到较好的经济效应。
22.2)通过设计快拆连接结构，实现了分段式临时仰拱的安全快速拼装与拆卸，确保了重复利用的可能性。其中的螺杆和楔形块内件通过滑移推拉，带动两侧的钢管混凝土主体结构完成受力、卸荷，同时两侧的耳块和导杆部件保障了整体结构的稳定性，使卸荷情况下的受力装置更加安全，快拆连接结构从根本上解决了临时仰拱受力较大难以安全快速拆卸的问题。
23.3)通过设计法兰连接结构，将部分分段式临时仰拱以非可拆卸的方式进行拼接，配合快拆结构，实现了整体临时仰拱拆卸段和非拆卸段的灵活应用，以适应各类地质条件，同时法兰连接段相比快拆连接段加强了连接部位的稳定性，能更好应对复杂施工环境。
24.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
25.图1是本发明的装配式循环利用钢管混凝土临时仰拱中的快拆连接结构示意图；
26.图2是本发明的装配式循环利用钢管混凝土临时仰拱中的快拆连接结构侧视图；
27.图3a是快拆连接结构中的外壳结构剖视图；
28.图3b是快拆连接结构中的外壳结构侧视图；
29.图4a是快拆连接结构中的楔形块内件结构主视图；
30.图4b是快拆连接结构中的楔形块内件结构侧视图；
31.图4c是快拆连接结构中的楔形块内件结构剖视图；
32.图5是快拆连接结构中的耳块结构；
33.图6a是本发明的钢管混凝土主体结构侧视图；
34.图6b是本发明的钢管混凝土主体结构示意图；
35.图7a是本发明的法兰连接结构侧视图；
36.图7b是本发明的法兰连接结构示意图。
37.附图标记说明：
38.11、外壳；12、耳块；13、螺杆；14、螺杆连接内件；15、楔形块内件；16、销轴；17、销轴弹性挡圈；18、导杆；19、拆卸螺母；31、空隙；32、螺杆孔；41、导杆孔；42、楔形卸荷面；51、耳块；61、混凝土填充层；62、钢制层；63、快拆连接结构；6-4、法兰连接结构；71、法兰盘；72、螺栓；73、法兰垫片；74、钢管混凝土主体结构。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
40.此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
41.以下结合附图及实施对本发明作进一步的详细说明，其具体实施过程如下：
42.如图1～7b所示，本发明提供一种装配式循环利用钢管混凝土临时仰拱，包括：若干钢管混凝土主体结构74、快拆连接结构63和法兰连接结构64；
43.钢管混凝土主体结构74作为主要承载结构，通过快拆连接结构63与法兰连接结构64进行分段式拼装拆卸连接形成临时仰拱。快拆连接结构63和法兰连接结构64一般呈对称分布，快拆连接结构63和法兰连接结构64均偏向于中心位置，因此，钢管混凝土主体结构74
的分段布局也是主要根据此设置。更优选的是，相较于法兰连接结构64，快拆连接结构63更靠近临时仰拱的中部。快拆连接结构63具备快速组装和施力卸荷的功能，实现了临时仰拱二次利用的可能性；法兰连接结构64将无需拆卸的分段式钢管混凝土进行连接，加强了整体稳定性和抗弯强度。
44.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：如图6a、6b所示，所述钢管混凝土主体结构74由外向内包括钢制层62和混凝土填充层61浇筑合成。钢管混凝土主体结构74作为整个结构的主要承载部分，起着桥接掌子面两侧，稳固支撑的作用，根据不同项目现场和重复使用次数的需求，依靠设置快拆连接结构63和法兰连接结构64，将钢管混凝土临时仰拱分割成若干段。
45.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：如图1～2所示，快拆连接结构63左右两侧的部分可以进行受力前的拼装和卸荷后的拆除，其设置在弯矩较小处，防止因拆卸拼装操作导致的弯扭力过大影响连接稳定性。为了实现这一目的，所述快拆连接结构63包括外壳11、螺杆13、螺杆连接内件14、楔形块内件15、销轴16、导杆18、拆卸螺母19；
46.如图3a、3b所示，所述外壳11由相对设置的上外壳11和下外壳11构成，全部为钢制构造，所述上外壳11和所述下外壳11之间具有一定的空隙31并在空隙31处设置轨道，导杆18可在此轨道上滑动，以满足内部构件，如楔形块内件15的安装和受力卸荷引发的内部移动需求；所述上壳体和所述下壳体的中间位置相对开设一个圆形孔洞作为螺杆孔32，供螺杆13在其中转动使用，一般在使用前螺杆13已经拧入作常备状态；所述螺杆13穿过所述螺杆孔32，其位于外壳11内侧的一端连接螺杆连接内件14，所述螺杆13的另一头在外壳11的外侧并安装拆卸螺母19，伴随着拆卸螺母19的拧紧与松弛，完成整个结构的施力、卸荷操作；所述楔形块内件15一侧具有楔形卸荷面42，其另一相对的面为圆形平面，所述楔形块内件15上设置有导杆孔41，所述导杆18设置于所述导杆孔41中，所述导杆18滑动设置于轨道上，一对楔形块内件15设置于外壳11内，一对螺杆13分别上下对称穿设于外壳11内并位于一对楔形块内件15之间，所述导杆18在装置安装阶段，楔形块内件151-5通过导杆181-8由外侧进入外壳111-1内侧，与螺杆连接内件141-4接触配置，卸荷后楔形块内件151-5再由导杆181-8滑出，完成拆除，所述螺杆连接内件14具有楔形面并与所述楔形块内件15的楔形卸荷平面相配合，即楔形块内件15的楔形卸荷平面与螺杆连接内件14相对接，实现施压与卸荷的过程；
