本發(fā)明涉及一種裝配式地下工程支護(hù)拱架節(jié)點(diǎn)自動連接裝置及施工方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著城市的不斷發(fā)展，我國地下工程建設(shè)取得了舉世矚目的成就，已成為世界地下工程建設(shè)規(guī)模和建設(shè)速度第一大國，同時在設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平上也有了很大提高。隨著建設(shè)規(guī)模和速度的迅猛發(fā)展，對地下工程初期支護(hù)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(hù)的鋼拱架依舊采用現(xiàn)場人工安裝方式，安裝過程中需要大量工人在現(xiàn)場未支護(hù)空間進(jìn)行長時間的高強(qiáng)度施工作業(yè)，其安全性及施工效率越發(fā)難以滿足當(dāng)前地下工程建設(shè)發(fā)展基礎(chǔ)下的施工要求，成為限制地下工程建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，因此拱架的機(jī)械化裝配成為地下工程支護(hù)施工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。在此背景條件下，傳統(tǒng)的拱架節(jié)點(diǎn)連接方式需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)以配合現(xiàn)場拱架的機(jī)械化施工。

傳統(tǒng)的拱架連接方式主要存在以下不足：

(1)工人數(shù)量多，勞動強(qiáng)度大?，F(xiàn)有拱架多采用法蘭、套管連接，現(xiàn)場安裝時，需大量人工進(jìn)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(hù)空間進(jìn)行長時間的施工，安全性難以保證，且人工拼裝費(fèi)時費(fèi)力，嚴(yán)重影響了施工速度。

(3)現(xiàn)有拱架連接方式均無法配合拱架的機(jī)械化現(xiàn)場施工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種裝配式地下工程支護(hù)拱架節(jié)點(diǎn)自動連接裝置及施工方法，本發(fā)明能夠有效配合拱架機(jī)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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種裝配式地下工程支護(hù)拱架節(jié)點(diǎn)自動連接裝置，包括分別固定于一節(jié)拱架兩端的固定導(dǎo)向板和承壓板，所述導(dǎo)向板和承壓板設(shè)置有相互配合的銷軸連接機(jī)構(gòu)，拱架之間通過銷軸連接機(jī)構(gòu)連接在一起。

所述固定導(dǎo)向板側(cè)面呈L型，包括連接板和導(dǎo)向豎板，連接板后端為單軸套結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向豎板前端為導(dǎo)向弧板結(jié)構(gòu)，與承壓板對應(yīng)位置設(shè)置有貫穿孔。所述連接板設(shè)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(jié)點(diǎn)凹槽中間部分可留設(shè)排漿孔，排漿孔與相匹配的排漿管連接進(jìn)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(xì)鋼管，螺紋與排漿管內(nèi)螺紋相匹配；所述磁鐵排漿管為一端帶有開孔高強(qiáng)磁鐵的細(xì)鋼管，鋼管與排漿孔對應(yīng)。

所述承壓板內(nèi)部設(shè)置貫通孔，孔內(nèi)設(shè)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(nèi)，承壓板后端兩側(cè)有與單軸套結(jié)構(gòu)相配合的帶孔耳板。

所述耳板沿鋼板側(cè)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(jié)點(diǎn)連接在一起。所述承壓板內(nèi)部的貫通孔內(nèi)部依次為螺紋段、常規(guī)段和卡環(huán)段，所述卡環(huán)段前端設(shè)置有圓形凸腔，內(nèi)徑尺寸小于螺紋段和常規(guī)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(shù)與螺紋圓孔相匹配，所述固定銷后端帶有不能穿過卡環(huán)段凸腔的圓形底座，前端為球狀結(jié)構(gòu)。

所述可拆卸自動彈出裝置通過內(nèi)部彈簧，使固定銷前端伸出孔外，所述固定導(dǎo)向板繞活動銷軸轉(zhuǎn)動時，豎板導(dǎo)向結(jié)構(gòu)擠壓固定銷，彈簧內(nèi)縮，當(dāng)兩鋼板貼合后，固定銷彈出并與導(dǎo)向豎板銷孔卡合，將節(jié)點(diǎn)鎖緊連接在一起。

所述銷軸連接機(jī)構(gòu)包括固定導(dǎo)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(jié)構(gòu)的長度小于鋼板寬度，且與活動銷軸參數(shù)相匹配。

所述導(dǎo)向板和承壓板繞活動銷軸為軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度0～360°。

上述節(jié)點(diǎn)自動連接裝置快速施工方法，其步驟如下：

1)節(jié)點(diǎn)焊接：拱架加工時，將相鄰兩節(jié)拱架分別插入各自節(jié)點(diǎn)下部對應(yīng)的凹槽中，焊接固定，其中活動銷軸位于拱架內(nèi)側(cè)；

2)節(jié)點(diǎn)排漿：拱架灌注時，利用灌漿泵通過留設(shè)灌漿孔自下而上進(jìn)行每節(jié)拱架的混凝土灌注，至連接節(jié)點(diǎn)上部的排漿管冒漿為止；

3)節(jié)點(diǎn)連接：拱架連接時，將相鄰兩節(jié)拱架節(jié)點(diǎn)相互靠近，用銷軸連接機(jī)構(gòu)連接兩節(jié)拱架，并用卡銷固定防止銷軸脫出，依次連接其余拱架；

4)節(jié)點(diǎn)折疊：拱架運(yùn)輸時，利用機(jī)械手進(jìn)行拱架折疊，拱架繞節(jié)點(diǎn)處活動銷軸轉(zhuǎn)動并折疊至占用空間最??；

