隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法與流程

本發明涉及隧道工程技術領域。更具體地說，本發明涉及一種隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法。

背景技術：

在隧道建設過程中，控制沉降和大變形是軟弱圍巖隧道的難點，許多隧道工程建設過程中都因穿越軟弱地層而發生了沉降和大變形，造成巨大的災害。隨著地下工程理論的發展，在軟弱地層中復合式襯砌結構是最為適合的結構形式，其能充分適應圍巖受力后的時空效應。實踐與理論均證明，鋼拱架支護能增強初期支護能力，也在大量的隧道工程中得到廣泛的應用。鋼拱架通常采用L、U、I字型等型鋼，加工成所需形狀進行支護。在對鋼拱架進行支撐時，常在鋼拱架拱腳位置處打設鎖腳錨桿進行固定，但在工程實踐中也會出現鎖腳錨桿固定效果較差，鋼拱架失穩情況。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法，用以優化鋼拱架支護結構的固定方式，解決傳統固定方法可能出現的支撐作用不夠的問題。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法，包括以下步驟：

步驟一、在隧道開挖一定距離，且初次架設兩排鋼拱架的上部分后，在圍巖兩側，向初次架設的兩排鋼拱架的中間分別打設一根鋼管，使鋼管的一端與初次架設的兩排鋼拱架的底部齊平或高于初次架設的兩排鋼拱架的底部，鋼管的另一端插入圍巖中，并向下傾斜；

步驟二、在圍巖兩側分別設置一根連接桿，使連接桿的兩端分別與初次架設的兩排鋼拱架固定連接，并使連接桿與鋼管的一端固定連接；

步驟三、再次開挖隧道一定距離，且架設下兩排鋼拱架的上部分后，在圍巖兩側，向下兩排鋼拱架的中間，以及下兩排鋼拱架和上兩排鋼拱架中相鄰的兩排鋼拱架的中間分別打設一根鋼管，使每根鋼管的一端與下兩排鋼拱架的底部齊平或高于下兩排鋼拱架的底部，鋼管的另一端插入圍巖中，并向下傾斜；

步驟四、在圍巖兩側分別設置兩根連接桿，使其中一根連接桿的兩端分別與下兩排鋼拱架固定連接，并使該連接桿和與其對應的鋼管的一端固定連接，使另一根連接桿的兩端分別與下兩排鋼拱架和上兩排鋼拱架中相鄰的兩排鋼拱架固定連接，并使該連接桿和與其對應的鋼管的一端固定連接；

步驟五、重復步驟三至步驟四，直至所有鋼拱架的布設完成。

優選的是，所述的隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法中，所述步驟二中，將連接桿與初次架設的兩排鋼拱架、鋼管的一端固定連接后，還包括通過固定裝置固定初次架設的兩排鋼拱架的步驟，以及所述步驟四中將連接桿和下兩排鋼拱架、與其對應的鋼管的一端固定連接后，還包括通過固定裝置固定下兩排鋼拱架的步驟，且通過固定裝置固定初次架設的兩排鋼拱架和下兩排鋼拱架的具體步驟相同，其中，所述固定裝置包括：

支撐板，其為長方形，所述支撐板沿水平方向設置；

至少一個套筒，套筒的數量為奇數個，當套筒的數量為一個時，套筒固設在所述支撐板的頂部的中央，當套筒的數量大于或等于三個時，其中一個套筒設置固設在所述支撐板的頂部的中央，其余的套筒固設在所述支撐板的頂部，且相對于所述支撐板上沿其寬度方向的中心線兩兩對稱，所述套筒上沿所述支撐板的寬度方向設置有一個通孔，所述通孔為圓柱體形；

至少一根插桿，其與所述套筒的數量相等，且一一對應，所述插桿為圓柱體形，所述插桿的外徑與所述通孔的直徑相等，所述插桿插入所述通孔中，所述插桿的長度大于所述通孔的長度；

