本發明涉及一種裝配式地下工程支護拱架節點自動連接裝置及施工方法。

背景技術：

近年來，隨著城市的不斷發展，我國地下工程建設取得了舉世矚目的成就，已成為世界地下工程建設規模和建設速度第一大國，同時在設計和施工技術水平上也有了很大提高。隨著建設規模和速度的迅猛發展，對地下工程初期支護的施工安全及效率等要求越來越高，而而目前作為我國地下工程支護的鋼拱架依舊采用現場人工安裝方式，安裝過程中需要大量工人在現場未支護空間進行長時間的高強度施工作業，其安全性及施工效率越發難以滿足當前地下工程建設發展基礎下的施工要求，成為限制地下工程建設進一步發展的瓶頸，因此拱架的機械化裝配成為地下工程支護施工技術發展的必然趨勢。在此背景條件下，傳統的拱架節點連接方式需要進行相應的改進以配合現場拱架的機械化施工。

傳統的拱架連接方式主要存在以下不足：

(1)工人數量多，勞動強度大。現有拱架多采用法蘭、套管連接，現場安裝時，需大量人工進行配合施工。

(2)安全性差，施工速度慢。拱架連接過程中，工人需在未支護空間進行長時間的施工，安全性難以保證，且人工拼裝費時費力，嚴重影響了施工速度。

(3)現有拱架連接方式均無法配合拱架的機械化現場施工。

技術實現要素：

本發明為了解決上述問題，提出了一種裝配式地下工程支護拱架節點自動連接裝置及施工方法，本發明能夠有效配合拱架機械化裝配施工，提高工人施工安全性，同時極大程度縮短了施工周期。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種裝配式地下工程支護拱架節點自動連接裝置，包括分別固定于一節拱架兩端的固定導向板和承壓板，所述導向板和承壓板設置有相互配合的銷軸連接機構，拱架之間通過銷軸連接機構連接在一起。

所述固定導向板側面呈L型，包括連接板和導向豎板，連接板后端為單軸套結構，導向豎板前端為導向弧板結構，與承壓板對應位置設置有貫穿孔。所述連接板設置連接拱架的連接凹槽。所述凹槽形狀與焊接拱架截面相同，約束混凝土拱架節點凹槽中間部分可留設排漿孔，排漿孔與相匹配的排漿管連接進行排漿。

所述排漿管可分為螺紋排漿管和磁鐵排漿管，所述螺紋排漿管為一端帶有外螺紋的細鋼管，螺紋與排漿管內螺紋相匹配；所述磁鐵排漿管為一端帶有開孔高強磁鐵的細鋼管，鋼管與排漿孔對應。

所述承壓板內部設置貫通孔，孔內設置可拆卸自動彈出裝置，所述可拆卸自動彈出裝置與貫穿孔相匹配，可卡套在貫穿孔內，承壓板后端兩側有與單軸套結構相配合的帶孔耳板。

所述耳板沿鋼板側面向后彎曲向上延伸，耳板端頭部分呈圓弧狀，且中間開孔與固定板軸套一致，活動銷軸通過耳板孔和固定板軸套將鋼板節點連接在一起。所述承壓板內部的貫通孔內部依次為螺紋段、常規段和卡環段，所述卡環段前端設置有圓形凸腔，內徑尺寸小于螺紋段和常規段。

所述可拆卸自動彈出裝置包括螺紋桿、彈簧和固定銷，所述螺紋桿為單直徑全螺紋桿件，螺紋參數與螺紋圓孔相匹配，所述固定銷后端帶有不能穿過卡環段凸腔的圓形底座，前端為球狀結構。

所述可拆卸自動彈出裝置通過內部彈簧，使固定銷前端伸出孔外，所述固定導向板繞活動銷軸轉動時，豎板導向結構擠壓固定銷，彈簧內縮，當兩鋼板貼合后，固定銷彈出并與導向豎板銷孔卡合，將節點鎖緊連接在一起。

所述銷軸連接機構包括固定導向板的軸套、承壓板的帶孔耳板以及活動連接軸套與耳板的活動銷軸。所述單軸套結構的長度小于鋼板寬度，且與活動銷軸參數相匹配。

所述導向板和承壓板繞活動銷軸為軸旋轉，旋轉角度0～360°。

上述節點自動連接裝置快速施工方法，其步驟如下：

1)節點焊接：拱架加工時，將相鄰兩節拱架分別插入各自節點下部對應的凹槽中，焊接固定，其中活動銷軸位于拱架內側；

2)節點排漿：拱架灌注時，利用灌漿泵通過留設灌漿孔自下而上進行每節拱架的混凝土灌注，至連接節點上部的排漿管冒漿為止；

3)節點連接：拱架連接時，將相鄰兩節拱架節點相互靠近，用銷軸連接機構連接兩節拱架，并用卡銷固定防止銷軸脫出，依次連接其余拱架；

4)節點折疊：拱架運輸時，利用機械手進行拱架折疊，拱架繞節點處活動銷軸轉動并折疊至占用空間最小；

5)節點卡合：拱架安裝時，安裝機機械手抓扣中間拱架舉升至既定位置并固定不動，輔助機械手配合展開兩側拱架，拱架節點自動卡合到位。

本發明的有益效果為：

(1)本發明節點結構簡單，焊接安裝方便，連接裝置由活動銷軸和節點鋼板組成，組裝靈活；

(2)本發明替換傳統法連連接，配合拱架機械化裝配，可大大減少現場工人數量，降低勞動強度，且工人無需在未支護空間中進行作業，極大提高了施工安全性；

(3)本發明節點卡合方便，加快施工速度。應用該連接裝置，在避免工人現場對接拼裝的同時，通過機械手展開拱架，節點自動卡合連接拱架，有效提高了拱架現場連接拼裝速度，縮短了施工周期，降低了施工成本。

