[发明专利]一种分节一体化铸造隧道钢拱架结构及其支护方法

说明书

一种分节一体化铸造隧道钢拱架结构及其支护方法，沿拱架延伸方向分成若干单元节，单元节为一体化铸件，横断面为规则矩形，包括迎土侧受力杆、侧向抗剪支撑杆、背土侧受力杆、受力杆件连接杆和分节连接板，相邻单元节之间通过穿过两个分节连接板的螺栓安装，形成整体的钢拱架结构。本发明钢拱架在工厂预制，钢材一体化浇铸成形整体性好，加工精度高，质量易保证，同时侧向抗剪支撑杆件与迎土侧受力杆件、背土侧受力杆件整体预制为一体，具有极好的抗剪性能，可有效保证整体钢拱架的受力性能，同时避免传统初期支护现场人工焊接及加工格栅钢架，减少钢筋截断损耗，降低造价，节约工期，适用于各类需要采用初期支护的暗挖隧道施工。

技术领域

本发明涉及隧道拱架技术领域，具体涉及一种可以用于暗挖隧道施工的分节一体化铸造隧道钢拱架结构，适用于各类需要采用初期支护的暗挖隧道施工。

背景技术

随着城市地下空间的不断开发，地下工程施工受地上环境及地下建构筑物的制约越来越大，暗挖法由于对周边环境的影响相对较小且断面适应性强，得到了越来越多的工程应用，但传统的暗挖隧道初期支护及二次衬砌施工存在诸多问题。

传统暗挖隧道初期支护的常用形式是格栅钢架，由于格栅钢架需要在施工现场加工制作，受操作工人熟练度影响，加工制作精度（尤其连接板的尺寸及角度偏差）难以保证，经常出现格栅钢架两部分连接板错位，导致螺栓难以拧进的情况，工人调整架设困难，施工速度降低；同时，在加工格栅钢架内部支撑筋时，采用现场直接压弯成型法，“之”字筋或“8”字筋强度损失严重，从而增加了施工安全风险；此外，由于格栅钢架主筋、之字筋、螺栓连接板等材料均采用钢筋及钢材，导致钢筋及钢材的边角料废弃较多，造成材料浪费，同时加工需要现场焊接及人工加工，需要大量人工成本，导致工程造价升高。

目前，国内虽然进行了大量的初期支护工厂预制的研究，但是目前的初期支护预制均为预制成混凝土板，自重大，吊装运输及安装均很困难，近期出现了一种分段设置的钢格栅，虽然搬运方便，但增加了施工的繁琐性。因此，目前亟需一种新型的隧道支护结构。

发明内容

本发明目的在于提供一种分节一体化铸造隧道钢拱架结构及其支护方法，解决现有格栅钢架需要在施工现场加工制作、加工制作精度难以保证、工人调整架设困难、钢筋强度损失严重、施工速度低且安全风险大的技术问题，以及施工繁琐、钢材材料浪费严重、人工成本高导致的工程造价高的技术问题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种分节一体化铸造隧道钢拱架结构，其特征在于：沿拱架延伸方向分成若干单元节，所述单元节为一体化铸件；所述单元节的横断面为规则矩形，包括迎土侧受力杆、侧向抗剪支撑杆、背土侧受力杆、受力杆件连接杆和分节连接板；所述迎土侧受力杆有两条，并行设于迎土侧；所述背土侧受力杆有两条，并行设于背土侧，所述背土侧受力杆形成的面与迎土侧受力杆形成的面始终等距设置；所述受力杆件连接杆设于两根迎土侧受力杆、两根背土侧受力杆之间；所述侧向抗剪支撑杆设于同一侧面的迎土侧受力杆和背土侧受力杆之间；所述分节连接板设于每个单元节的首尾两端，其上开设有螺栓孔；相邻单元节之间通过穿过两个分节连接板的螺栓安装，形成整体的钢拱架结构。

其中，作为本发明的优选方案，所述单元节共4个，包括拱形底部的水平节、两侧竖向节以及顶部的拱形节，所述水平节的分节连接板设于两侧上端面上，所述竖向节底部的分节连接板与水平节的分节连接板螺栓连接，顶部的分节连接板与拱形节两侧底部的分节连接板螺栓连接。

进一步的，所述单元节的重量不大于50kg，且不在弯矩最大处分节。

进一步的，所述侧向抗剪支撑杆包括侧向斜撑和侧向横撑，所述侧向斜撑和侧向横撑均为直线杆。

进一步的，所述分节连接板的两侧分别垂直设置加强板，所述加强板位于两根迎土侧受力杆或两根背土侧受力杆所形成的面内。