47.通过快拆连接结构63连接的两个钢管混凝土主体结构74分别设置于外壳11内的两端，且所述钢管混凝土主体结构74断面与所述楔形块内件15的圆形平面相抵，所述上壳体和所述下壳体通过销轴16连接，实现两个钢管混凝土主体结构74的固定。
48.如图1所示，本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：螺杆连接内件14包括一级楔形组件、二级楔形组件和连接件；所述一级楔形组件和二级楔形组件通过连接件连接；
49.如图4a～4c所示，所述楔形块内件15的楔形卸荷面42为两组上下对称的楔形面，左右两组所述楔形块内件15的楔形卸荷面42分别与两组螺杆连接内件14的一级楔形组件、二级楔形组件相对接。
50.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：如图5所示，所述
上壳体和所述下壳体的两侧均设置有耳块5112，所述销轴16穿设于耳块5112上，以将上壳体和所述下壳体连接。
51.本实施方案中，耳块5112一般与销轴16、销轴弹性挡圈17一起配套使用，如图5所示，耳块5112内径和销轴16外径相同。耳块5112与销轴16布置在导杆18的外侧，不干涉导杆18的滑动，如图1、图2所示，沿着外壳11的两侧分布，上外壳11和下外壳11各焊接4只耳块5112，配套相对安装，左右各2套，使用时，在整个装置的内部构件安装配置完毕后，每侧通过销轴16穿过前后2套耳块5112和销轴弹性挡圈17将整个外壳11锁定，防止内部构件失稳滑移。
52.如图7a、7b所示，本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述法兰连接结构64包含法兰盘717-1、螺栓727-2、法兰垫片737-3；
53.通过法兰连接结构64连接的两个钢管混凝土主体结构74上均安装有法兰盘71，两个钢管混凝土主体结构74通过法兰盘71、法兰垫片73以及螺栓72连接。
54.在本实施方案中，两侧的钢管混凝土主体结构74通过法兰盘71和法兰垫片73进行连接，以螺栓72进行扭紧固定。通过法兰连接结构64进行连接的钢管混凝土主体结构74是固定不拆卸的，相对快拆连接结构63具有更好的抗弯抗剪强度。
55.一种利用所述临时仰拱的施工方法，相邻两个钢管混凝土主体结构74通过快拆连接结构63或法兰连接结构64完成连接形成临时仰拱，其中，通过快拆连接结构63连接时，安装阶段具体为：
56.在外壳11的内侧将螺杆13和螺杆连接内件14固定，本实施方式中采用焊接固定，外侧螺杆13上装置拆卸螺母19，楔形块内件15通过导杆18由外壳11外侧滑移进入外壳11内部，楔形块内件15的楔形卸荷面42与螺杆连接内件14接触；将钢管混凝土主体结构74由左、右两侧分别进入外壳11内部，与楔形块内件15的圆形平面相接触；在钢管混凝土主体结构74与楔形块内件15、楔形块内件15与螺杆连接内件14均达到静止接触后，通过销轴16穿过前后2套耳块5112和销轴弹性挡圈17，锁定整个快拆连接结构63，安装阶段也即完成；
57.通过快拆连接结构63完成安装后的施力阶段具体为：旋钮拆卸螺母19将螺杆13向内部推入，带动螺杆连接内件14向里推进，同时造成楔形块内件15向外分离式滑移，随之接触施加压力给两侧的钢管混凝土主体结构74，使快拆连接结构63达到稳固连接两侧钢管混凝土的目的，大大提高整体的承载力与抗弯强度。
58.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：快拆连接结构63的拆卸阶段：在完成工程承载任务之后，对钢管混凝土主体结构74进行卸荷拆除，通过旋钮拆卸螺母19将螺杆13向外部拉出，带动螺杆连接内件14向外移动，同时造成楔形块内件15相对合拢滑移，施加在两侧钢管混凝土分段结构上的压力随之减少，当楔形块内件15与两侧钢管混凝土主体结构74之间出现缝隙的时候，即压力为0，卸荷完成；拆除穿过耳块5112的销轴16和销轴弹性挡圈17，将钢管混凝土主体结构74从两侧移出，之后沿导杆18将楔形块内件15滑移出外壳11，即完成整个拆卸阶段。
59.在上述技术方案中，装配式循环利用钢管混凝土临时仰拱满足公路工程中临时仰拱的强度要求，确保分段拼装的可行性，在使用之后可以人力拆卸，提高重复使用率，节省部分设备成本，并增加施工的安全性。
60.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列
运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。