一种隧道钢管型拱架高强快速连接装置及隧道支护体系的制作方法 专利技术说明

土层或岩石的钻进;采矿的设备制造及其应用技术1.本实用新型涉及隧道工程建设支护技术领域，具体涉及一种隧道钢管型拱架高强快速连接装置及隧道支护体系。背景技术：2.随着我国经济持续高质量地发展，我国铁路和高速公路建设如日中天，但我国幅员辽阔，在隧道开挖过程中经常会遇到高地应力、抗压强度低的不稳定围岩，容易出现大变形、失稳等情况。常使用的型钢拱架或格栅拱架用量大，焊接安装困难，造价高，施工进度慢，而对应型号的钢管混凝土拱架支护刚度大、变形量小，是解决在软弱围岩地层中支护难的一个好办法。3.钢管混凝土拱架是由多段钢管混凝土分节安装而成，工程中普遍使用接头套管或法兰盘来拼装钢管，使钢管沿隧道内壁周向布置形成贴合隧道内壁的拱形，发挥对隧道的支护作用。在大变形隧道中，由于围岩变形较大，钢管混凝土拱架被挤压，接头在拱架发生变形时会产生应力集中，因此接头处往往是拱架的薄弱部位，甚至可能会发生断裂，导致拱架整体坍塌。现有的钢管混凝土拱架连接方式其纵向和环向连接相互独立，施工工序冗杂，耗时费力，现场也以焊接为主，整体性差，且其纵向连接需在拱架上设预留孔，会影响拱架的整体结构。技术实现要素：4.本实用新型的目的在于提供一种隧道钢管型拱架高强快速连接装置及隧道支护体系，不仅现场便于安装，有效实现钢管支护结构的快速纵横向连接，提升整体性能，同时具备后注浆的能力，提高承载能力。5.为实现上述目的，本实用新型的技术方案为一种隧道钢管型拱架高强快速连接装置，包括里连接件、外连接件以及高强连接螺栓；所述里连接件用于安装在接触隧道净空一侧，所述外连接件用于安装在接触围岩一侧，所述里连接件和所述外连接件相对扣合，并通过高强连接螺栓连接形成十字型中空结构，所述十字型中空结构具有用于环向连接钢管拱架节段的上开口和下开口以及用于纵向连接纵向连接件的前开口和后开口。6.进一步地，所述里连接件上设置有注浆孔。7.进一步地，所述里连接件和所述外连接件均包括呈十字交叉设置的纵向半圆管和环向半圆管，所述纵向半圆管的扣合面和所述环向半圆管的扣合面在同一平面上；所述纵向半圆管上设置有供所述环向半圆管穿过的半圆孔，或者所述环向半圆管上设置有供所述纵向半圆管穿过的半圆孔。8.更进一步地，所述里连接件和所述外连接件的四个外角部均设置有肋板，所述肋板上间隔设置有若干螺栓孔，所述里连接件和所述外连接件上的所述螺栓孔一一对应并分别通过所述高强连接螺栓连接。9.更进一步地，所述肋板为l形，且所述肋板的两边分别与所述纵向半圆管与所述环向半圆管连接。10.更进一步地，所述肋板的两边上均间隔设置有若干所述螺栓孔。11.进一步地，所述上开口和所述下开口的直径略小于所述钢管拱架节段的直径。12.进一步地，所述前开口和所述后开口的直径略小于所述纵向连接件的直径。13.本实用新型还提供一种隧道支护体系，包括沿纵向间隔布置的若干榀钢管拱架，相邻的钢管拱架之间通过若干纵向连接件连接，每榀钢管拱架由若干钢管拱架节段沿环向拼接而成；所述钢管拱架节段与所述纵向连接件的节点采用上述的连接装置连接，所述钢管拱架以及所述连接装置中灌注有混凝土。14.进一步地，所述纵向连接件采用钢管或钢管混凝土短柱，所述钢管拱架采用玄武岩复合纤维钢管，所述连接装置采用玄武岩复合纤维半圆钢管。15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：16.（1）本实用新型提供的连接装置能够实现钢管拱架节段与纵向连接件的快速拼装，且避免了在拱架上设预留孔或焊接等工序，安装简易，施工速度快，同时连接装置增加了拱架节点处的厚度，在一定程度上提高了节点处的强度；17.（2）本实用新型提供的连接装置的四端均可连接，环向的钢管拱架节段之间和纵向的纵向连接件之间使用同一节点接头，简化了施工工序，提高了施工效率；18.（3）本实用新型提供的连接装置由结构对称的里连接件与外连接件通过高强连接螺栓连接而成，安装便捷，可工厂化预制，结构的质量有保证；19.（4）本实用新型提供的连接装置上预留有后期注浆孔，当钢管需要注浆或者进行补强时，可通过预留的注浆孔进行注浆，实现接头内的稳定性。附图说明20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。21.图1为本实用新型实施例提供的里连接件和外连接件的结构示意图；22.图2为本实用新型实施例提供的隧道钢管型拱架高强快速连接装置的结构示意图；23.图3为本实用新型实施例提供的隧道支护体系的结构示意图；24.图中：1、连接装置；11、里连接件；12、外连接件；13、高强连接螺栓；14、纵向半圆管；15、环向半圆管；16、肋板；17、螺栓孔；18、前开口；19、后开口；2、钢管拱架节段；3、纵向连接件。具体实施方式25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。27.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。28.