隧道初支系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体地说，是涉及一种隧道初支系统。


背景技术：

2.参见图1至图4所示，在隧道工程施工中，传统的隧道支护结构总体上分为初期支护101、二次衬砌102以及中间夹的防排水层103，且多数的初期支护101主要采用钢拱架1011全环设置形式，钢拱架1011环向分节段设置并通过连接板与螺栓连接固定，而钢拱架1011纵向连接设计基本采用纵向连接钢筋1013搭接焊接设置，普遍的纵向连接筋1013环向设置的参数为：直径φ为22mm的螺纹钢、环向间距d为1m，搭接长度为单面焊接焊缝按照规范要求现场焊制。
3.但是在施工现场，现目前由于隧道施工中光面爆破管理及控制技术逐渐提升，整体隧道开挖后钢拱架1011按照设计尺寸、测量放样点安装后，其钢拱架1011背后与开挖围岩100之间的空间104狭小，需要将纵向连接筋1013放入背后并进行人工操作焊接钢拱架1011背后的搭接部位，施工难度大，必然造成连接筋1013搭接焊接部位1015、连接筋1013与钢拱架1011背后的肋板1014焊接部位，这两个部位的质量存在问题，进而导致初期支护钢拱架1011安装的整体结构与后期受力等方面存在质量安全隐患，最终影响隧道整体双层复合型支护体系的受力结构，直接影响后期铁路运营阶段安全，故必须从施工源头进行钢拱架1011纵向连接的质量控制，彻底解决该问题。另外，将相邻两条纵向连接钢筋的环向间距d控制在1米，在现场操作时的精度偏差大，导致钢拱架1011之间不能有效形成循环搭接。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种隧道初支系统，该隧道初支系统彻底解决了现有的钢拱架的纵向连接质量难以控制而出现质量安全的问题，最终确保隧道整体受力结构可靠牢固且满足设计要求。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种隧道初支系统，包括多个钢拱架和多个连接装置，多个钢拱架沿第一方向依次间隔布置，相邻两个钢拱架通过连接装置固定连接，多个连接装置沿着钢拱架的环向间隔布置，每个连接装置包括多个第一连接组件和多个第二连接组件，第一连接组件和第二连接组件沿着第一方向依次交替布置。第一连接组件包括第一连接杆和两个第一固定套管；两个第一固定套管分别设置在相邻的两个钢拱架上并沿着第一方向相对设置，第一连接杆沿着第一方向延伸，第一连接杆的两端分别穿设在两个第一固定套管内；第二连接组件包括第二连接杆和两个第二固定套管；两个第二固定套管分别设置在相邻的两个钢拱架上并沿着第一方向相对设置，第二连接杆沿着第一方向延伸，第二连接杆的两端分别穿设在第二固定套管内；第一连接杆和第二连接杆两者中至少一个包括中空的连接管，连接管内灌注有填充材料。
6.由上述方案可见，通过预先在钢拱架上设置第一固定套管和第二固定套管，安装第一连接杆和第二连接杆时，只需要沿着第一方向穿设进对应的第一固定套管或第二固定
套管后固定即可，无需在钢拱架的背后进行搭接，操作容易且质量能够得到有效保证，同时加强纵向连接钢拱架的整体受力结构，最终使得钢拱架形成一个纵向、环向的牢固、可靠的受力钢结构体系，以保证隧道初期支护的整体强度加强并满足设计的承载能力系统。
