一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置及其换拱方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201710138402.1

申请日:

2017.03.09

公开号:

CN106869960A

公开日:

2017.06.20

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效 IPC(主分类):E21D 11/00申请日:20170309|||公开

IPC分类号:

E21D11/00; E21D11/18

主分类号:

E21D11/00

申请人:

洛阳理工学院

发明人:

高富强; 张坤; 史佳良; 李淑芳; 李安杰; 郭进军; 韩志会; 黄强; 何朋立; 王乐平; 王晓强; 刘鹏; 刘翠然; 贾晓峰; 贾晓乐; 温艳洁; 左群峰

地址:

471000 河南省洛阳市高新区丰华路8号银昆科技园1号楼

优先权:

专利代理机构:

洛阳公信知识产权事务所(普通合伙) 41120

代理人:

魏新培

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内容摘要

一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置及其换拱方法,该装置包括环形反力架和两个移动架,两个移动架均沿隧道的行进方向延伸放置,环形反力架的两端分别对应安装在两个移动架上,环形反力架的外周面设有多个用于压接在隧道内部支护的钢拱架上的千斤顶;其中,环形反力架为多榀,相邻两榀环形反力架之间通过纵向连接杆相互连接,位于同一榀的环形反力架上的各千斤顶对应支撑隧道内部同一榀的钢拱架。该装置的换拱方法实现拆除??重作交替进行,直至完成整片拱架的换拱施工,施工效率高,可以方便快捷的完成隧道换拱支护作业,可以为隧道换拱提供安全的施工作业环境。

权利要求书

1.一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置,其特征在于:该装置包括环形反力架和
两个移动架,两个移动架均沿隧道的行进方向延伸放置,环形反力架的两端分别对应安装
在两个移动架上,环形反力架的外周面设有多个用于压接在隧道内部支护的钢拱架上的千
斤顶;其中,环形反力架为多榀,相邻两榀环形反力架之间通过纵向连接杆相互连接,位于
同一榀的环形反力架上的各千斤顶对应支撑隧道内部同一榀的钢拱架。
2.根据权利要求1所述的一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置,其特征在于:环形
反力架个数为三榀以上的奇数,位于中心的环形反力架对应待拆除的初次支护的钢拱架。
3.根据权利要求1所述的一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置,其特征在于:环形
反力架包括内弧形钢板、外弧形钢板和设在内弧形钢板和外弧形钢板之间的檀条,檀条的
两端分别与内弧形钢板和外弧形钢板固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置,其特征在于:移动
架包括沿隧道行进方向延伸放置的工字梁,工字梁的底部安装有移动轮,工字梁的上端面
设有两个T型槽,T型槽的长度方向沿工字梁的长度方向延伸设置,内弧形钢板和外弧形钢
板的端部分别对应配合连接在两个T型槽中,且两个T型槽的槽底均布有螺纹孔,内弧形钢
板和外弧形钢板的两端分别通过穿过螺纹孔的定位螺钉固定在两个工字梁上。
5.根据权利要求1所述的一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置,其特征在于:纵向
连接杆的两端分别设有正丝扣和反丝扣,环形反力架上设有与丝扣对应连接的吊耳。
6.根据权利要求5所述的一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置,其特征在于:纵向
连接杆由中间杆和两个螺杆组成,中间杆的两端设有旋向相同的内螺纹孔,两个螺杆分别
通过各自一端部设置的外螺纹连接在中间杆两端的内螺纹孔中,正丝扣和反丝扣分别设在
两个螺杆的另一端。
7.利用权利要求1所述的一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置进行换拱的方法,
其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1)、将该换拱装置推进到隧道侵限区域,调整环形反力架在移动架上的位置,使
多榀环形反力架位于相邻多榀钢拱架的正下方;
步骤(2)、搭设纵向连接杆,利用纵向连接杆调整相邻环形反力架之间的间距,使各环
形反力架与各钢拱架对应设置,多榀环形反力架形成稳固整体;
步骤(3)、启动多榀环形反力架上的全部千斤顶,使千斤顶紧密压接在支护的钢拱架
上;
步骤(4)、对于位于中间的环形反力架的支撑区域,从钢拱架一侧的拱脚开始,依次卸
除环形反力架上的千斤顶,每卸载一个千斤顶,拆除一片拱架后重新安装一片新拱架,并再
次对新拱架用千斤顶压紧,拆除-重新安装交替进行,直至完成整榀钢拱架的换拱施工;
步骤(5)、卸除该装置的全部千斤顶,推动该换拱装置,至其位于中间的环形反力架支
护在与步骤(4)完成换拱的钢拱架相邻的钢拱架上,重复步骤(2)至步骤(4)的操作。

