拼装快速且能自动卡接的铰接式隧道整体初支钢拱架的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种拼装快速且能自动卡接的铰接式隧道整体初支钢拱架。


背景技术：

2.隧道工程施工中，隧道施工支护必须配合开挖经行，以减少围岩松动，防止坍方落石，在ⅳ、
ⅴ
类围岩施工中，多采用拱架配合锚喷支护的初期支护方案，特殊情况下还会增加其他辅助措施。
3.在隧道传统施工中，隧道初支拱架一般由多个分段拱架在现场施工中拼装而成，各分段拱架先单独从隧道外运送至隧道内，再通过拱架台车与人工配合在设计拱顶位置进行一一拼装。但在该施工中，若拱架分段过多，将会增加拼装的次数，从而增加工作量；若拱架分段过少，各分段拱架构架长重量大，在拼装时对齐困难，操作难度大。总之，该拱架组装工作繁重，浪费大量的人工工作，组装效率慢，且隧道开挖掌子面在未架设拱架支撑前多处于不稳定状态，拱顶及掌子面易发生坍塌、拱顶塌落碎石土等现象，安装时间越长，发生安全隐患的机率就越高。所以本领域的技术人员发明了一种铰接式隧道初支钢拱架，该拱架由若干节分钢架首尾铰接组成。现场安装时，先通过举升台车将整个拱架举升至设计拱顶位置，再将各分钢架展开相互固定，最后将拱架整体固定在隧道墙上。当相邻两节分钢架的铰接端位于外侧时，无法实现向内收折，整体占用空间大，不便于运输；当相邻两节分钢架的铰接端位于内侧时，由于各分钢架重力作用，相邻两节分钢架之间会出现夹角，不能贴合，需要借助举升台车的机械臂将两分钢架对接在一起，直至两分钢架紧固完成后才能撤离；该安装过程耗时耗力，不利于整个拱架的快速拼装。而且，当相邻两节分钢架的铰接端位于内侧时，在展开过程中由于拱架上方的各相邻分钢架还未紧密固定在一起，又或者是地面上设置有凸出的仰拱，最下方分钢架由折叠状态翻转打开时往往会被地面抵挡。通常的解决方法是在地面上开挖出供最下方分钢架通过的凹槽，但该方法也费时费力。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种拼装快速且能自动卡接的铰接式隧道整体初支钢拱架，该拱架最下方的分钢架相对地面的高度可调，现场安装时最下方分钢架可先抬高高度再进行翻转，以解决最下方分钢架由于空间受限无法顺利翻转到位的问题，且相邻的两分钢架贴合后能自动卡接在一起，起到预定位防脱的作用，为后面固定结构的安装创造有利条件，以降低拱架的拼装难度，加快拱架的拼装速度。
5.为了实现上述目的，本实用新型提出了一种拼装快速且能自动卡接的铰接式隧道整体初支钢拱架，包括拱架本体，所述拱架本体由若干节弧形分钢架首尾铰接组成，且各铰接轴均位于拱架本体的内侧，从中间到两侧各分钢架的长度逐渐减小，下一节分钢架能折叠收缩到上一节分钢架的内侧端，两侧的所有分钢架最终能整体折叠收缩到最中间的分钢架的内侧端，在各铰接点处设置有可拆卸的紧固结构，各分钢架伸展形成整体式拱架后能
分别通过紧固结构紧固在一起，所有分钢架的两端均设有连接脚板，相邻两分钢架通过在对应的连接脚板的内侧端设置铰接结构实现铰接，相邻两连接脚板能通过旋转贴合在一起；
6.最下方的相邻两连接脚板由上连接脚板和下连接脚板组成，所述下连接脚板的内侧端设有第一连接部，所述上连接脚板的内侧端设有第二连接部，所述第一连接部与第二连接部上均设有铰接孔，所述铰接轴水平穿过第一连接部和第二连接部的铰接孔将上连接脚板和下连接脚板铰接在一起，且所述上连接脚板和下连接脚板均能沿铰接轴的轴向滑动，从而使上连接脚板和下连接脚板能在铰接轴上形成错位，所述第二连接部的铰接孔与铰接轴匹配，所述第一连接部的铰接孔与铰接轴之间设有在上下方向的间隙，所述铰接轴的两端设有用于防止第一连接部和第二连接部脱落的限位柱，当上连接脚板和下连接脚板错位时，所述第一连接部通过该间隙能相对铰接轴向上平移，从而带动下连接脚板相对上连接脚板向上平移，进而抬高最下方分钢架相对地面的高度，使最下方分钢架顺利翻转到位；