7.另外，本实用新型通过由固定套管和连接杆组合形成的连接组件对钢拱架进行纵向连接代替了传统的纵向连接筋，并通过错位搭接缝的布设方式解决了传统方式中的纵向连接筋及其与钢拱架现场焊接连接的质量缺陷问题，同时由于能够采用工厂化加工制作，将第一固定套管和第二固定套管预先焊接固定在钢拱架上，在施工现场只需要穿设连接杆并焊接固定即可，这样，整体固定套管的焊接质量、加工长度等都有了质量保障，且在加强钢拱架纵向连接的同时，也在一定程度上控制了钢拱架纵向间距和环向连接间距的布设，使其安装固定及尺寸控制水平有了很大的提升。该方案及其使用方法简单快捷、现场工人操作方便、整体钢拱架安装快速牢固，可彻底解决传统纵向连接筋的安装和焊接加固难问题，大大保证了隧道初期支护的受力体系，现场实施效果极其显著。
8.此外，通过在连接管内灌注填充材料，从而大幅提高了连接杆的强度和抗变形能力，同时相比于实心的杆材能够大幅降低成本。
9.一个优选的方案是，填充材料为混凝土或砂浆。
10.进一步的方案是，混凝土为c20砼。
11.一个优选的方案是，第一连接杆的端部设置有第一搭接头，第一搭接头与相邻的第二连接杆固定连接；第二连接杆的端部设置有第二搭接头，第二搭接头与相邻的第一连接杆固定连接。
12.由此可见，第一搭接头和第二搭接头均从钢拱架的背后伸出并延伸至两个钢拱架之间的位置，更有利于现场工人进行焊接操作，也能进一步提高焊接固定的可靠性。
13.进一步的方案是，第一搭接头位于第一连接杆的第一端，第二搭接头与第一连接杆的第二端连接；第二搭接头位于第二连接杆的第一端，第一搭接头与第二连接杆的第二端连接。
14.由此可见，这样在保证连接稳定性的同时，能够尽量地减少使用材料，从而降低成本。
15.一个优选的方案是，每个连接装置中，相邻的第一固定套管和第二固定套管沿着钢拱架的环向布置并通过焊接的方式固定连接。
16.由此可见，相邻两个第一固定套管和第二固定套管并列布置并焊接固定，这样能够进一步提高每个固定套管与钢拱架连接的稳定性，从而保证整体结构的稳定性。
17.一个优选的方案是，多个第一连接组件共轴线并沿着第一方向间隔布置，多个第二连接组件共轴线并沿着第一方向间隔布置。
18.由此可见，能够保证连接装置在钢拱架上均匀地设置，更好地控制连接装置的布置间距，从而提高钢拱架结构整体的稳定性。
19.一个优选的方案是，连接装置在钢拱架上的环向间距大于或等于1米。
附图说明
20.图1是现有的隧道初支系统的整体结构示意图。
21.图2是现有的隧道初支系统中钢拱架和围岩的位置关系图。
22.图3是现有的隧道初支系统中钢拱架和纵向连接筋的连接结构的俯视图。
23.图4是现有的隧道初支系统中钢拱架和纵向连接筋的连接结构的左视图。
24.图5是本实用新型隧道初支系统实施例中在完成第一次循环初支喷砼并在第二循环区域中安装钢拱架后的左视图。
25.图6是本实用新型隧道初支系统实施例中钢拱架和连接装置的主视图和连接装置的局部放大图。
26.图7是本实用新型隧道初支系统实施例中完成第一次循环初支喷砼并在第二循环区域中安装钢拱架后的俯视图和固定套管的局部放大图。
27.图8是本实用新型隧道初支系统实施例在第二循环区域中安装连接杆后的俯视图。
28.图9是本实用新型隧道初支系统实施例在第二循环区域安装连接杆后的左视图以及搭接头与连接杆固定位置的局部放大图。
29.图10是本实用新型隧道初支系统实施例第二次循环初支喷砼后的俯视图。
30.图11是本实用新型隧道初支系统实施例第二次循环初支喷砼后的左视图。
31.图12是本实用新型隧道初支系统实施例在第三循环区域安装钢拱架后的俯视图。
32.图13是本实用新型隧道初支系统实施例在第三循环区域安装钢拱架后的左视图。
33.图14是本实用新型隧道初支系统实施例在第三循环区域中安装连接杆后的俯视图。
34.图15是本实用新型隧道初支系统实施例在第三循环区域中安装连接杆后的左视图。
35.图16是本实用新型隧道初支系统实施例第三次循环初支喷砼后的俯视图。
36.图17是本实用新型隧道初支系统实施例第三次循环初支喷砼后的左视图。
