CN204754946U - 一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置，其由顶杆、连接杆、底杆、基座和销钉共五个单元组成。本实用新型给出的黄土隧道拱圈部位钢拱架单元高强螺栓连接装置的优越性在于，在两台阶四步或三台阶七步开挖法施工的黄土隧道拱圈部位，利用该装置可以方便快捷的拼接钢拱架单元，减少人力并提高拱架拼接的效率，减少了钢拱架的架设时间，确保了初期支护的合理支护时机，使初期支护的受力特性得到明显的改善。

Description

一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置

技术领域

本实用新型属于黄土隧道工程建设工程领域，具体涉及到一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置。

背景技术

我国分布着大约黄土面积，随着国家西部大开发的不断深入和交通需求量的快速增长，黄土地区修建了大量的高速公路和高速铁路。受地形条件限制和人们环保意识的不断增强，黄土地区修建了越来越多的黄土公路隧道和铁路隧道。黄土隧道初期支护的钢拱架一般采用H型钢或工字钢分节加工而成，加工拱节之间的连接通常采用焊接钢板和高强螺栓连接。由于黄土特殊的工程性质，黄土隧道一般采用二台阶四步开挖法或三台阶七步开挖法，拱圈部位则采用环形开挖预留核心土法，预留的核心土与设计钢拱架的间距一般为0.8-1m。两车道黄土隧道起拱线以上部位的钢拱架一般由两个拱架单元组成，三车道黄土隧道起拱线以上部位的钢拱架则一般由三个拱架单元组成。由于核心土和钢拱架之间的空间有限，加之拱架单元重量较大，拱架单元连接拼装时连接钢板预留的螺栓孔位很难准确定位，导致连接过程费时费力，螺栓连接质量难以保证，导致初期支护的支护质量和效果明显下降，存在潜在的安全和质量隐患。并且因螺栓连接耗时长贻误了初期支护的最佳支护时机，有可能诱发拱圈部位的围岩松动圈增大，导致初期支护因受荷较大而出现裂缝甚至失稳破坏。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的是提供一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置，它解决了上述的这些问题。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置，其由顶杆、连接杆、底杆、基座和销钉共五个单元组成；

所述的顶杆由侧翼、侧翼连接杆和端头设置有螺纹的连接杆构成；

连接杆外径与顶杆内径相同，两端设置有方向相反的螺纹；

底杆一端设置有螺纹，另一端在距端截面一定位置处开有直径相同的两个圆孔，且圆孔中心在同一条直线上；

基座由方钢板、两个耳翼和四个固定锥构成，其中方钢板为Q235B钢板；两个耳翼分别开有圆孔，其材质及厚度与方钢板相同并与其牢固焊接；四个固定锥均为同直径的HRB335钢筋，一端截面与钢筋纵轴线垂直，另一端为圆锥体，垂直焊接在方钢板的之下；

销钉为一圆柱体，材质为HPB300钢筋，且末端带有防销钉脱落的钢卡子。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型给出的黄土隧道拱圈部位钢拱架单元高强螺栓连接装置的优越性在于，在两台阶四步或三台阶七步开挖法施工的黄土隧道拱圈部位，利用该装置可以方便快捷的拼接钢拱架单元，减少人力并提高拱架拼接的效率，减少了钢拱架的架设时间，确保了初期支护的合理支护时机，使初期支护的受力特性得到明显的改善。

附图说明

图1为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元A立面图；

图2为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元A侧面图；

图3为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元A平面图；

图4为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元B的结构示意图；

图5为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元C的结构示意图；

图6为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元D的子单元D1的结构示意图；

图7为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元D的子单元D2的立面图；

图8为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元D的子单元D2的侧面图；

图9为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元D的子单元D2的平面图；

图10为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元D的子单元D4-D7的结构示意图；

图11为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的结构单元E的结构示意图；

图12为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的隧道纵轴线方向核心土处的横剖面图；

图13为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的核心土上方钢拱架单元连接钢板处的局部放大图；

图14为本实用新型的一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置，如图1-14所示，由顶杆(结构单元A)、连接杆(结构单元B)、底杆(结构单元C)、基座(结构单元D)和销钉(结构单元E)五个结构单元组成，各结构单元的设计参数如下。

(1)所述的顶杆(结构单元A)由侧翼(A1、A2)、侧翼连接杆(A3)和端头车有丝的连接杆(A4)构成。其中侧翼(A1)为长度50mm直径42mm壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，端平面(101)与其钢管纵轴线垂直，斜截面(102)与钢管纵轴线成45°夹角；侧翼(A2)与侧翼(A1)完全相同；侧翼连接杆(A3)为长度110-128mm且与侧翼(A1、A2)同直径同壁厚的钢管，两端斜截面(102)与其钢管纵轴线成45°夹角；端头车有丝的连接杆(A4)为长度500-600mm与A1、A2、A3同直径同壁厚的钢管，其一端截面为两凹槽(103)，另一端车有长度20-30mm的丝(104)。A1、A2、A3和A4的连接处通过焊接牢固连接。

