[发明专利]一种基于隧道机械化全断面开挖的钢架及其施工方法

说明书

本发明公开了一种基于隧道机械化全断面开挖的钢架及其施工方法，该钢架包括拱部格栅钢架单元和位于其两端的侧部格栅钢架单元，所述拱部格栅钢架单元和所述侧部格栅钢架单元铰接，并在工厂预制成整体结构。从受力角度，本发明所述的钢架，大幅减少钢架单元及连接接头数量，尽最大程度减少对钢架整体受力强度的削弱，保证了钢架支护强度，钢架形成整体，举升后定位难度低、效率高，能够通过多臂钢架安装台车直接整体举升钢架，机械化作业，减少了施工作业人员数量，提高了施工安全性，施工人员作业环境良好，节约了人力成本及劳动强度，可大幅缩短单工序作业时间，整体上加快了隧道初支施工作业进度，经济效益明显，节约了施工成本。

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，特别涉及一种基于隧道机械化全断面开挖的钢架及其施工方法。

背景技术

目前，我国高速铁路山岭隧道基本采用复合式衬砌支护结构，即包括初期支护与二次衬砌，这是基于新奥法发展起来的一种有效的支护方法。其中，初期支护结构在施工过程中极为重要，直接影响到施工安全，一般采用喷锚网组合结构形式，在IV、V级围岩地段设置格栅钢架或型钢钢架加强支护。但传统隧道修建过程中，受限于理论、技术、工艺、装备的影响，大多采用人工多台阶分部施工工法，即将隧道断面分为多个部分、多个台阶进行开挖、支护，施工时开挖一部分支护一部分。在安装初期支护钢架时一般采用人工作业，即将隧道整环钢架分成多个单元，每个单元采用接头连接成一个整体，接头一般由钢板和螺栓组成。

目前，隧道钢架安装时，由于钢架重量较大，人工安装时劳动力强度限制，不得不将整环钢架分成多个单元，一般拱墙钢架分为7个单元以上，每个单元都采用人工作业施工。

1、从受力角度，钢架单元及连接结构过多，破坏了钢架的整体性，削弱了钢架的支护强度，易在连接结构处发生变形甚至破坏。

2、钢架安装时，由于重量较大，通常需要多个作业人员一同作业，作业环境极差，施工安全难以保障。

目前尽管极少数情况试验了钢架安装台车机械化施工作业，即采用多个机械臂分别独立举升钢架单元，通过定位系统，将各钢架单元连接结构对准，再将作业人员举升进行接头处螺栓连接，以完成整环钢架的拼装作业。但该施工方法对机械施工的精度要求高，导致施工效率低，单工序作业时间较长，经济性较差，且成本较高，无法发挥机械化施工的优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的隧道施工初期支护钢架通过机械臂配合人工安装，施工的精度要求高，施工效率低，单工序时间较长，经济性较差，成本较高的上述不足，提供一种基于隧道机械化全断面开挖的钢架及其施工方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于隧道机械化全断面开挖的钢架，包括拱部格栅钢架单元和位于其两端的侧部格栅钢架单元，所述拱部格栅钢架单元和所述侧部格栅钢架单元工厂预制成整体结构；

所述拱部格栅钢架单元端部设有第一连接钢板，所述第一连接钢板连接若干个第一格栅主筋，相邻两个所述第一格栅主筋之间连接一个第一U型筋，每个所述第一U型筋底部连接于所述第一连接钢板；

所述侧部格栅钢架单元的一端设有第二连接钢板，所述第二连接钢板连接若干个第二格栅主筋，相邻两个所述第二格栅主筋之间连接一个第二U型筋，每个所述第二U型筋底部连接于所述第二连接钢板；

还包括铰接部件和锁定部件，所述铰接部件连接于所述第一连接钢板和所述第二连接钢板，所述锁定部件用于所述第一连接钢板和所述第二连接钢板转动抵接后的锁定连接，所述侧部格栅钢架单元能够相对所述拱部格栅钢架单元朝拱内侧转动0°至150°。