本發(fā)明涉及暗挖法分步開(kāi)挖施工中初期支護(hù)格柵拱架和鎖腳錨桿的施工領(lǐng)域，尤其是涉及一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置及其施作方法。

背景技術(shù)：

在暗挖法隧道分步開(kāi)挖施工中，為控制拱頂沉降和拱腰收斂，需及時(shí)設(shè)置初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，格柵拱架相較于型鋼拱架的剛度較小，可充分發(fā)揮圍巖的承載能力，且用鋼量小，與掛網(wǎng)噴射混凝土配合使用，是較經(jīng)濟(jì)合理的初期支護(hù)形式。由于臺(tái)階分界面的圍巖疏松且將要挖除，不能為格柵拱架提供支撐，故上部初期支護(hù)的格柵拱架必須通過(guò)鎖腳錨桿可靠錨固于圍巖。

但現(xiàn)有格柵拱架與鎖腳錨桿多采用點(diǎn)焊或短焊縫連接，連接件多采用鋼板或鋼筋，連接部分構(gòu)件自身和焊縫的承載力遠(yuǎn)小于格柵拱架和錨桿的承載能力，易導(dǎo)致初期支護(hù)局部破壞失效。其次，現(xiàn)有連接方法多以現(xiàn)場(chǎng)焊接為主，當(dāng)隧道內(nèi)存在圍巖軟弱、粉塵濃度高、涌水滲水量大等不良施工條件時(shí)，焊接質(zhì)量難以保證，易脫焊漏焊，連接可靠性低。第三，現(xiàn)有連接件的位置多突出于格柵拱架兩側(cè)，與鋼筋網(wǎng)片、縱向連接筋等其他初期支護(hù)構(gòu)件存在空間沖突，不利于現(xiàn)場(chǎng)快速施工；在馬頭門等危險(xiǎn)區(qū)域，不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)立或密排格柵拱架。以上因素均導(dǎo)致初期支護(hù)與鎖腳錨桿連接不可靠、施工不方便，不能有效控制拱頂沉降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種避免局部破壞、避免空間沖突、提高穩(wěn)定性和承載能力、連接可靠、操作方便快捷的格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置及其施作方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置，用以實(shí)現(xiàn)格柵拱架與鎖腳錨桿的快速可靠連接，該裝置包括分別焊接在格柵拱架上的近圍巖側(cè)和遠(yuǎn)圍巖側(cè)的兩塊定位連接鋼板，所述的鎖腳錨桿的尾端依次穿過(guò)設(shè)置在近圍巖側(cè)定位連接鋼板的設(shè)置在遠(yuǎn)圍巖側(cè)定位連接鋼板上的錨桿孔，并且通過(guò)設(shè)置在遠(yuǎn)圍巖側(cè)定位連接鋼板上的固定組件固定，鉆頭端插入圍巖固定，所述的定位連接鋼板焊接在格柵拱架兩條主筋之間。

所述的定位連接鋼板分別與格柵拱架的橫綴條和主筋焊接固定。

所述的固定組件包括焊接在遠(yuǎn)圍巖側(cè)定位連接鋼板上的錨桿孔兩側(cè)的螺栓定位塊、承壓型大六角高強(qiáng)螺栓和六角頭螺母，所述的鎖腳錨桿的尾端開(kāi)孔，承壓型大六角高強(qiáng)螺栓分別穿過(guò)鎖腳錨桿尾端和螺栓定位塊上的開(kāi)孔并且通過(guò)六角頭螺母固定。

所述的定位連接鋼板通過(guò)通長(zhǎng)雙面焊分別與橫綴條和主筋焊接固定，所述的格柵拱架的橫綴條作為定位連接鋼板加勁肋。

所述的錨桿孔為長(zhǎng)軸為垂向的圓端形孔。

一種施作方法，包括以下步驟：

1)預(yù)制場(chǎng)內(nèi)制作格柵拱架時(shí)，在格柵拱架靠近和遠(yuǎn)離圍巖兩側(cè)、主筋之間上下錯(cuò)位焊接定位連接鋼板；