37.以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
38.参见图5至图8，本实施例的隧道初支系统包括多个钢拱架1和多个连接装置2，多个钢拱架1沿隧道纵向(即第一方向)依次间隔布置，相邻两个钢拱架1通过连接装置2固定连接，多个连接装置2沿着钢拱架1的环向间隔布置，且环向间距d大于或等于1米。
39.每个钢拱架1均包括连接板11和两个肋板12，两个肋板12分别设置在连接板11相对的两侧，连接板11的两侧边分别连接在对应的肋板12的中部,连接装置2均固定在钢拱架1朝向围岩一侧的肋板12上。
40.每个连接装置2包括多个第一连接组件3和多个第二连接组件4，第一连接组件3包括第一连接杆31和两个第一固定套管32。两个第一固定套管32分别焊接固定在相邻的两个钢拱架1上并沿着第一方向相对且共轴线设置，第一连接杆31沿着第一方向延伸，第一连接杆31的两端分别穿设在两个第一固定套管32内。
41.第二连接组件4包括第二连接杆41和两个第二固定套管42。两个第二固定套管42分别设置在相邻的两个钢拱架1上并沿着第一方向相对且共轴线设置，第二连接杆41沿着第一方向延伸，第二连接杆41的两端分别穿设在第二固定套管42内。多个第一连接组件3共轴线并沿着第一方向间隔布置，多个第二连接组件4共轴线并沿着第一方向间隔布置，并且
第一连接组件3和第二连接组件4沿着第一方向依次交替布置。另外，在第一方向上相邻的第一连接组件3和第二连接组件4在钢拱架1的环向上错位布置，错位布置指沿着相邻的第一连接组件3和第二连接组件4在环向上错开使其在环向上的投影不重合。
42.如图6所示，每个连接装置2中，相邻的第一固定套管32和第二固定套管42沿着钢拱架1的环向布置并通过焊接的方式固定连接在一起。第一连接杆31和第二连接杆41均为包括中空的连接管，且连接管内灌注有c20砼。在其他实施例中，连接管内也可以灌注其他强度的混凝土或者高强度的砂浆等填充材料。
43.如图15所示，第一连接杆31的端部设置有第一搭接头311，第一搭接头311穿过对应的第一固定套管32后与相邻的第二连接杆41焊接固定。第二连接杆41的端部设置有第二搭接头411，第二搭接头411穿过对应的第二固定套管42后与相邻的第一连接杆31焊接固定。第一搭接头311位于第一连接杆31的第一端，第二搭接头411与第一连接杆31的第二端连接。第二搭接头411位于第二连接杆41的第一端，第一搭接头311与第二连接杆41的第二端连接。
44.第一连接组件3还包括五个第一焊接箍圈33，其中，四个第一焊接箍圈33均套设在第一连接杆31的第一端，位于第一连接杆31的第一端的第一固定套管32的两端分别设置两个第一焊接箍圈33；其中，另外一个第一焊接箍圈33套设在第一连接杆31的第二端，并位于第一连接杆31的第二端的第一固定套管32靠近第二搭接头411的一端。第二连接组件4还包括五个第二焊接箍圈43，其中，四个第二焊接箍圈43均套设在第二连接杆41的第一端，位于第二连接杆41的第一端的第二固定套管42的两端分别设置两个第二焊接箍圈43；其中，另外一个第二焊接箍圈43套设在第二连接杆41的第二端，并位于第二连接杆41的第二端的第二固定套管42靠近第一搭接头311的一端。焊接箍圈的设置加强了焊接结构的稳定性。
45.以下对隧道初支系统的施工方法进行详细描述，施工方法包括如下步骤：
46.首先，在隧道开挖初喷混凝土后，随即进行隧道环向钢拱架1的安装，环向钢拱架1整体采用分节段形式设置，在安装过程中可由下而上，先安装两侧边墙、再安装拱顶。并且首先要准备好外壁设置有第一固定套管32和第二固定套管42的钢拱架1，多个第一固定套管32沿着钢拱架1的周向间隔布置，多个第二固定套管42沿着钢拱架1的周向间隔布置，第一固定套管32与第二固定套管42一一对应且平行设置，相邻的第一固定套管32与第二固定套管42固定连接。还要准备好多个内部灌注有填充材料的连接管，作为第一连接杆31和第二连接杆32。