(2)所述的连接杆(结构单元B)采用的钢管与顶杆(结构单元A)相同，其长度为500-700mm，外径与顶杆(结构单元A)钢管的内径相同，内径两端车有长度为20-30mm但方向相反的丝(201)。并且在连接杆(结构单元B)的中间位置焊接有长度为80-100mm的两个圆柱形手柄(202)。

(3)所述的底杆(结构单元C)采用与顶杆(结构单元A)同直径的钢管，其长度为500-600mm，一端车有长度20-30mm的丝(301)，另一端的端截面与底杆(结构单元C)的纵轴线垂直，距端截面30mm处开有直径为8-10mm的两个圆孔(302)，并使两圆孔的中心在同一条直线上。

(4)所述的基座(结构单元D)由方钢板(D1)、两个耳翼(D2、D3)和四个固定锥(D4-D7)构成，其中方钢板(D1)为长300mm，宽300mm，厚10-12mm的Q235B钢板；耳翼(D2)和耳翼(D3)为直径100mm的半圆(403)，两耳翼相距60-80mm，其材质及厚度与方钢板(D1)相同，并开有两个直径为12-16mm的圆孔(404)；固定锥(D4-D7)为直径16-20mm长为100-150mm的HRB335钢筋构成，一端截面(405)与钢筋纵轴线垂直，另一端为长度为50mm的圆锥体(406)。两个耳翼(D2、D3)对称且垂直焊接在方钢板(D1)之上，而固定锥(D4-D7)对称且垂直焊接在方钢板(D1)之下，此四处位置中心距方钢板(D1)的四个顶角各为80-100mm。

(5)所述的销钉(结构单元E)为一直径10mm的销钉(501)，材质为HPB300钢筋，且末端带有防销钉脱落的钢卡子(502)。

具体工作原理为：首先，连接杆(结构单元B)通过丝扣将带有U型卡槽的顶杆(结构单元A)和底杆(结构单元C)连接，通过销钉(501)将底杆(结构单元C)和带有固定锥(D4-D7)的基座(结构单元D)连接，配合使用防销钉(501)脱落的钢卡子(502)形成所述的本实用新型，在黄土隧道拱圈部位钢拱架单元(602、603)拼接过程中，该装置下端通过固定锥(D4-D7)固定在核心土上(607)，装置上端的U型卡槽(A1、A2、A3)顶紧待拼接的钢拱架单元(602)下翼缘板上(605)，采用另外一个同样装置通过U型卡槽(A1、A2、A3)与待拼接的钢拱架单元(603)下翼缘板上(606)。在两个同样装置的协同工作下，通过转动连接杆(结构单元B)的手柄(202)可方便快捷地调整拱圈部位待拼接的两个钢拱架单元的高度，在不费较大力气的情况下可方便对齐钢拱架单元连接钢板的预留孔(609)，施工人员可方便快捷地通过高强度螺栓(608)将待拼接的钢拱架单元连接起来。

实例1

某三车道浅埋高速公路黄土隧道设计采用三台阶七步开挖法施工，初期支护中钢拱架采用间距0.5m的I22a，纵向连接筋采用直径22mm的HRB335钢筋，核心土(607)形状为梯形，核心土顶面距离拱顶最大开挖轮廓线(604)为1.2m。起拱线以上初期支护型钢拱架由三个拱架单元拼接而成，其中较短的拱架单元在核心土的正上方。

装置侧翼(A1、A2)均采用长50mm直径42mm壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，端平面(101)与其钢管纵轴线垂直，斜截面(102)与钢管纵轴线成45°夹角；侧翼连接杆(A3)采用长度120mm同直径同壁厚的钢管；端头车有丝的连接杆(A4)采用长600mm同直径同壁厚的钢管，其一端截面为两凹槽(103)，另一端车有长度30mm的丝(104)。A1、A2、A3、A4连接处通过焊接牢固连接。连接杆(结构单元B)长度为700mm，外径与顶杆(结构单元A)的内径相同，内径两端车有长度为300mm反向丝(201)。中间位置焊接有两个长度为100mm圆柱形的手柄(202)。底杆(结构单元C)长度为600mm，一端车有长度30mm的丝(301)，距端截面30mm处开有直径为10mm的两个圆孔(302)。基座(结构单元D)的方钢板(D1)采用边长300mm厚12mm的Q235B方钢板；耳翼(D2、D3)为直径100mm的半圆(403)，两子单元相距60mm，开有两个直径为10mm的圆孔(404)；固定锥(D4-D7)为直径20mm长为150mm的HRB335钢筋构成，一端截面(405)与钢筋纵轴线垂直，另一端为长度为50mm的圆锥体(406)。两耳翼(D2、D3)和固定锥(D4-D7)分别对称且垂直焊接在方钢板(D1)之上和之下。销钉(结构单元E)采用直径6mm材质为HPB300的圆柱形钢筋(501)，且末端带有防销钉脱落的钢卡子(502)。