本实施例提供一种隧道钢管型拱架高强快速连接装置，如图1-图2所示，该连接装置1包括里连接件11、外连接件12以及高强连接螺栓13；里连接件11用于安装在接触隧道净空一侧，外连接件12用于安装在接触围岩一侧，里连接件11和外连接件12相对扣合，并通过高强连接螺栓13连接形成十字型中空结构，十字型中空结构具有四个开口，分别为用于环向连接钢管拱架节段2的上开口和下开口以及用于纵向连接纵向连接件3的前开口18和后开口19。29.上述连接装置1的四个开口均可连接，也可以根据需要选择全部开口或部分开口连接，能够实现钢管拱架节段2与纵向连接件3的快速拼装，且避免了在拱架上设预留孔或焊接等工序，安装简易，施工速度快，同时连接装置1增加了拱架节点处的厚度，在一定程度上提高了节点处的强度。30.进一步地，里连接件11上设置有注浆孔，用于隧道支护体系的注浆；在钢管拱架和纵向连接件3通过该连接装置1连接形成网格结构后，当钢管需要注浆或者进行补强时，通过注浆孔向连接装置1以及钢管内注浆，提高接头装置内的稳定性，同时提高隧道支护体系的承载力及整体性。31.具体地，本实施例的里连接件11和外连接件12均包括呈十字交叉设置的纵向半圆管14和环向半圆管15，同一连接件中纵向半圆管14的扣合面和环向半圆管15的扣合面在同一平面上，以便于里连接件11和外连接件12的扣合；且纵向半圆管14和环向半圆管15的直径不一致，以便于纵向半圆管14和环向半圆管15的拼装，作为一种实施方式，当纵向半圆管14的直径大于环向半圆管15的直径时，可以在纵向半圆管14上设置供环向半圆管15穿过的半圆孔，此时环向半圆管15位于纵向半圆管14的内侧，且两者密封配合；作为另一种实施方式，当环向半圆管15的直径大于纵向半圆管14时，可以在环向半圆管15上设置供纵向半圆管14穿过的半圆孔，此时纵向半圆管14位于环向半圆管15内。其中，里连接件11和外连接件12可以在工厂预制后运到现场拼装。32.如图1和图2所示，里连接件11和外连接件12的四个外角部均设置有肋板16，肋板16上间隔设置有若干螺栓孔17，里连接件11和外连接件12上的螺栓孔17一一对应并分别通过高强连接螺栓13连接。优化地，肋板16为l形，且肋板16的两条边分别与纵向半圆管14与环向半圆管15连接，具体可以采用焊接的方式连接，同时肋板16的两条边上均间隔设置有若干螺栓孔17，高强连接螺栓13穿过对应的里连接件11和外连接件12上的螺栓孔17并通过螺帽拧紧，从而将里连接件11和外连接件12拼接固定成整体。里连接件11和外连接件12的四个外角部的肋板16的形状以及尺寸一致，且肋板16上的螺栓孔17呈对称设置。33.本实施例中，上开口和下开口的直径略小于钢管拱架节段2的直径，保证钢管拱架节段2可以嵌入其中，同时上开口与钢管拱架节段2之间以及下开口与钢管拱架节段2之间不漏浆；前开口18和后开口19的直径略小于纵向连接件3的直径，保证纵向连接件3可以嵌入其中，同时前开口18与纵向连接件3之间以及后开口19与纵向连接件3之间不漏浆。34.如图3所示，本实施例还提供一种隧道支护体系，包括沿纵向间隔布置的若干榀钢管拱架，相邻的钢管拱架之间通过若干纵向连接件3连接，每榀钢管拱架由若干钢管拱架节段2沿环向拼接而成；钢管拱架节段2与纵向连接件3的节点采用上述的连接装置1连接，钢管拱架以及连接装置1中灌注有混凝土。由于钢管拱架节段2之间与纵向连接件3之间使用同一节点，且节点处在环向上通过上述的连接装置1的里连接件11与外连接件12相对而扣包裹住钢管拱架节段2拼接的节点，再通过沿环向布置的高强连接螺栓13锁紧，在纵向上通过将纵向连接件3分别嵌入连接装置1的前开口18和后开口19，再通过沿纵向布置的高强连接螺栓13锁紧，不仅简化了施工工序，提高了施工效率，而且提高了支护体系的整体性和稳定性。35.进一步地，纵向连接件3采用钢管或钢管混凝土短柱，当纵向连接件3采用钢管时，钢管拱架、纵向连接件3以及连接装置1采用一次浇筑成型，提高整体性；钢管拱架采用玄武岩复合纤维钢管，连接装置1采用玄武岩复合纤维半圆钢管，钢管外包覆有玄武岩复合纤维材料，其具有高压缩强度和高剪切强度，使得拱架承载力更高、抗变形能力更强。36.本实施例还提供上述的隧道支护体系的施工方法，包括如下步骤：37.步骤一、使用运输装置将工厂预制好的钢管拱架段运送至隧道中的指定位置；38.步骤二、通过钢拱架拼装机夹持并举升两个钢管拱架段沿隧道内壁将钢管拱架段对接；39.步骤三、将外连接件12贴近围岩包裹住钢管拱架段对接处，将里连接件11平行对称于外连接件12放置并包裹住钢管拱架段对接处；40.步骤四、在纵方向上，将前一环的纵向连接件3嵌入里连接件11与外连接件12形成的连接装置1的前开口18、取另一纵向连接件3该连接装置1的后开口19；41.步骤五、将高强连接螺栓13依次穿过对接后的里连接件11和外连接件12，对应装配螺帽并拧紧；42.步骤六、重复上述步骤，直至将若干钢管拱架段拼装成环；43.步骤七、待若干榀钢管拱架通过纵向连接件3连接固定好以后，通过里连接件11上的注浆孔将混凝土注入所有的钢管内部，形成完整的隧道支护体系。44.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。









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