CN111663951A - Tbm施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法，环向钢拱架封闭处的钢拱架单元在各自一侧端部腹板开有腰形螺栓孔，另有曲率与钢拱架单元一致的两块侧面连接槽钢在腹板两端开同样腰形螺栓孔；将两块槽钢置于环向钢拱架封闭处的两个钢拱架单元连接处，并通过腰形螺栓孔固定，将两块连接钢板置于连接槽钢上、下翼板表面、封闭两侧钢拱架单元翼缘的间隙中，并沿槽钢与拱架单元、连接钢板与拱架翼缘以及连接钢板与槽钢周边接触缝焊接对封闭部位刚度进行加强，从而实现TBM施工隧洞支护用环向钢拱架单元快速、牢固的封闭连接。本发明适应不同围岩变形，快速封闭环向钢拱架，并及时可靠发挥钢拱架的支撑作用。
Description
技术领域
本发明技术涉及隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法，尤其是一种TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法。
背景技术
在隧洞设计中，尤其是不良地质洞段，一次支护对于限制围岩变形、确保围岩稳定及隧洞结构安全方面具有重要作用。工程上一般采用钢格栅或者钢拱架喷射混凝土作为一次支护方式。圆形隧洞由于其水流及受力条件较好，在掘进机开挖隧洞以及不良地质隧洞中广泛采用。
在圆形TBM施工隧洞的开挖支护中，为便于安装，钢拱架被加工为若干钢拱架单元，相邻钢拱架单元连接方法多通过钢板以螺栓形式连接，并加以焊接。由于TBM开挖洞径一定，而围岩尤其是不良地质洞段围岩收敛变形量不一致，当钢拱架按着设计曲率批量加工和连接时，常出现拱架外边界与开挖轮廓线不一致的问题，从而导致一次支护拱架难以紧贴岩壁发挥对围岩的及时支撑作用。在圆形隧洞TBM施工环向拱架封闭成环前，保证封闭两侧拱架单元紧贴岩壁的条件下，由于已安装拱架尺寸确定而隧洞变形后轮廓线大多不同导致环向拱架封闭处需要的封闭长度常常不太一样，采用传统中的钢板螺栓固定连接方式需要根据现场需要临时加工出多种长度规格不一的拱架封闭单元，费时费力，现场可操作性差。因此，亟需一种兼顾操作性和可靠性的封闭环向钢拱架的连接方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种现场可操作性强，不影响拱架整体刚度，可靠性好的TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法，包括以下步骤：
(1)在环向钢拱架封闭处的两个钢拱架单元各自一侧端部腹板开腰形螺栓孔，将两块曲率与拱架单元一致、且开有同样腰形螺栓孔的槽钢的腹板与封闭处钢拱架单元的腹板密贴，并使腰形螺栓孔对应，孔内插入配套螺栓螺母进行初步封闭连接且不拧紧；
(2)通过TBM设备自带的拱架安装器撑开环形钢拱架使封闭两侧钢拱架单元紧贴岩壁，并拧紧螺母进行初步封闭固定；
(3)TBM设备机身通过，人工操作空间变大后，将两块连接钢板置于连接槽钢上、下翼板表面，封闭两侧钢拱架单元翼缘的间隙，并沿槽钢与钢拱架单元、连接钢板与钢拱架翼缘以及连接钢板与槽钢周边接触缝焊接，对封闭部位刚度进行加强，实现TBM施工隧洞支护用环向钢拱架单元快速、牢固的封闭连接。
所述置于连接槽钢上、下翼板表面并封闭两侧钢拱架单元翼缘的间隙两块连接钢板的表面分别与钢拱架单元的上下表面相平。
本发明的有益效果是：能够适应不同围岩变形，快速封闭环向钢拱架，并及时可靠发挥钢拱架的支撑作用。
附图说明
图1为采用本发明TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法的环向钢拱架封闭部位结构连接示意图。
图2为采用本发明TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法的环向钢拱架封闭部位结构连接另一角度示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法，包括以下步骤：
(1)在环向钢拱架封闭处的两个钢拱架单元各自一侧端部腹板开腰形螺栓孔，将两块曲率与拱架单元一致、且开有同样腰形螺栓孔的槽钢的腹板与封闭处钢拱架单元的腹板密贴，并使腰形螺栓孔对应，孔内插入配套螺栓螺母进行初步封闭连接且不拧紧；
(2)通过TBM设备自带的拱架安装器撑开环形钢拱架使封闭两侧钢拱架单元紧贴岩壁，并拧紧螺母进行初步封闭固定；
(3)TBM设备机身通过，人工操作空间变大后，将两块连接钢板置于连接槽钢上、下翼板表面，封闭两侧钢拱架单元翼缘的间隙，并沿槽钢与钢拱架单元、连接钢板与钢拱架翼缘以及连接钢板与槽钢周边接触缝焊接，对封闭部位刚度进行加强，实现TBM施工隧洞支护用环向钢拱架单元快速、牢固的封闭连接。
所述置于连接槽钢上、下翼板表面并封闭两侧钢拱架单元翼缘的间隙两块连接钢板的表面分别与钢拱架单元的上下表面相平。
如图1、2所示，本发明的TBM(岩石掘进机)施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元，环向钢拱架封闭处的钢拱架单元1和钢拱架单元2在各自一侧端部腹板开有腰形螺栓孔，另有曲率与钢拱架单元一致的侧面连接槽钢5和侧面连接槽钢15在腹板两端开同样腰形螺栓孔；另有与腰形螺栓孔匹配的连接螺栓螺母6，以及加强连接部位刚度的上部连接钢板3和下部连接钢板4。