通過固定裝置固定初次架設的兩排鋼拱架或下兩排鋼拱架的具體步驟為：

步驟a、在初次架設的兩排鋼拱架或下兩排鋼拱架的下方的巖土上沿水平方向鋪設所述支撐板，使對應的兩根連接桿擱置或可拆卸地連接在支撐板的兩端，且支撐板上沿其長度方向的兩端位于初次架設的兩排鋼拱架或下兩排鋼拱架的中間；

步驟b、將所有插桿的一端打入初次架設的兩排鋼拱架或下兩排鋼拱架的前方的巖土中，另一端留在套筒中。

優選的是，所述的隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法中，所述套筒的數量為三個。

優選的是，所述的隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法中，所述插桿的一端設置有一個尖部。

優選的是，所述的隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法中，所述插桿的另一端設置有一個限位塊，所述限位塊為圓柱體形，且與所述插桿同軸設置，所述限位塊的外徑大于所述插桿的外徑。

優選的是，所述的隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法中，所述固定裝置還包括：

兩塊定位板，其相對于所述支撐板上沿其寬度方向的中心線對稱設置，所述定位板為L形，且與所述插桿不干涉，所述定位板由第一板體和第二板體組成，所述第一板體沿水平方向設置，所述第二板體設置在所述第一板體的上方，所述第一板體上遠離所述第二板體的一端與所述支撐板上沿其寬度方向的一端固定連接，當所述支撐板鋪設在初次架設的兩排鋼拱架或下兩排鋼拱架的下方的巖土上時，所述第二板體與初次架設的兩排鋼拱架或下兩排鋼拱架的前方的巖土相抵。

優選的是，所述的隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法中，所述固定裝置還包括：

定向板，其沿豎直方向設置在所述支撐板的底部，并與所述支撐板的底部的中央固定連接，所述定向板與所述支撐板上沿其寬度方向的中心線平行。

本發明至少包括以下有益效果：

本發明優化了鋼拱架支護結構的固定方式，解決了傳統固定方法可能出現的支撐作用不夠的問題。

本發明將所有鋼拱架、鋼管和連接桿焊接成一個整體，提高了支護結構的整體剛度。

本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本發明所述的固定裝置的主視圖；

圖2為本發明所述的固定裝置的俯視圖；

圖3為本發明所述的固定裝置的左視圖；

圖4為本發明所述的支撐板和定向板的結構示意圖；

圖5為本發明所述的固定裝置固定兩排鋼拱架時的結構示意圖；

圖6為本發明所述的連接桿擱置在支撐板上的結構示意圖；

圖7為本發明所述的鋼管和連接桿固定兩排鋼拱架后的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

需要說明的是，在本發明的描述中，術語“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

如圖1至圖7所示，本發明提供一種隧道工程鋼拱架拱腳的固定方法，包括以下步驟：

步驟一、在隧道開挖一定距離，且初次架設兩排鋼拱架100的上部分后，在圍巖兩側，向初次架設的兩排鋼拱架100的中間分別打設一根鋼管110，使鋼管110的一端與初次架設的兩排鋼拱架100的底部齊平或高于初次架設的兩排鋼拱架100的底部，鋼管110的另一端插入圍巖中，并向下傾斜；

步驟二、在圍巖兩側分別設置一根連接桿120，使連接桿120的兩端分別與初次架設的兩排鋼拱架100固定連接，并使連接桿120與鋼管110的一端固定連接；固定連接的方式為焊接或機械連接。

步驟三、再次開挖隧道一定距離，且架設下兩排鋼拱架100的上部分后，在圍巖兩側，向下兩排鋼拱架100的中間，以及下兩排鋼拱架100和上兩排鋼拱架100中相鄰的兩排鋼拱架100的中間分別打設一根鋼管110，使每根鋼管110的一端與下兩排鋼拱架100的底部齊平或高于下兩排鋼拱架100的底部，鋼管110的另一端插入圍巖中，并向下傾斜；