2)在螺栓定位塊上開(kāi)孔，并在遠(yuǎn)離圍巖側(cè)的定位連接鋼板圓端形定位孔兩側(cè)焊接螺栓定位塊；

3)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，一端開(kāi)孔的鎖腳錨桿依次穿過(guò)定位連接鋼板錨桿孔，并在定位孔的引導(dǎo)控制下向圍巖內(nèi)打入鎖腳錨桿后，調(diào)整錨桿鉆機(jī)，將鎖腳錨桿尾部的開(kāi)孔與螺栓定位塊上的螺栓孔對(duì)齊，再將承壓型大六角高強(qiáng)螺栓穿過(guò)螺栓定位塊和鎖腳錨桿尾端的開(kāi)孔，使用六角頭螺母擰緊固定。

所述的定位連接鋼板與格柵拱架橫綴條采用雙面焊，定位連接鋼板與格柵拱架主筋采用通長(zhǎng)雙面焊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明的一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置均在工廠焊接，焊接質(zhì)量高，且焊縫長(zhǎng)度大、數(shù)量多，極限承載力高而穩(wěn)定，保證定位連接裝置的承載能力與鎖腳錨桿和格柵拱架匹配，避免隧道初期支護(hù)的局部破壞。

(2)本發(fā)明的定位連接鋼板位于格柵拱架主筋之間，而非格柵拱架外側(cè)，避免裝置與鋼筋網(wǎng)片、縱向連接筋、相鄰格柵拱架之間的空間沖突，便于現(xiàn)場(chǎng)施工，可實(shí)現(xiàn)圍巖穩(wěn)定性不足區(qū)域的密排甚至聯(lián)立格柵拱架施工。

(3)本發(fā)明的定位連接鋼板與格柵拱架橫綴條雙面焊接，利用雙面橫綴條作為加勁肋，并可根據(jù)需求局部加密橫綴條數(shù)量，顯著提高了定位連接裝置的平面外穩(wěn)定性和承載能力。

(4)本發(fā)明的格柵拱架直接與鎖腳錨桿接觸，并利用螺栓定位塊、承壓型大六角高強(qiáng)螺栓和六角頭螺母鎖定格柵拱架與鎖腳錨桿的相對(duì)位置關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)不進(jìn)行焊接作業(yè)，連接可靠、操作方便快捷、材料來(lái)源廣泛。

(5)本發(fā)明采用抗剪型高強(qiáng)螺栓，而非鋼結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的抗拉型高強(qiáng)螺栓作為最后的保險(xiǎn)措施，正常情況下是鋼板直接壓在錨桿上，錨桿一旦屈服，螺栓能保證格柵拱架與錨桿之間不滑脫，避免了不收斂的破壞形態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3為本發(fā)明的一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置的結(jié)構(gòu)左視圖；

圖4為本發(fā)明的一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置的結(jié)構(gòu)正視圖；

圖5為本發(fā)明的一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置的結(jié)構(gòu)左剖視圖；

圖6為定位連接鋼板、螺栓定位塊、承壓型大六角高強(qiáng)螺栓和六角頭螺母示意圖；

圖7為本發(fā)明的一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖中：1-1為遠(yuǎn)離圍巖側(cè)的格柵拱架主筋，1-2為靠近圍巖側(cè)的格柵拱架主筋，2為格柵拱架斜綴條，3為格柵拱架橫綴條，4為格柵拱架臨時(shí)支座兼連接板，5-1為遠(yuǎn)離圍巖側(cè)的定位連接鋼板，5-2為靠近圍巖側(cè)的定位連接鋼板，6為鎖腳錨桿，7為臨時(shí)支座螺栓孔，8為定位連接鋼板圓端形錨桿孔，9為帶有螺栓孔的螺栓定位塊，10為承壓型大六角高強(qiáng)螺栓，11為六角頭螺母。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例