7.相邻两连接脚板之间均设置有卡接结构，当相邻的两连接脚板通过旋转贴合时，所述卡接结构能将相邻两连接脚板自动固定在一起，实现相邻两连接脚板的预定位防脱。
8.上述方案中：所述卡接结构包括弹簧、受压钢条和弧形钩，所述受压钢条位于相邻的两连接脚板之间，受压钢条的外端与其中一个连接脚板的外端铰接，且该连接脚板的贴合面上设有沉孔，所述弹簧的一端固定在沉孔中，弹簧的另一端固定在受压钢条的内端上，另一个连接脚板的贴合面上设有供受压钢条嵌入的条形槽，所述弧形钩焊接在受压钢条的最外端，当相邻的两连接脚板通过旋转贴合时，所述弹簧受压压缩在沉孔中，所述受压钢条受压绕转轴转动且嵌入在条形槽中，受压钢条转动时能带动弧形钩转动，使弧形钩勾挂在带条形槽的连接脚板上，从而实现相邻两连接脚板的预定位防脱。相邻两连接脚板上分别设置有沉孔和条形槽，当相邻两连接脚板对接时，弹簧受压能压缩在沉孔中，受压钢条能嵌入在条形槽中，从而使相邻两连接脚板能完全贴合在一起，以保证各分钢架的拼装效果，防止各分钢架连接不紧密导致钢拱架的支护效果不达标。
9.上述方案中：所述卡接结构包括锥形卡头和卡孔，相邻两连接脚板的其中一个连接脚板的贴合面上设有锥形卡头，另一个连接脚板的贴合面上设有卡孔，当相邻的两连接脚板通过旋转贴合时，锥形卡头能自动卡入卡孔中实现相邻两连接脚板的预定位防脱。该卡接结构简单，设计和制造成本低，但卡接效果好，且操作容易，只需要通过举升台车的机械臂推动相邻两连接脚板中下方的连接脚板，使其与上方的连接脚板贴合在一起，锥形卡头就能自动穿过卡孔实现固定。
10.上述方案中：带条形槽的连接脚板的贴合面为正面，在其背面上设置有限位孔，所述弧形钩绕转轴转动后能勾挂在限位孔中。若限位孔，弧形钩对连接脚板卡接固定的稳定性较差，上述设置能保证弧形钩将对应的连接脚板牢牢地勾住，防止弧形钩脱落造成相邻两连接脚板突然分离，从而发生安全事故。
11.上述方案中：所述连接脚板和锥形卡头均为金属材料，所述锥形卡头焊接在对应的连接脚板上，所述卡孔中固定有弹性橡胶圈，所述锥形卡头穿过弹性橡胶圈后卡在对应的卡孔中。弹性橡胶圈具有弹性，金属的锥形卡头容易穿过。
12.上述方案中：还包括两“u”型托架，当钢拱架处于收折状态时，两“u”型托架分别支
撑在靠近最中间的两分钢架上，所述“u”型托架的上端向上延伸至最中间的分钢架的上方，从而将最中间的分钢架夹住。将从运输车卸下的钢拱架通过“u”型托架支撑在施工现场的地面上，以方便举升台车的机械臂抓举，将其举升至设计拱顶位置；“u”型托架的上端为带有“u”型开口的夹持端，夹持端由靠近中间的分钢架向上延伸至最中间的分钢架的上方，从而将整个钢拱架夹住，有利于防止钢拱架在“u”型托架上放置不稳、左右晃动。
13.上述方案中：所述第二连接部为与铰接轴匹配的套筒，所述第一连接部为横截面呈椭圆状或扁状的套筒。横截面呈椭圆状或扁状的套筒易于实现与铰接轴2之间留有上下方向的间隙。
14.上述方案中：所述紧固结构包括螺栓、螺母和连接脚板，相邻的两连接脚板能通过旋转实现贴合，贴合时各分钢架伸展形成整体式拱架，在相邻两连接脚板上对应设置有安装孔，通过在安装孔中设置螺栓并配合螺母锁紧能将两连接脚板紧固在一起。该紧固结构简单、操作方便，且与铰接结构共用连接脚板，设计巧妙、成本低。