首先，连接杆(结构单元B)通过丝扣将带有U型卡槽的顶杆(结构单元A)和底杆(结构单元C)连接，通过销钉(501)将底杆(结构单元C)和带有固定锥(D4-D7)的基座(结构单元D)连接，配合使用防销钉(501)脱落的钢卡子(502)形成所述的本实用新型，在黄土隧道拱圈部位钢拱架单元(602、603)拼接过程中，该装置下端通过固定锥(D4-D7)固定在核心土上(607)，装置上端的U型卡槽(A1、A2、A3)顶紧待拼接的钢拱架单元(602)下翼缘板上(605)，采用另外一个同样装置通过U型卡槽(A1、A2、A3)与待拼接的钢拱架单元(603)下翼缘板上(606)。在两个同样装置的协同工作下，通过转动连接杆(结构单元B)的手柄(202)可方便快捷地调整拱圈部位待拼接的两个钢拱架单元的高度，在不费较大力气的情况下可方便对齐钢拱架单元连接钢板的预留孔(609)，施工人员可方便快捷地通过高强度螺栓(608)将三个待拼接的钢拱架单元连接起来。

实例2

某两车道浅埋高速公路黄土隧道设计采用两台阶四步开挖法施工，初期支护中钢拱架采用间距0.5m的I20a，纵向连接筋采用直径22mm的HRB335钢筋，核心土(607)形状为梯形，核心土顶面距离拱顶最大开挖轮廓线(604)为1.6m。起拱线以上初期支护型钢拱架由两个拱架单元拼接(602、603)而成，待拼接的拱架单元连接钢板在核心土(607)的正上方。

装置侧翼(A1、)A2均采用长50mm直径42mm壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，端平面(101)与其钢管纵轴线垂直，斜截面(102)与钢管纵轴线成45°夹角；侧翼连接杆(A3)采用长度120mm同直径同壁厚的钢管；端头车有丝的连接杆(A4)采用长550mm同直径同壁厚的钢管，其一端截面为两凹槽(103)，另一端车有长度25mm的丝(104)。A1、A2、A3、A4连接处通过焊接牢固连接。连接杆(结构单元B)长度为600mm，外径与顶杆(结构单元A)的内径相同，内径两端车有长度为250mm反向丝(201)。中间位置焊接有两个长度为100mm的圆柱形手柄(202)。底杆(结构单元C)长度为550mm，一端车有长度20mm的丝(301)，距端截面30mm处开有直径为10mm的两个圆孔(302)。基座(结构单元D)的方钢板(D1)采用边长300mm厚10mm的Q235B方钢板；耳翼(D2、D3)为直径10mm的半圆(403)，两子单元相距80mm，开有两个直径为8mm的圆孔(404)；固定锥(D4-D7)为直径18mm长为120mm的HRB335钢筋构成，一端截面(405)与钢筋纵轴线垂直，另一端为长度为50mm的圆锥体(406)。两耳翼(D2、D3)和固定锥(D4-D7)分别对称且垂直焊接在方钢板(D1)之上和之下。销钉(结构单元E)采用直径6mm材质为HPB300的圆柱形钢筋(501)，且末端带有防销钉脱落的钢卡子(502)。

工作原理同实施例1，采用该装置可方便快捷地调整拱圈部位待拼接的两个钢拱架单元(602、603)的高度，施工人员在不费较大力气的情况下可方便快捷地通过高强度螺栓(608)将两个待拼接的钢拱架单元连接起来。

上述具体实施方式只是本实用新型的一个优选实施例，并不是用来限制本实用新型的实施与权利要求范围的，凡依据本实用新型申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (1)

1.一种便于拼接黄土隧道拱圈部位钢拱架单元的装置，其特征在于：其由顶杆（A）、连接杆（B）、底杆（C）、基座（D）和销钉（E）共五个单元组成；

所述的顶杆（A）由侧翼（A1、A2）、侧翼连接杆（A3）和端头设置有螺纹的连接杆（A4）构成；

连接杆（B）外径与顶杆（A）内径相同，两端设置有方向相反的螺纹；

底杆（C）一端设置有螺纹，另一端在距端截面一定位置处开有直径相同的两个圆孔，且圆孔中心在同一条直线上；

基座（D）由方钢板（D1）、两个耳翼（D2、D3）和四个固定锥（D4-D7）构成，其中方钢板（D1）为Q235B钢板；两个耳翼（D2、D3）分别开有圆孔，其材质及厚度与方钢板（D1）相同并与其牢固焊接；四个固定锥（D4-D7）均为同直径的HRB335钢筋，一端截面与钢筋纵轴线垂直，另一端为圆锥体，垂直焊接在方钢板（D1）的之下；

销钉（E）为一圆柱体，材质为HPB300钢筋，且末端带有防销钉脱落的钢卡子。