一种隧道可折叠组合式钢拱架的制作方法

1.本实用新型属于隧道开挖支护施工技术领域，具体涉及一种隧道可折叠组合式钢拱架。


背景技术：

2.关于矿山法隧道工程采用钢拱架进行开挖后支护施工时，目前多采用多节钢拱架人工拼接，在作业过程中，通常需要人工肩扛拱架进行拼接板螺栓对接，对工人体力和安装平台要求较高；同时，工人直接暴露在钢拱架支撑下，工人时刻面临钢拱架脱落砸伤的风险，极易出现钢拱架脱落砸伤事故，施工人员安全风险较高。如果在隧道内采用机械化支护作业，也需要对单节钢架多次拼装，费时费力。如果对全断面钢架进行整体拼装，又面临钢架尺寸过大，道路运输困难的问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、操作方便、制作和使用维护成本低的隧道可折叠组合式钢拱架。
4.为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种隧道可折叠组合式钢拱架，包括拱顶钢架、铰接头和边墙钢架，铰接头和边墙钢架对称连接在拱顶钢架两侧的端部，铰接头的一端连接在拱顶钢架上，铰接头的另一端连接在边墙钢架上，边墙钢架通过铰接头转动连接在拱顶钢架上实现折叠。
5.进一步的，所述拱顶钢架的两端部设有接头板ⅰ，边墙钢架与拱顶钢架连接的一端设有接头板ⅱ，边墙钢架远离拱顶钢架的一端设有接头板ⅲ，接头板ⅰ、接头板ⅱ和接头板ⅲ上设有连接孔，铰接头的一端通过螺栓配合与拱顶钢架上的接头板ⅰ连接，铰接头的另一端通过螺栓配合与边墙钢架上的接头板ⅱ连接。
6.进一步的，所述铰接头包括铰接头内板和铰接头外板，铰接头内板连接在接头板ⅰ上，铰接头外板连接在接头板ⅱ上，铰接头内板通过螺栓与铰接头外板转动连接。
7.进一步的，所述铰接头内板为∏型结构，铰接头外板为u型结构，铰接头内板和铰接头外板的底板上均设有分别与接头板ⅰ和接头板ⅱ连接的拼接螺孔，铰接头内板和铰接头外板的侧壁上设有相对应的通孔，铰接头内板插接在铰接头外板中，螺栓穿过铰接头内板和铰接头外板侧壁上的通孔并通过螺母固定，铰接头内板与铰接头外板转动连接。
8.进一步的，所述铰接头外板的侧壁远离其底板的一端为圆弧结构，铰接头外板侧壁端部的圆弧结构与铰接头内板的底板接触。
9.进一步的，所述钢拱架还包括配套扣件，配套扣件安装在铰接头所在位置，配套扣件包裹铰接头，配套扣件位于接头板ⅰ和接头板ⅱ之间。
10.进一步的，所述钢拱架还包括加固钢筋，加固钢筋位于配套扣件的底部，加固钢筋焊接在接头板ⅱ上，配套扣件焊接在加固钢筋上。
11.进一步的，所述配套扣件包括扣件ⅰ和扣件ⅱ，扣件ⅰ的两侧部设有扣件耳板ⅰ，扣
件ⅱ的两侧部设有扣件耳板ⅱ，扣件耳板ⅰ和扣件耳板ⅱ上均设有用于连接的通孔，扣件ⅰ与扣件ⅱ扣合时，扣件耳板ⅰ与扣件耳板ⅱ重合，螺栓穿过扣件耳板ⅰ和扣件耳板ⅱ上的通孔将扣件ⅰ和扣件ⅱ连接在一起。
12.进一步的，所述扣件ⅰ和扣件ⅱ均为u型结构，扣件ⅰ和扣件ⅱ扣合后形成方形空腔，铰接头位于方形空腔中。
13.采用本实用新型技术方案的优点为：
14.1、本实用新型隧道可折叠组合式钢拱架，结构设计巧妙，制作和使用维护的成本低，通过铰接头及配套扣件，解决钢拱架的机械化拼装问题，同时，利用铰接头及配套扣件，可将隧道断面整体钢拱架拼接完成后折叠，便于道路运输，解决大型钢架的拼装和运输问题，所以将可折叠组合式钢拱架应用到矿山法隧道开挖支护施工中有其现实意义。