15.本实用新型的有益效果是：
16.1、上连接脚板和下连接脚板在内侧端铰接在一起，且上连接脚板和下连接脚板均能沿铰接轴的轴向滑动；拱架现场安装时，下连接脚板先滑动到上连接脚板的侧方，使上连接脚板和下连接脚板在铰接轴上形成错位；由于第一连接部与铰接轴之间存在上下方向的间隙，错位时下连接脚板相对地面的高度可调，即最下方分钢架的高度可调，最下方分钢架先抬高高度再进行翻转，从而解决了最下方分钢架由于空间受限无法顺利翻转到位的问题，翻转到位后下连接脚板再滑动到上连接脚板的下方，进行两连接脚板的拼接固定；且最下方分钢架为长度最短的分钢架，其重量也最轻，通过举升台车的机械臂易于实现最下方分钢架的位置调节。
17.2、相对于传统的铰接式隧道初支钢拱架，本拱架安装时无需在地面上开槽，有利于加快安装速度，降低安装成本。
18.3、现场安装时，举升台车的机械臂推动各分钢架展开形成整体式拱架，展开后的相邻两分钢架能通过卡接结构自动固定在一起，起到预定位防脱的作用，为后面紧固结构的安装创造了有利条件，通过吊篮可快速进行紧固结构的安装，有效降低了拱架的拼装难度，加快了拱架的拼装速度。
19.4、举升台车的机械臂将各分钢架推动到位后即可撤离，不需要等到紧固结构安装完成后才撤离。
附图说明
20.图1是本实用新型收折时的示意图。
21.图2是本实用新型展开时的示意图。
22.图3是本实用新型在举升台车的配合下进行安装的示意图。
23.图4是上连接脚板与下连接脚板错位时的示意图。
24.图5是上连接脚板与下连接脚板贴合时的示意图。
25.图6是卡接结构未将相邻两连接脚板预固定时的剖视图。
26.图7是卡接结构将相邻两连接脚板预固定时的剖视图。
27.图8是另一种结构形式的卡接结构未将相邻两连接脚板预固定时的剖视图。
28.图9是另一种结构形式的卡接结构将相邻两连接脚板预固定时的剖视图。
29.图10是本实用新型收折时支撑在“u”型托架上的示意图。
30.图11是“u”型托架的示意图。
31.图12是紧固结构的示意图。
具体实施方式
32.如图1—12所示，一种拼装快速且能自动卡接的铰接式隧道整体初支钢拱架，包括拱架本体a。
33.拱架本体a由若干节弧形分钢架1首尾铰接组成，且各铰接轴2均位于拱架本体a的内侧，从中间到两侧各分钢架1的长度逐渐减小，下一节分钢架1能折叠收缩到上一节分钢架1的内侧端，两侧的所有分钢架1最终能整体折叠收缩到最中间的分钢架1的内侧端。在各铰接点处设置有可拆卸的紧固结构b，各分钢架1伸展形成整体式拱架后能分别通过紧固结构b紧固在一起。所有分钢架1的两端均设有连接脚板8，相邻两分钢架1通过在对应的连接脚板8的内侧端设置铰接结构实现铰接，相邻两连接脚板8能通过旋转贴合在一起。
34.最下方的相邻两连接脚板8由上连接脚板5和下连接脚板3组成，下连接脚板3 的内侧端设有第一连接部4，上连接脚板5的内侧端设有第二连接部6。第一连接部 4与第二连接部6上均设有铰接孔，铰接轴2水平穿过第一连接部4和第二连接部6 的铰接孔将上连接脚板5和下连接脚板3铰接在一起，且上连接脚板5和下连接脚板3均能沿铰接轴2的轴向滑动，从而使上连接脚板5和下连接脚板3能在铰接轴2 上形成错位。第二连接部6的铰接孔与铰接轴2匹配，第一连接部4的铰接孔与铰接轴2之间设有在上下方向的间隙。第二连接部6为与铰接轴2匹配的套筒，第一连接部4为横截面呈椭圆状或扁状的套筒，横截面呈椭圆状或扁状的套筒易于实现与铰接轴2之间留有上下方向的间隙。铰接轴2的两端设有用于防止第一连接部4 和第二连接部6脱落的限位柱7。当上连接脚板5和下连接脚板3错位时，第一连接部4通过该间隙能相对铰接轴2向上平移，从而带动下连接脚板3相对上连接脚板5 向上平移，进而抬高最下方分钢架1相对地面的高度，使最下方分钢架1顺利翻转到位。