步驟四、在圍巖兩側分別設置兩根連接桿120，使其中一根連接桿120的兩端分別與下兩排鋼拱架100固定連接，并使該連接桿120和與其對應的鋼管110的一端固定連接，使另一根連接桿120的兩端分別與下兩排鋼拱架100和上兩排鋼拱架100中相鄰的兩排鋼拱架100固定連接(例如，沿著隧道開挖方向，上兩排鋼拱架100為A和B，下兩排鋼拱架100為C和D，則在A和B、C和D間均設置有鋼管110和連接桿120，在B和C間也設置鋼管110和連接桿120)，并使該連接桿120和與其對應的鋼管110的一端固定連接；

步驟五、重復步驟三至步驟四，直至所有鋼拱架100的布設完成，此時所有鋼拱架100、鋼管110和連接桿120被焊接成一個整體，提高了支護結構的整體剛度。

隧道開挖后，先挖空上部分的巖土130，此時，下部分的巖土140和前方的巖土150還未開挖，之后架設一榀鋼拱架100的上部分，隨著開挖面向前推進，再架設后一榀鋼拱架100的上部分，并使初次架設的兩榀鋼拱架100的底部懸空，在下部分的巖土140上鋪設石塊160，將初次架設的兩榀鋼拱架100的(上部分的)底部墊在石塊160上，通過石塊160和下部分的巖土140臨時支撐初次架設的兩榀鋼拱架100的上部分，此時該兩榀鋼拱架100承載能力有限，接著在初次架設的兩榀鋼拱架100間打設鋼管110，并設置連接桿120，再開挖下部分的巖土140，之后安裝初次架設的兩榀鋼拱架100的下部分，并使初次架設的兩榀鋼拱架100的下部分與上部分固定連接，通過初次架設的兩榀鋼拱架100的下部分支撐上部分，接著再挖前方的巖土150，向前挖的深度為剛好可以架設下兩榀鋼拱架100，開挖時先挖上部分的巖土130，架設下兩榀鋼拱架100的上部分，并使其底部懸空，再通過石塊160和下部分的巖土140臨時支撐下兩榀鋼拱架100，此時下兩榀鋼拱架100承載能力有限，再在下兩榀鋼拱架100間，以及前兩榀鋼拱架100中靠后設置的一榀鋼拱架100和下兩榀鋼拱架100中靠前設置的一榀鋼拱架100間分別打設鋼管110，并設置連接桿120，接著開挖下部分的巖土140，安裝下兩榀鋼拱架100的下部分，隨著隧道向前開挖，不斷重復。

鋼拱架100架設完成后所有鋼拱架100、鋼管110和連接桿120被焊接成一個整體，圍巖的兩側對稱，左側和右側的連接桿120的高度相同，提高了支護結構的整體剛度。

所述的隧道工程鋼拱架100拱腳的固定方法中，所述步驟二中，將連接桿120與初次架設的兩排鋼拱架100、鋼管110的一端固定連接后，還包括通過固定裝置固定初次架設的兩排鋼拱架100的步驟，以及所述步驟四中將連接桿120和下兩排鋼拱架100、與其對應的鋼管110的一端固定連接后，還包括通過固定裝置固定下兩排鋼拱架100的步驟，且通過固定裝置固定初次架設的兩排鋼拱架100和下兩排鋼拱架100的具體步驟相同，其中，所述固定裝置包括：

支撐板170，其為長方形，所述支撐板170沿水平方向設置；

至少一個套筒180，套筒180的數量為奇數個，當套筒180的數量為一個時，套筒180固設在所述支撐板170的頂部的中央，當套筒180的數量大于或等于三個時，其中一個套筒180設置固設在所述支撐板170的頂部的中央，其余的套筒180固設在所述支撐板170的頂部，且相對于所述支撐板170上沿其寬度方向的中心線兩兩對稱，所述套筒180上沿所述支撐板170的寬度方向設置有一個通孔，所述通孔為圓柱體形；套筒180用于固定插桿190，又使插桿190能打入前方的巖土150中。