(4)適用范圍廣。該連接裝置可應用于目前已有的可進行機械化拼裝的所有類型拱架，既適用于新型的約束混凝土拱架，包括方鋼、圓鋼以及U型約束混凝土拱架，也適用于常規工字鋼、H型鋼、方鋼、圓鋼以及U型鋼拱架等。

附圖說明

圖1為拱架節點自動連接裝置示意圖；

圖2(a)、圖2(b)為固定導向板俯視及主視圖；

圖3(a)、圖3(b)為組合承壓板俯視及主視圖；

圖4為可拆卸自動彈出裝置結構示意圖；

圖5為螺紋排漿管和磁鐵排漿管結構示意圖；

其中，1-固定導向板，2-承壓板，3-銷軸連接機構，4-連接板，5-導向豎板，6-固定板軸套，7-導向弧板結構，8-貫穿孔，9-連接凹槽，10-拱架，11-排漿孔，12-排漿管，13-螺紋排漿管，14-磁鐵排漿管，15-高強磁鐵，16-貫通孔，17可拆卸自動彈出裝置，18-帶孔耳板，19-螺紋段，20-常規段，21-卡環段，22-螺紋桿，23-彈簧，24-固定銷，25-活動銷軸。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種裝配式地下工程支護拱架節點自動連接裝置，其特征是：包括分別固定于一節拱架兩端的固定導向板1和承壓板2，所述導向板1和承壓板2設置有相互配合的銷軸連接機構3，拱架之間通過銷軸連接機構3連接在一起。

所述固定導向板1側面呈L型，包括連接板4和導向豎板5，連接板4后端為單軸套結構6，導向豎板5前端為導向弧板結構7，與承壓板2對應位置設置有貫穿孔8。

所述連接板4設置連接拱架的連接凹槽9。所述凹槽9形狀與焊接拱架10截面相同，約束混凝土拱架節點凹槽中間部分可留設排漿孔11，排漿孔11與相匹配的排漿管12連接進行排漿。

所述排漿管12可分為螺紋排漿管13和磁鐵排漿管14，所述螺紋排漿管13為一端帶有外螺紋的細鋼管，螺紋與排漿孔11內螺紋相匹配；所述磁鐵排漿管14為一端帶有開孔高強磁鐵15的細鋼管，鋼管與排漿孔對應。

所述承壓板2內部設置貫通孔16，孔內設置可拆卸自動彈出裝置17，所述可拆卸自動彈出裝置17與貫穿孔8相匹配，可卡套在貫穿孔8內，承壓板2后端兩側有與單軸套結構6相配合的帶孔耳板18。

所述耳板18沿鋼板側面向后彎曲向上延伸，耳板端頭部分呈圓弧狀，且中間開孔與固定板軸套6一致，活動銷軸通過耳板孔和固定板軸套將鋼板節點連接在一起。所述承壓板內部的貫通孔16內部依次為螺紋段19、常規段20和卡環段21，所述卡環段21前端設置有圓形凸腔，內徑尺寸小于螺紋段和常規段。

所述可拆卸自動彈出裝置17包括螺紋桿22、彈簧23和固定銷24，所述螺紋桿22為單直徑全螺紋桿件，螺紋參數與螺紋圓孔相匹配，所述固定銷24后端帶有不能穿過卡環段凸腔的圓形底座，前端為球狀結構。

所述可拆卸自動彈出裝置通過內部彈簧，使固定銷前端伸出孔外，所述固定導向板繞活動銷軸轉動時，豎板導向結構擠壓固定銷，彈簧內縮，當兩鋼板貼合后，固定銷彈出并與導向豎板銷孔卡合，將節點鎖緊連接在一起。

所述銷軸連接機3構包括固定導向板的軸套、承壓板的帶孔耳板以及活動連接軸套與耳板的活動銷軸25。所述單軸套結構6的長度小于鋼板寬度，且與活動銷軸參數相匹配。所述導向板和承壓板繞活動銷軸為軸旋轉，旋轉角度0～360°。

所述拱架自動裝配節點快速施工方法，包括如下步驟：

步驟一：節點焊接。拱架加工時，將相鄰兩節拱架分別插入兩部分鋼板節點下部對應的凹槽中，焊接固定，其中活動銷軸位于拱架內側；

步驟二：節點排漿。拱架灌注時，利用灌漿泵通過留設灌漿孔自下而上進行每節拱架的混凝土灌注，至連接節點上部的排漿管冒漿為止。

步驟三：節點連接。拱架連接時，利用移動平臺將相鄰兩節拱架節點相互靠近，用活動銷軸先后穿過鋼板節點的耳板孔和軸套，連接兩節拱架，并用卡銷固定防止銷軸脫出，依次連接其余拱架；

步驟四：節點折疊。拱架運輸時，利用機械手進行拱架折疊，拱架繞節點處活動銷軸轉動并折疊至占用空間最小以便于運輸。

步驟五：節點卡合。拱架安裝時，安裝機機械手抓扣中間拱架舉升至既定位置并固定不動，輔助機械手配合展開兩側拱架，拱架節點自動卡合到位。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。