15.2、本实用新型具有较大的实用性和经济性。以某矿山法隧道采用高空作业车机械化支护为例，通过利用一种隧道可折叠组合式钢拱架进行隧道开挖后支护作业，在不需要大量施工人员仅需要2～3名作业人员的情况下，通过折叠组合式钢拱架和高空作业车即可快速完成钢拱架的架设施工，以较低的成本投入，便出色完成了隧道开挖后的支护任务，取得了良好的经济效益。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
17.图1为本实用新型可折叠组合式钢拱架结构示意图；
18.图2为本实用新型铰接头结构示意图；
19.图3为本实用新型配套扣件结构示意图；
20.图4为本实用新型可折叠组合式钢拱架安装示意图；
21.图5为本实用新型钢拱架使用时折叠示意图；
22.图6为本实用新型钢拱架半自动化架设示意图。
23.上述图中的标记分别为：1、拱顶钢架；2、铰接头；21、铰接头内板；22、铰接头外板；23、拼接螺孔；3、边墙钢架；41、接头板ⅰ；42、接头板ⅱ；43、接头板ⅲ；5、配套扣件；51、扣件ⅰ；52、扣件ⅱ；53、扣件耳板ⅰ；54、扣件耳板ⅱ；55、螺栓；6、高空作业车。
具体实施方式
24.在本实用新型中，需要理解的是，术语“长度”；“宽度”；“上”；“下”；“前”；“后”；“左”；“右”；“竖直”；“水平”；“顶”；“底”“内”；“外”；“顺时针”；“逆时针”；“轴向”；“平面方向”；“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位；以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.如图1至图6所示，一种隧道可折叠组合式钢拱架，包括拱顶钢架1、铰接头2和边墙钢架3，铰接头2和边墙钢架3对称连接在拱顶钢架1两侧的端部，铰接头2的一端连接在拱顶钢架1上，铰接头2的另一端连接在边墙钢架3上，边墙钢架3通过铰接头2转动连接在拱顶钢架1上实现折叠；可将隧道断面整体钢拱架拼接完成后折叠，便于道路运输，解决大型钢架的拼装和运输问题，所以将可折叠组合式钢拱架应用到矿山法隧道开挖支护施工中有其现
实意义。
26.拱顶钢架1的两端部设有接头板ⅰ41，边墙钢架3与拱顶钢架1连接的一端设有接头板ⅱ42，边墙钢架3远离拱顶钢架1的一端设有接头板ⅲ43，接头板ⅰ41、接头板ⅱ42和接头板ⅲ43上设有连接孔，铰接头2的一端通过螺栓配合与拱顶钢架1上的接头板ⅰ41连接，铰接头2的另一端通过螺栓配合与边墙钢架3上的接头板ⅱ42连接，接头板ⅲ43通过地脚螺栓与地基连接。
27.具体的，采用工字钢或h型钢制作成单节钢架，单节钢架长度和弯曲弧度根据隧道设计要求进行分节，钢拱架的两侧焊接接头板，接头板为正方形，机械开孔，与铰接头通过螺栓连接，所述可折叠组合式钢拱架彼此通过铰接头及连接。
28.铰接头2包括铰接头内板21和铰接头外板22，铰接头内板21连接在接头板ⅰ41上，铰接头外板22连接在接头板ⅱ42上，铰接头内板21通过螺栓与铰接头外板22转动连接。铰接头内板21为∏型结构，铰接头外板22为u型结构，铰接头内板21和铰接头外板22的底板上均设有分别与接头板ⅰ41和接头板ⅱ42连接的拼接螺孔23，铰接头内板21和铰接头外板22通过螺栓分别与接头板ⅰ41和接头板ⅱ42固定连接，铰接头内板21和铰接头外板22的侧壁上设有相对应的通孔24，铰接头内板21插接在铰接头外板22中，螺栓穿过铰接头内板21和铰接头外板22侧壁上的通孔并通过螺母固定，铰接头内板21与铰接头外板22转动连接，进而实现边墙钢架3与拱顶钢架1之间的折叠。
29.铰接头外板22的侧壁远离其底板的一端为圆弧结构，铰接头外板22侧壁端部的圆弧结构与铰接头内板21的底板接触，起到限位的作用，可防止铰接头内板21与铰接头外板22之间的窜动。