35.相邻两连接脚板8之间均设置有卡接结构，当相邻的两连接脚板8通过旋转贴合时，卡接结构能将相邻两连接脚板8自动固定在一起，实现相邻两连接脚板8的预定位防脱。
36.卡接结构有两种结构形式，一种结构形式为：卡接结构包括弹簧11、受压钢条 12和弧形钩13。受压钢条12位于相邻的两连接脚板8之间，受压钢条12的外端与其中一个连接脚板8的外端铰接，且该连接脚板8的贴合面上设有沉孔14，弹簧11 的一端固定在沉孔14中，弹簧11的另一端固定在受压钢条12的内端上；另一个连接脚板8的贴合面上设有供受压钢条12嵌入的条形槽15，弧形钩13焊接在受压钢条12的最外端。当相邻的两连接脚板8通过旋转贴合时，弹簧11受压压缩在沉孔 14中，受压钢条12受压绕转轴16转动且嵌入在条形槽15中，受压钢条12转动时能带动弧形钩13转动，使弧形钩13勾挂在带条形槽15的连接脚板8上，从而实现相邻两连接脚板8的预定位防脱。相邻两连接脚板8上分别设置有沉孔14和条形槽 15，当相邻两连接脚板8对接时，弹簧11受压能压缩在沉孔14中，受压钢条12能嵌入在条形槽15中，从而使相邻两连接脚板8能完全贴合在一起，以保证各分钢架 1的拼装效果，防止各分钢架1连接不紧密导致钢拱架的支护效果不达标。
37.带条形槽15的连接脚板8的贴合面为正面，在其背面上设置有限位孔19，弧形钩13
绕转轴16转动后能勾挂在限位孔19中。若限位孔19，弧形钩13对连接脚板8卡接固定的稳定性较差，上述设置能保证弧形钩13将对应的连接脚板8牢牢地勾住，防止弧形钩13脱落造成相邻两连接脚板8突然分离，从而发生安全事故。
38.另一种结构形式为：卡接结构包括锥形卡头17和卡孔18。相邻两连接脚板8的其中一个连接脚板8的贴合面上设有锥形卡头17，另一个连接脚板8的贴合面上设有卡孔18。当相邻的两连接脚板8通过旋转贴合时，锥形卡头17能自动卡入卡孔 18中实现相邻两连接脚板8的预定位防脱。
39.该卡接结构简单，设计和制造成本低，但卡接效果好，且操作容易，只需要通过举升台车的机械臂推动相邻两连接脚板8中下方的连接脚板8，使其与上方的连接脚板 8贴合在一起，锥形卡头17就能自动穿过卡孔18实现固定。
40.连接脚板8和锥形卡头17均为金属材料，锥形卡头17焊接在对应的连接脚板8 上，卡孔18中固定有弹性橡胶圈20，锥形卡头17穿过弹性橡胶圈20后卡在对应的卡孔18中。弹性橡胶圈20具有弹性，金属的锥形卡头17容易穿过。
41.该钢拱架还配备有两“u”型托架21，当钢拱架处于收折状态时，两“u”型托架21分别支撑在靠近最中间的两分钢架1上，“u”型托架21的上端向上延伸至最中间的分钢架1的上方，从而将最中间的分钢架1夹住。将从运输车卸下的钢拱架通过“u”型托架21支撑在施工现场的地面上，以方便举升台车的机械臂抓举，将其举升至设计拱顶位置；“u”型托架21的上端为带有“u”型开口的夹持端，夹持端由靠近中间的分钢架1向上延伸至最中间的分钢架1的上方，从而将整个钢拱架夹住，有利于防止钢拱架在“u”型托架21上放置不稳、左右晃动。
42.紧固结构b包括螺栓9、螺母10和连接脚板8，相邻的两连接脚板8能通过旋转实现贴合，贴合时各分钢架1伸展形成整体式拱架，在相邻两连接脚板8上对应设置有安装孔，通过在安装孔中设置螺栓9并配合螺母10锁紧能将两连接脚板8紧固在一起。该紧固结构b简单、操作方便，且与铰接结构共用连接脚板8，设计巧妙、成本低。