一种隧道拱架结构及机械化施工方法与流程

本发明涉及隧道与地下工程，具体为一种隧道拱架结构及机械化施工方法。

背景技术：

1、在隧道初期支护施工中，拱架的构造形式简单、整体受力良好，协调变形能力强，施工便捷并具备一定的经济性，在我国有着广泛的应用，拱架通常与喷射混凝土联合工作，能够对破碎围岩进行及时支护，协调围岩实现平衡稳定，保障隧道施工作业安全，既是临时支撑，也是永久结构的重要组成。

2、拱架与喷射混凝土结合程度非常重要，是二者协同工作的基础，也是结构耐久性的重要保障。我国常采用钢拱架和格栅拱架，钢拱架的不足之处为：与喷混凝土结合程度差，其背后易存在不密实区域，易发生开裂、锈蚀以及渗漏水等病害；格栅拱架与喷混凝土结合程度虽有一定改善，但自身整体刚度低，早期支护能力有限，此外，四肢格栅拱架采用八字结连接主筋，拱架内部通透性欠佳，喷混凝土仍难以充填密实，结合性较差，导致地下水沿缺陷或不密实处形成渗流，因此也存在一定的耐久性问题。

3、在隧道初期支护施工中拱架需满足三个性能，快速简易的安装性能，提供早期刚度的支护性以及与易被喷混凝土填充密实的联合工作性，以此保障初期支护的可靠性和耐久性，因此，急需同时具备上述性能的高性能拱架及机械化快速施工技术。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种隧道拱架结构及机械化施工方法，解决了上述问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种隧道拱架结构，包括三肢格栅主筋、n型连接筋以及ω型连接筋，所述三肢格栅主筋采用高强度抗震钢筋，所述三肢格栅主筋包括第一三肢格栅主筋、第二三肢格栅主筋和第三三肢格栅主筋，相邻的所述三肢格栅主筋投影方向不重合，所述三肢格栅主筋的横截面呈等边三角形构造形式布置，所述三肢格栅主筋两端均设置连接钢板并预留连接孔以形成单独的拱架单元。

5、优选的，所述n型连接筋一端与第一三肢格栅主筋之间焊接设置，所述n型连接筋另一端与第二三肢格栅主筋之间焊接设置。

6、优选的，所述ω型连接筋一端与第三三肢格栅主筋之间焊接设置，所述ω型连接筋另一端与第二三肢格栅主筋之间焊接设置。

7、优选的，所述高强度抗震钢筋采用热轧带肋钢筋hrb400e型或hrb500e型。

8、优选的，所述高强度抗震钢筋的直径采用18mm、22mm、25mm及28mm。

9、优选的，所述拱架单元端部连接采用焊接和螺栓连接。

10、优选的，所述拱架单元的连接钢板采用可半折叠的铰链式连接。

11、一种隧道拱架结构的机械化施工方法，包括以下步骤：

12、步骤一、焊接：将三根三肢格栅主筋呈等边三角形构造形式布置，且相邻主筋投影方向不重合，再将n型连接筋以及ω型连接筋焊接在三根三肢格栅主筋上进行固定；

13、步骤二、形成拱架单元和连接：在完成焊接的三肢格栅主筋两端设置预留有连接孔的连接钢板，并且连接钢板采用可半折叠的铰链式连接，并利用焊接和螺栓进行连接固定，同时采用箍筋进行约束；

14、步骤三、浇筑混凝土：采用早高强喷射混凝土对拱架进行混凝土浇筑。

15、(三)有益效果

16、本发明提供了一种隧道拱架结构及机械化施工方法。与现有技术相比具备以下有益效果：

17、该隧道拱架结构，通过采用高强度抗震钢筋可使得拱架本身具备更高的刚度、强度以及延展性，能够更好协调围岩变形和稳定，采用三肢构造以及“ω”或“n”型连接筋焊接连接形式能够为拱架提供更大的通透性，使得喷射混凝土填充密实度性更好，减少施工过程产生的缺陷，避免渗漏水对耐久性产生不利影响，这种拱架结构具有形式简单、加工方便、重量轻巧、节省材料，在配合早高强喷射混凝土时，能够更好的发挥协同作用，并且具备良好的耐久性能。

技术特征：

1.一种隧道拱架结构，其特征在于：包括三肢格栅主筋(1)、n型连接筋(2)以及ω型连接筋(3)，所述三肢格栅主筋(1)采用高强度抗震钢筋，所述三肢格栅主筋(1)包括第一三肢格栅主筋(1-1)、第二三肢格栅主筋(1-2)和第三三肢格栅主筋(1-3)，相邻的所述三肢格栅主筋(1)投影方向不重合，所述三肢格栅主筋(1)的横截面呈等边三角形构造形式布置，所述三肢格栅主筋(1)两端均设置连接钢板并预留连接孔以形成单独的拱架单元。

2.根据权利要求1所述的一种隧道拱架结构，其特征在于：所述n型连接筋(2)一端与第一三肢格栅主筋(1-1)之间焊接设置，所述n型连接筋(2)另一端与第二三肢格栅主筋(1-2)之间焊接设置。

3.根据权利要求1所述的一种隧道拱架结构，其特征在于：所述ω型连接筋(3)一端与第三三肢格栅主筋(1-3)之间焊接设置，所述ω型连接筋(3)另一端与第二三肢格栅主筋(1-2)之间焊接设置。

4.根据权利要求1所述的一种隧道拱架结构，其特征在于：所述高强度抗震钢筋采用热轧带肋钢筋hrb400e型或hrb500e型。

5.根据权利要求1所述的一种隧道拱架结构，其特征在于：所述高强度抗震钢筋的直径采用18mm、22mm、25mm及28mm其中任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种隧道拱架结构，其特征在于：所述拱架单元端部连接采用焊接和螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的一种隧道拱架结构，其特征在于：所述拱架单元的连接钢板采用可半折叠的铰链式连接。

8.一种隧道拱架结构的机械化施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种隧道拱架结构及机械化施工方法，本发明涉及隧道与地下工程技术领域，包括三肢格栅主筋、N型连接筋以及Ω型连接筋，所述三肢格栅主筋采用高强度抗震钢筋，所述三肢格栅主筋包括第一三肢格栅主筋、第二三肢格栅主筋和第三三肢格栅主筋，相邻的所述三肢格栅主筋投影方向不重合，所述三肢格栅主筋的横截面呈等边三角形构造形式布置，所述三肢格栅主筋两端均设置连接钢板并预留连接孔以形成单独的拱架单元。该隧道拱架结构，具有形式简单、加工方便、重量轻巧、节省材料，在配合早高强喷射混凝土时，能够更好的发挥协同作用，并且具备良好的耐久性能。

技术研发人员：李荣,罗朝廷
受保护的技术使用者：中铁科学研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17