说明书

一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置及其换拱方法

技术领域

本发明涉及隧道工程施工领域,具体涉及一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装
置及其换拱方法。

背景技术

目前,隧道工程施工一般采用新奥法,即隧道开挖后充分利用围岩自身的承载能
力,由初次支护限制围岩变形并与围岩共同受力,待围岩变形稳定后施作二次衬砌作为强
度储备。在隧道的钢拱架上初次支护施作后,因地质条件差、偏压、地下水、施工组织不到位
等原因,容易在隧道施工过程中产生拱顶和边帮变形过大现象,导致初次衬砌侵限,即初次
衬砌侵入二次衬砌厚度界限的现象。为保证隧道结构安全,需进行隧道初支拱架的替换。通
常的做法是:在侵限段支护、注浆,拆除侵限拱架,之后扩挖、安装新拱架,再次进行初次支
护的喷混凝土作业。

应当指出的是,现行“换拱”方法在侵限支护、拆除和注浆等方面存在施工程序繁
杂、安全隐患突出等问题。如在侵限支护时,常在隧道换拱区域采用板、柱、梁等搭设支护台
架,对换拱区域的初次支护进行加固,但是新旧刚架的节点连接薄弱、纵向连接杆强度差等
容易导致支护强度不足,影响支护安全。在拱架拆除时,多是采用冲击钻或破碎锤破坏初支
混凝土,缺乏拆除拱的支护保护,容易导致混凝土崩落和拱架坍塌,危及施工人员安全。注
浆加固是提高围岩稳定性的有效措施,但是在很多工程中出现了注浆固结无效,甚至软化
围岩的现象,这在隧道换拱时是非常危险的。因此,为了提高隧道侵限段换拱作业的安全和
效率,迫切需要开发一种隧道换拱装置,以便高效、安全的完成换拱作业。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点和不足,提供了一种隧道初次支护侵
限段的移动换拱装置及其换拱方法。

本发明所采用的技术方案为:一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置,该装置
包括环形反力架和两个移动架,两个移动架均沿隧道的行进方向延伸放置,环形反力架的
两端分别对应安装在两个移动架上,环形反力架的外周面设有多个用于压接在隧道内部支
护的钢拱架上的千斤顶;其中,环形反力架为多榀,相邻两榀环形反力架之间通过纵向连接
杆相互连接,位于同一榀的环形反力架上的各千斤顶对应支撑隧道内部同一榀的钢拱架。

其中,环形反力架个数为三榀以上的奇数,位于中心的环形反力架对应待拆除的
初次支护的钢拱架。

其中,环形反力架包括内弧形钢板、外弧形钢板和设在内弧形钢板和外弧形钢板
之间的檀条,檀条的两端分别与内弧形钢板和外弧形钢板固定连接。

进一步地,移动架包括沿隧道行进方向延伸放置的工字梁,工字梁的底部安装有
移动轮,工字梁的上端面设有两个T型槽,T型槽的长度方向沿工字梁的长度方向延伸设置,
内弧形钢板和外弧形钢板的端部分别对应配合连接在两个T型槽中,且两个T型槽的槽底均
布有螺纹孔,内弧形钢板和外弧形钢板的两端分别通过穿过螺纹孔的定位螺钉固定在两个
工字梁上。

其中,纵向连接杆的两端分别设有正丝扣和反丝扣,环形反力架上设有与丝扣对
应连接的吊耳。

进一步地,纵向连接杆由中间杆和两个螺杆组成,中间杆的两端设有旋向相同的
内螺纹孔,两个螺杆分别通过各自一端部设置的外螺纹连接在中间杆两端的内螺纹孔中,
正丝扣和反丝扣分别设在两个螺杆的另一端。

利用上述的一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置进行换拱的方法,包括以下
步骤:

步骤(1)、将该换拱装置推进到隧道侵限区域,调整环形反力架在移动架上的位置,使
多榀环形反力架位于相邻多榀钢拱架的正下方;