至少一根插桿190，其與所述套筒180的數量相等，且一一對應，所述插桿190為圓柱體形，所述插桿190的外徑與所述通孔的直徑相等，所述插桿190插入所述通孔中，所述插桿190的長度大于所述通孔的長度；在下部分的巖土140被挖掉后，能支撐和固定支撐板170，使支撐板170仍保持水平，甚至懸空。

通過固定裝置固定初次架設的兩排鋼拱架100或下兩排鋼拱架100的具體步驟為：

步驟a、在初次架設的兩排鋼拱架100或下兩排鋼拱架100的下方的巖土(下部分的巖土140)上沿水平方向鋪設所述支撐板170，使對應的兩根連接桿120擱置或可拆卸地連接在支撐板170的兩端，且支撐板170上沿其長度方向的兩端位于初次架設的兩排鋼拱架100或下兩排鋼拱架100的中間；

步驟b、將所有插桿190的一端打入初次架設的兩排鋼拱架100或下兩排鋼拱架100的前方的巖土150中，另一端留在套筒180中。

進一步通過固定裝置支撐對應的兩根連接桿120，固定裝置可反復使用。通過插桿190固定支撐板170，能防止支撐板170在外力的作用下移動，提高了固定裝置的穩定性。

固定裝置在使用后，插桿190可從前方的巖土150中取出，待挖空下部分的巖土140后，支撐板170向下取出，固定裝置可反復使用。

本發明所述的前方指隧道的開挖方向，左右和上下方向指站在隧道的中部，向著隧道圍巖的兩側為左右，向著隧道的頂部為上，向著隧道的底部為下。

所述的隧道工程鋼拱架100拱腳的固定方法中，所述套筒180的數量為三個。這樣對支撐板170的固定和支撐更穩。

所述的隧道工程鋼拱架100拱腳的固定方法中，所述插桿190的一端設置有一個尖部。在將插桿190打入前方的巖土150中時，使尖部與前方的巖土150相對，這樣有利于將插桿190打入前方的巖土150中。

所述的隧道工程鋼拱架100拱腳的固定方法中，所述插桿190的另一端設置有一個限位塊，所述限位塊為圓柱體形，且與所述插桿190同軸設置，所述限位塊的外徑大于所述插桿190的外徑。限位塊能限制插桿190過多地打入前方的巖土150中，使得插桿190的一部分位于前方的巖土150中，另一部分位于通孔中。

所述的隧道工程鋼拱架100拱腳的固定方法中，所述固定裝置還包括：

兩塊定位板200，其相對于所述支撐板170上沿其寬度方向的中心線對稱設置，所述定位板200為L形，且與所述插桿190不干涉，所述定位板200由第一板體201和第二板體201組成，所述第一板體201沿水平方向設置，所述第二板體201設置在所述第一板體201的上方，所述第一板體201上遠離所述第二板體201的一端與所述支撐板170上沿其寬度方向的一端固定連接，當所述支撐板170鋪設在初次架設的兩排鋼拱架100或下兩排鋼拱架100的下方的巖土上時，所述第二板體201與初次架設的兩排鋼拱架100或下兩排鋼拱架100的前方的巖土150相抵。這樣在打設插桿190時，第二板體201能限制支撐板170向前移動，使支撐板170的兩端一直位于兩排鋼拱架100的中間。

所述的隧道工程鋼拱架100拱腳的固定方法中，所述固定裝置還包括：

定向板210，其沿豎直方向設置在所述支撐板170的底部，并與所述支撐板170的底部的中央固定連接，所述定向板210與所述支撐板170上沿其寬度方向的中心線平行。當支撐板170沿水平方向鋪設在下部分的巖土140上時，定向板210插入下部分的巖土140中，能進一步限制支撐板170左右移動，防止支撐板170的兩端在外力的作用下插入兩側的巖土中或撞到鋼管110。

盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。