47.接着，参见图5至图7，先在第一循环区域5中安装钢拱架1。
48.然后，将多个第一连接杆31插接在对应的第一固定套管32内，第一连接杆31的第一搭接头311伸入第二循环区域6内。
49.接着，在第一循环区域5中进行第一次循环初支喷砼。
50.接着，在第二循环区域6中安装钢拱架1，该钢拱架1沿着第一方向与第一循环区域5中安装的钢拱架1间隔预设距离设置。
51.然后，参见图8和图9，沿着第一方向将多个第二连接杆41插接到对应的第二固定套管42内，第二连接杆41的第二搭接头411伸入第三循环区域7内。
52.接着，将第一循环区域5中的第一连接杆31的第一搭接头311与第二循环区域6中对应的第二连接杆41焊接固定，由于焊接位置位于第一循环区域5的钢拱架1与第二循环区
域6中的钢拱架1之间，因此工人能够更容易操作，同时也能够保证焊接质量。
53.接着，参见图10和图11，进行第二次循环初支喷砼。
54.接着，参见图12和图13，在第三循环区域7安装钢拱架1，该钢拱架1沿着第一方向与第二循环区域6中安装的钢拱架1间隔预设距离设置。
55.然后，参见图14和图15，沿着第一方向将多个第一连接杆31插接到对应的第一固定套管32内。
56.接着，将伸入第三循环区域7中的第二连接杆41的第二搭接头411与第三循环区域7中对应的第一连接杆31焊接固定。
57.接着，参见图16和图17，进行第三次循环初支喷砼。
58.接着，按上述步骤依次循环安装钢拱架1和连接装置2，直至安装完成。
59.最后，两侧边墙钢拱架1纵向安装及定位完毕后，再统一进行拱顶钢拱架1的安装，纵向连接参照边墙操作。最后，使得钢拱架1形成一个纵向、环向的牢固、可靠的受力钢结构体系。
60.由上可见，通过预先在钢拱架上设置第一固定套管和第二固定套管，安装第一连接杆和第二连接杆时，只需要沿着第一方向穿设进对应的第一固定套管或第二固定套管后固定即可，无需在钢拱架的背后进行搭接，操作容易且质量能够得到有效保证，同时加强纵向连接钢拱架的整体受力结构，最终使得钢拱架形成一个纵向、环向的牢固、可靠的受力钢结构体系，以保证隧道初期支护的整体强度加强并满足设计的承载能力系统。
61.另外，本实用新型通过由固定套管和连接杆组合形成的连接组件对钢拱架进行纵向连接代替了传统的纵向连接筋，并通过错位搭接缝的布设方式解决了传统方式中的纵向连接筋及其与钢拱架现场焊接连接的质量缺陷问题，同时由于能够采用工厂化加工制作，将第一固定套管和第二固定套管预先焊接固定在钢拱架上，在施工现场只需要穿设连接杆并焊接固定即可，这样，整体固定套管的焊接质量、加工长度等都有了质量保障，且在加强钢拱架纵向连接的同时，也在一定程度上控制了钢拱架纵向间距和环向连接间距的布设，使其安装固定及尺寸控制水平有了很大的提升。该方案及其使用方法简单快捷、现场工人操作方便、整体钢拱架安装快速牢固，可彻底解决传统纵向连接筋的安装和焊接加固难问题，大大保证了隧道初期支护的受力体系，现场实施效果极其显著。
62.此外，第一连接杆和第二连接杆两者中也可以仅其中一个为灌注有填充材料的空心连接管，另一个为实心杆如钢筋，或者空心管，或者两个均为实心杆。连接装置的数量以及每个连接装置中第一连接组件和第二连接组件的数量均可以根据需要进行改变。上述改变也能实现本实用新型的目的。
63.最后需要强调的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。