步骤(2)、搭设纵向连接杆,利用纵向连接杆调整相邻环形反力架之间的间距,使各环
形反力架与各钢拱架对应设置,多榀环形反力架形成稳固整体;

步骤(3)、启动多榀环形反力架上的全部千斤顶,使千斤顶紧密压接在支护的钢拱架
上;

步骤(4)、对于位于中间的环形反力架的支撑区域,从钢拱架一侧的拱脚开始,依次卸
除环形反力架上的千斤顶,每卸载一个千斤顶,拆除一片拱架后重新安装一片新拱架,并再
次对新拱架用千斤顶压紧,拆除-重新安装交替进行,直至完成整榀钢拱架的换拱施工;

步骤(5)、卸除该装置的全部千斤顶,推动该换拱装置,至其位于中间的环形反力架支
护在与步骤(4)完成换拱的钢拱架相邻的钢拱架上,重复步骤(2)至步骤(4)的操作。

有益效果:1、环形反力架上沿其环向设置有千斤顶,环形反力架的底部安装在工
字梁上,环形反力架可在工字梁上移动和定位,整个装置通过工字梁下部的移动轮在隧道
底板或仰拱上行走,便于移动换拱。

2、该装置的两个移动架沿隧道的行进方向延伸放置,环形反力架呈拱形设置在移
动架上,环形反力架的下方区域不影响隧道内的其他施工;且工字梁通过移动轮在隧道内
行走,使环形反力架能够平稳移动。

3、该移动换拱装置在使用时,将该装置推进在隧道侵限换拱区,调整环形反力架
在工字梁上的位置并用定位螺栓固定,环形反力架的位置可在移动架上微调;搭设纵向连
接杆,启动千斤顶使其支撑在初次支护相邻的多榀钢拱架上,依次卸除位于中间位置的位
于同一个环形反力架上的千斤顶,每卸载环形反力架上的一个千斤顶,拆除一片拱架,紧接
着安装一片新拱架,再次对新装的拱架用千斤顶压紧,该装置实现拆除-重作交替进行,直
至完成整片拱架的换拱施工,施工效率高,可以方便快捷地完成隧道换拱支护作业,为隧道
换拱提供安全的施工作业环境;其结构简单,使用方便,成本低廉,便于推广应用。

附图说明

图1为隧道施工标准断面图;

图2为隧道施工断面的A-A断面剖视图;

图3为隧道换拱装置工作图;

图4为图3中B-B断面剖视图;

图5为纵向连接杆结构图;

图6为图4中,位于中间的环形反力架上第一片拱架拆除及置换断面图。

附图标记:1、环形反力架,2、工字梁,3、千斤顶,4、定位螺栓,5、移动轮,6、纵向连
接杆,7、仰拱,8、换拱区,9、初次支护,10、钢拱架,11、二次衬砌,12、移动架,13、内弧形钢
板,14、外弧形钢板,15、檩条,16、中间杆,17、螺杆,18、正丝扣,19、反丝扣。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的
理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。

隧道施工断面及结构分布如图1和图2所示,支护结构采用复合式衬砌,初次支护9
内含钢拱架10,钢拱架10包括仰拱7,二次衬砌11为现浇模筑钢筋混凝土。隧道施工采用现
有的三台阶七步开挖法。

一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置,如图3所示,包括环形反力架1和两个
移动架12,移动架12为两个且均沿隧道的行进方向延伸放置,如图4所示,移动架12包括沿
隧道行进方向延伸放置的工字梁2和设在工字梁2底部的移动轮5。

如图3所示,环形反力架1的两端分别对应安装在两个移动架12上,环形反力架1的
外周面设有多个用于压接在隧道内部支护的钢拱架上的千斤顶3,优选的,千斤顶为液压千
斤顶;其中,环形反力架1包括内弧形钢板13、外弧形钢板14和设在内弧形钢板13和外弧形
钢板14之间的檀条15,檀条15的两端分别与内弧形钢板13和外弧形钢板14连接固定,内弧
形钢板13和外弧形钢板14的两端分别通过穿过螺纹孔的定位螺钉4固定在两个工字梁2上。
其中,工字梁2的上端面设有两个T型槽,T型槽的长度方向沿工字梁2的长度方向延伸设置,
内弧形钢板13和外弧形钢板14的端部分别对应配合滑动连接在两个T型槽中,且两个T型槽
的槽底均布有螺纹孔,工字梁上端面设置的T型槽以及内弧形钢板和外弧形钢板端部滑动
配合连接在T型槽的具体结构未标示在附图中,其具体结构参照现有技术的滑轨结构,还可
以根据实际情况,将T型槽替换为燕尾槽等滑轨结构。