5)節(jié)點(diǎn)卡合：拱架安裝時，安裝機(jī)機(jī)械手抓扣中間拱架舉升至既定位置并固定不動，輔助機(jī)械手配合展開兩側(cè)拱架，拱架節(jié)點(diǎn)自動卡合到位。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，焊接安裝方便，連接裝置由活動銷軸和節(jié)點(diǎn)鋼板組成，組裝靈活；

(2)本發(fā)明替換傳統(tǒng)法連連接，配合拱架機(jī)械化裝配，可大大減少現(xiàn)場工人數(shù)量，降低勞動強(qiáng)度，且工人無需在未支護(hù)空間中進(jìn)行作業(yè)，極大提高了施工安全性；

(3)本發(fā)明節(jié)點(diǎn)卡合方便，加快施工速度。應(yīng)用該連接裝置，在避免工人現(xiàn)場對接拼裝的同時，通過機(jī)械手展開拱架，節(jié)點(diǎn)自動卡合連接拱架，有效提高了拱架現(xiàn)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(yīng)用于目前已有的可進(jìn)行機(jī)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(guī)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(jié)點(diǎn)自動連接裝置示意圖；

圖2(a)、圖2(b)為固定導(dǎo)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(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為螺紋排漿管和磁鐵排漿管結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-固定導(dǎo)向板，2-承壓板，3-銷軸連接機(jī)構(gòu)，4-連接板，5-導(dǎo)向豎板，6-固定板軸套，7-導(dǎo)向弧板結(jié)構(gòu)，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(qiáng)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(guī)段，21-卡環(huán)段，22-螺紋桿，23-彈簧，24-固定銷，25-活動銷軸。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種裝配式地下工程支護(hù)拱架節(jié)點(diǎn)自動連接裝置，其特征是：包括分別固定于一節(jié)拱架兩端的固定導(dǎo)向板1和承壓板2，所述導(dǎo)向板1和承壓板2設(shè)置有相互配合的銷軸連接機(jī)構(gòu)3，拱架之間通過銷軸連接機(jī)構(gòu)3連接在一起。

所述固定導(dǎo)向板1側(cè)面呈L型，包括連接板4和導(dǎo)向豎板5，連接板4后端為單軸套結(jié)構(gòu)6，導(dǎo)向豎板5前端為導(dǎo)向弧板結(jié)構(gòu)7，與承壓板2對應(yīng)位置設(shè)置有貫穿孔8。

所述連接板4設(shè)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(jié)點(diǎn)凹槽中間部分可留設(shè)排漿孔11，排漿孔11與相匹配的排漿管12連接進(jìn)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(xì)鋼管，螺紋與排漿孔11內(nèi)螺紋相匹配；所述磁鐵排漿管14為一端帶有開孔高強(qiáng)磁鐵15的細(xì)鋼管，鋼管與排漿孔對應(yīng)。

所述承壓板2內(nèi)部設(shè)置貫通孔16，孔內(nèi)設(shè)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(nèi)，承壓板2后端兩側(cè)有與單軸套結(jié)構(gòu)6相配合的帶孔耳板18。

所述耳板18沿鋼板側(cè)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(jié)點(diǎn)連接在一起。所述承壓板內(nèi)部的貫通孔16內(nèi)部依次為螺紋段19、常規(guī)段20和卡環(huán)段21，所述卡環(huán)段21前端設(shè)置有圓形凸腔，內(nèi)徑尺寸小于螺紋段和常規(guī)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(shù)與螺紋圓孔相匹配，所述固定銷24后端帶有不能穿過卡環(huán)段凸腔的圓形底座，前端為球狀結(jié)構(gòu)。

所述可拆卸自動彈出裝置通過內(nèi)部彈簧，使固定銷前端伸出孔外，所述固定導(dǎo)向板繞活動銷軸轉(zhuǎn)動時，豎板導(dǎo)向結(jié)構(gòu)擠壓固定銷，彈簧內(nèi)縮，當(dāng)兩鋼板貼合后，固定銷彈出并與導(dǎo)向豎板銷孔卡合，將節(jié)點(diǎn)鎖緊連接在一起。

所述銷軸連接機(jī)3構(gòu)包括固定導(dǎo)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(jié)構(gòu)6的長度小于鋼板寬度，且與活動銷軸參數(shù)相匹配。所述導(dǎo)向板和承壓板繞活動銷軸為軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度0～360°。

所述拱架自動裝配節(jié)點(diǎn)快速施工方法，包括如下步驟：

步驟一：節(jié)點(diǎn)焊接。拱架加工時，將相鄰兩節(jié)拱架分別插入兩部分鋼板節(jié)點(diǎn)下部對應(yīng)的凹槽中，焊接固定，其中活動銷軸位于拱架內(nèi)側(cè)；

步驟二：節(jié)點(diǎn)排漿。拱架灌注時，利用灌漿泵通過留設(shè)灌漿孔自下而上進(jìn)行每節(jié)拱架的混凝土灌注，至連接節(jié)點(diǎn)上部的排漿管冒漿為止。

步驟三：節(jié)點(diǎn)連接。拱架連接時，利用移動平臺將相鄰兩節(jié)拱架節(jié)點(diǎn)相互靠近，用活動銷軸先后穿過鋼板節(jié)點(diǎn)的耳板孔和軸套，連接兩節(jié)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(jié)點(diǎn)折疊。拱架運(yùn)輸時，利用機(jī)械手進(jìn)行拱架折疊，拱架繞節(jié)點(diǎn)處活動銷軸轉(zhuǎn)動并折疊至占用空間最小以便于運(yùn)輸。

步驟五：節(jié)點(diǎn)卡合。拱架安裝時，安裝機(jī)機(jī)械手抓扣中間拱架舉升至既定位置并固定不動，輔助機(jī)械手配合展開兩側(cè)拱架，拱架節(jié)點(diǎn)自動卡合到位。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。