30.单节钢架彼此通过铰接头利用螺栓连接，运输过程中，利用铰接头对整体钢拱架下方钢架进行折叠，便于道路运输。
31.钢拱架还包括配套扣件5，配套扣件5安装在铰接头2所在位置，配套扣件5包裹铰接头2，配套扣件5位于接头板ⅰ41和接头板ⅱ42之间。配套扣件5是在将钢拱架放置到支护位置，边墙钢架3打开时才使用，其目的是防止边墙钢架3与拱顶钢架1之间转动，保证边墙钢架3对拱顶钢架1的支撑。
32.配套扣件5包括扣件ⅰ51和扣件ⅱ52，扣件ⅰ51的两侧部设有扣件耳板ⅰ53，扣件ⅱ52的两侧部设有扣件耳板ⅱ54，扣件耳板ⅰ53和扣件耳板ⅱ54上均设有用于连接的通孔，扣件ⅰ51与扣件ⅱ52扣合时，扣件耳板ⅰ53与扣件耳板ⅱ54重合，螺栓穿55过扣件耳板ⅰ53和扣件耳板ⅱ54上的通孔将扣件ⅰ51和扣件ⅱ52连接在一起。
33.扣件ⅰ51和扣件ⅱ52均为u型结构，扣件ⅰ51和扣件ⅱ52扣合后形成方形空腔，铰接头2位于方形空腔中。
34.钢拱架还包括加固钢筋，加固钢筋位于配套扣件5的底部，加固钢筋焊接在接头板ⅱ42上，配套扣件5焊接在加固钢筋上，一方面起到加固的作用，另一方面可防止配套扣件5下滑。
35.可折叠组合式钢拱架铰接头内通过内六角螺栓连接，铰接头位置利用配套扣件加固，扣件为钢板制成，两侧通过两颗螺栓固定，所述螺栓也是可拆卸和连接的，螺栓之间均安装垫片，螺栓穿过连接板后通过螺母紧密固定。
36.采用常规高空作业车6将整体钢拱架托举到支护位置，作业人员利用开挖作业台
架打开下方折叠钢架即边墙钢架3，采用螺栓对接头板和铰接头进行固定，铰接头内六角螺栓拧紧后，对铰接头活动位置进行焊接固定，使用配套扣件进行铰接头位置固定。
37.当拱顶钢架和边墙钢架通过铰接头张开完成支护钢架立架时，首先将铰接头内六角螺栓拧紧，然后对铰接头活动位置进行焊接固定，最后在铰接头所在位置安装配套扣件包裹铰接头，通过扣件耳板螺栓进行固定，配套扣件下方焊接一节钢筋，防止配套扣件向下滑脱。
38.该可折叠组合式钢拱架在工厂装配完成，以折叠的形式运输到施工现场。运至掌子面时，利用高空作业车完成可折叠组合式钢拱架的抬起和自动打开。当可折叠组合式钢拱架准确定位后，人工定位拱脚。钢拱架之间的铰接头和配套扣件提前在工厂加工完成，在隧道掌子面旁一次拼装到位。
39.钢拱架安装到位后，支护作业人员对铰接头内六角螺栓拧紧后，对铰接头活动位置进行焊接固定，最后利用配套扣件螺栓进行铰接头所在位置的外侧紧扣包裹，配套扣件下方焊接一节钢筋，防止配套扣件向下滑脱。
40.本实用新型隧道可折叠组合式钢拱架，结构设计巧妙，制作和使用维护的成本低，通过铰接头及配套扣件，解决钢拱架的机械化拼装问题，同时，利用铰接头及配套扣件，可将隧道断面整体钢拱架拼接完成后折叠，便于道路运输，解决大型钢架的拼装和运输问题，所以将可折叠组合式钢拱架应用到矿山法隧道开挖支护施工中有其现实意义。
41.本实用新型拼接组合式结构均采用钢构，力学特性稳固；通过铰接头及配套扣件，施工人员可完成多节钢架整体拼装或折叠，施工人员利用常规高空作业车即可把拱顶和边墙钢拱架固定在一起，实现隧道开挖后安全快速支护的目的。
42.本实用新型具有较大的实用性和经济性。以某矿山法隧道采用高空作业车机械化支护为例，通过利用一种隧道可折叠组合式钢拱架进行隧道开挖后支护作业，在不需要大量施工人员仅需要2～3名作业人员的情况下，通过折叠组合式钢拱架和高空作业车即可快速完成钢拱架的架设施工，以较低的成本投入，便出色完成了隧道开挖后的支护任务，取得了良好的经济效益。
43.以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。