其中,环形反力架1为多榀,相邻两榀环形反力架1之间通过纵向连接杆6相互连
接,位于同一榀的环形反力架1上的各千斤顶3对应支撑隧道内部同一榀的钢拱架10。优选
的,环形反力架1个数为三榀以上的奇数,位于中心的环形反力架1对应待拆除的初次支护
的钢拱架10。

如图4所示,环形反力架1为三榀,每一榀环形反力架1上的千斤顶3对应支撑一榀
钢拱架10,位于中间的环形反力架1为换拱作业区,即位于中间的环形反力架1对应待拆除
的初支钢拱架,相邻两榀环形反力架1之间通过纵向连接杆6相互连接,纵向连接杆6的两端
分别设有正丝扣18和反丝扣19。工作时,按照拆除顺序,逐步由千斤顶卸载-初支钢拱架拆
除-扩挖-安装新的初支拱架-喷浆-千斤顶加载,实现某部拱架替换,图6为中间环形反力架
上第一片拱架拆除及置换断面图;如此循环,可实现整环拱架的替换。待初支稳定后,卸载
全部千斤顶,将环形反力架移动到工字梁上其他位置,可进行下榀拱架的替换。

如图5所示,纵向连接杆6由中间杆16和两个螺杆17组成,中间杆16的两端设有旋
向相同的内螺纹孔,两个螺杆17分别通过各自一端部设置的外螺纹连接在中间杆16两端的
内螺纹孔中,正丝扣18和反丝扣19分别设在两个螺杆17的另一端。

利用上述的一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置进行换拱的方法,具体包括
以下步骤:

步骤(1)、将该换拱装置推进到隧道侵限区域,调整环形反力架1在移动架12上的位置,
使多榀环形反力架1位于相邻多榀钢拱架10的正下方;

步骤(2)、搭设纵向连接杆,利用纵向连接杆6调整相邻环形反力架1之间的间距,如图4
所示,为三榀环形反力架1,调整各环形反力架1在工字梁2上的位置,使各环形反力架1与各
钢拱架10对应设置,并用定位螺栓4将支座固定在工字梁2上,多榀环形反力架1形成稳固整
体;

步骤(3)、启动多榀环形反力架1上的全部千斤顶3,使千斤顶3紧密压接在支护的钢拱
架10上;

步骤(4)、对于位于中间的环形反力架1的支撑区域,从钢拱架10一侧的拱脚开始,依次
卸除环形反力架1上的千斤顶3,每卸载一个千斤顶,拆除一片拱架后重新安装一片新拱架,
并再次对新拱架用千斤顶压紧,拆除-重新安装交替进行,直至完成整榀钢拱架的换拱施
工;如图6所示,对于图4中对应的中间环形反力架支撑区域,从一侧拱脚开始,依次卸除环
形反力架1上的千斤顶3,每卸载一个千斤顶、拆除一片拱架、紧接着安装一片新拱架、并再
次对新装片拱用千斤顶压紧,拆除-重作交替进行,直至完成整片拱架的换拱施工,图中的
标记8为完成的换拱区;

步骤(5)、卸除该装置的全部千斤顶3,推动该换拱装置,至其位于中间的环形反力架1
支护在与步骤(4)完成换拱的钢拱架相邻的钢拱架上,重复步骤(2)至步骤(4)的操作。

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一种隧道初次支护侵限段的移动换拱装置及其换拱方法,该装置包括环形反力架和两个移动架,两个移动架均沿隧道的行进方向延伸放置,环形反力架的两端分别对应安装在两个移动架上,环形反力架的外周面设有多个用于压接在隧道内部支护的钢拱架上的千斤顶;其中,环形反力架为多榀,相邻两榀环形反力架之间通过纵向连接杆相互连接,位于同一榀的环形反力架上的各千斤顶对应支撑隧道内部同一榀的钢拱架。该装置的换拱方法实现拆除?重作。

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