具体地说，包括以下施工安装步骤：
(1)初步封闭固定：侧面连接槽钢腹板与环形钢拱架封闭处钢拱架单元两侧腹板密贴，并使腹板处腰形孔重叠，螺栓插入后不拧紧螺母进行初步封闭连接，然后通过TBM设备上自带的拱架安装器撑开环形钢拱架使封闭两侧钢拱架单元紧贴岩壁，然后拧紧螺母进行初步封闭固定。
(2)封闭部位刚度加强：TBM设备机身通过、人工操作空间变大后，将上部连接钢板和下部连接钢板分别置于连接槽钢上、下翼板表面，封闭两侧钢拱架单元翼缘的间隙，并沿槽钢与拱架单元、连接钢板与拱架翼缘以及连接钢板与槽钢周边接触缝焊接对封闭部位刚度进行加强。
步骤(1)中环形钢拱架封闭处两侧钢拱架单元的相对位置可以沿腰形孔范围内调整，以实现钢拱架单元紧贴岩壁，并可通过配套螺栓螺母对相对位置进行固定。
所述步骤(2)中，可通过槽钢与钢拱架单元、连接钢板与拱架翼缘以及连接钢板与槽钢周边接触缝焊接提升连接处断面的总体刚度，提高连接的整体性和可靠性，确保拱架单元紧贴岩壁。
所述腰形螺栓孔沿环向保证一定长度，在拱架单元间所需封闭长度不同时，通过调节螺栓在孔内不同的拧紧位置，便可实现对钢拱架单元快速封闭连接的同时确保拱架单元紧贴岩壁充分发挥其支撑作用。
本发明封闭环向拱架通过在封闭处拱架单元以及侧面连接槽钢开同样形状和大小的腰形螺栓孔，并采用配套螺栓连接，可以使拱架单元间距离在一定范围内可调节，有效解决了钢拱架因TBM隧洞开挖洞径一定、围岩收敛变形量不一致带来的封闭后无法紧贴岩壁或是紧贴岩壁后无法快速可靠封闭的问题，同时解决了钢拱架在封闭部位单纯采用槽钢或钢板条直接焊接封闭的刚度不足以及现场操作性差的问题，保证拱架快速封闭施工的同时提高封闭连接部位的可靠性。
本发明解决了在隧洞采用TBM施工过程中，因TBM开挖洞径一定而不同围岩收敛变形量不一致带来的钢拱架封闭所需长度不一导致的需现场临时加工不同尺寸拱架单元的问题，同时解决了钢拱架在封闭部位单纯采用槽钢或钢板条直接焊接封闭的刚度不足以及现场操作性差的问题，实现了无需现场临时加工不同尺寸拱架单元、不增加施工工序情况下对环向钢拱架的牢固封闭，加快隧洞施工进度的同时保证了隧洞钢拱架支护结构的刚度和可靠性。
下面结合某输水隧洞工程的具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本工程输水隧洞断面型式为圆形，采用TBM施工，TBM开挖洞径受设备限制为确定的，但是不同洞段围岩变形量有所不同，环向钢拱架封闭时采用传统的钢板螺栓连接方法需要现场加工大小不一的拱架单元，效率低可操作性差。从而亟需一种能适应TBM快速施工且连接可靠的封闭环向钢拱架的连接方法。
如图1所示，连接部位结构包括开有腰形螺栓孔的钢拱架单元1和钢拱架单元2，曲率与钢拱架单元一致的两侧开有同样腰形螺栓孔的侧面连接槽钢5和侧面连接槽钢15，另有与腰形螺栓孔匹配的连接螺栓螺母6，以及加强连接部位刚度的上部连接钢板3和下部连接钢板4。
首先，第一和第二侧面连接槽钢5腹板与环形钢拱架封闭处钢拱架单元1和钢拱架单元2两侧腹板密贴，并使腹板处腰形孔重叠，螺栓6插入后，撑开环形钢拱架使封闭两侧钢拱架单元紧贴岩壁，然后拧紧螺母6进行固定。为避免施工干扰，可待TBM机身通过后，施工空间较为充足时，将上部连接钢板3和下部连接钢板4分别置于侧面连接槽钢5、15上、下翼板表面，并沿周边接触缝与槽钢5、15翼板及拱架单元1和单元2翼缘焊接；并沿侧面连接槽钢5两端周边接触缝与拱架单元1和单元2腹板及翼缘焊接。在保证环向钢拱架快速封闭的同时，确保封闭连接部位的刚度和可靠性。
以上所述实例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于本领域的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的范围内。
Claims (2)
1.一种TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在环向钢拱架封闭处的两个钢拱架单元各自一侧端部腹板开腰形螺栓孔，将两块曲率与拱架单元一致、且开有同样腰形螺栓孔的槽钢的腹板与封闭处钢拱架单元的腹板密贴，并使腰形螺栓孔对应，孔内插入配套螺栓螺母进行初步封闭连接且不拧紧；
(2)通过TBM设备自带的拱架安装器撑开环形钢拱架使封闭两侧钢拱架单元紧贴岩壁，并拧紧螺母进行初步封闭固定；
(3)TBM设备机身通过，人工操作空间变大后，将两块连接钢板置于连接槽钢上、下翼板表面，封闭两侧钢拱架单元翼缘的间隙，并沿槽钢与钢拱架单元、连接钢板与钢拱架翼缘以及连接钢板与槽钢周边接触缝焊接，对封闭部位刚度进行加强，实现TBM施工隧洞支护用环向钢拱架单元快速、牢固的封闭连接。
2.根据权利要求1所述TBM施工隧洞支护用环向钢拱架封闭单元的连接方法，其特征在于，所述置于连接槽钢上、下翼板表面并封闭两侧钢拱架单元翼缘的间隙两块连接钢板的表面分别与钢拱架单元的上下表面相平。
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