如圖1至圖7所示，一種格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置及其施作方法，包括格柵拱架主筋1-1和1-2、橫綴條3和定位連接鋼板5-1和5-2通過(guò)雙面焊連接，帶有螺栓孔的螺栓定位塊9通過(guò)圍焊安裝于遠(yuǎn)離圍巖側(cè)的定位連接鋼板5-1的圓端形錨桿孔8兩側(cè)，尾端開(kāi)孔的鎖腳錨桿6沿圓端形錨桿孔穿過(guò)格柵拱架主筋1-1和1-2之間打入圍巖，承壓型大六角高強(qiáng)螺栓10穿過(guò)螺栓定位塊9的螺栓孔和鎖腳錨桿6尾端的開(kāi)孔以實(shí)現(xiàn)鎖腳錨桿與格柵拱架相對(duì)位置的鎖定，并通過(guò)承壓型大六角高強(qiáng)螺栓10和六角頭螺母11擰緊固定。

承壓型大六角高強(qiáng)螺栓10的型號(hào)可根據(jù)鎖腳錨桿6的直徑、格柵拱架的設(shè)計(jì)荷載、鎖腳錨桿6和螺栓定位塊9開(kāi)螺栓孔后的剩余強(qiáng)度等因素，選取M12型～M30型的承壓型大六角高強(qiáng)螺栓。

制作和施作格柵拱架與鎖腳錨桿的定位連接裝置時(shí)，可按以下操作步驟進(jìn)行：

(1)在工廠預(yù)制定位連接鋼板5-1和5-2，尺寸由錨桿數(shù)量和焊縫長(zhǎng)度等確定，在定位連接鋼板5-1和5-2上鉆設(shè)圓端形錨桿孔8，圓端形錨桿孔長(zhǎng)軸為垂向，尺寸滿足錨桿按設(shè)計(jì)角度穿越打設(shè)要求。

(2)將帶螺栓孔的螺栓定位塊9圍焊安裝至遠(yuǎn)離圍巖側(cè)定位連接鋼板5-1的圓端形錨桿孔8兩側(cè)，螺栓孔大小和定位塊安裝位置滿足承壓型大六角高強(qiáng)螺栓10的穿越要求，帶螺栓孔的螺栓定位塊9尺寸由設(shè)計(jì)荷載確定。

(3)將主筋1-1和1-2、斜綴條2、橫綴條3、臨時(shí)支座兼連接板4采用雙面焊接，形成格柵拱架主體，并將預(yù)制好的定位連接鋼板5-1和5-2分別上下錯(cuò)位雙面焊接至格柵拱架拱腳處遠(yuǎn)離和靠近圍巖側(cè)主筋1-1和1-2以及橫綴條3，安裝位置位于兩根主筋之間，上下錯(cuò)位量由錨桿打設(shè)角度確定，并要求圓端形錨桿孔8避讓橫綴條3。設(shè)計(jì)荷載較大時(shí)，可在焊接完成后在富裕空間增設(shè)橫綴條3，以保證定位連接鋼板5-1和5-2的平面外穩(wěn)定性。

(4)將上述工廠加工的格柵拱架在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行架設(shè)，尾部開(kāi)孔的鎖腳錨桿6從圓端形錨桿孔8中依次穿過(guò)定位連接鋼板5-1和5-2、格柵拱架主筋1-1和1-2打入圍巖。

(5)尾部開(kāi)孔的鎖腳錨桿6打設(shè)完成后，利用錨桿鉆機(jī)調(diào)整尾部開(kāi)孔的鎖腳錨桿6的姿態(tài)，將其尾部開(kāi)孔與帶有螺栓孔的螺栓定位塊9的螺栓孔對(duì)齊，并將承壓型大六角高強(qiáng)螺栓10穿過(guò)，并采用六角頭螺母11在另一端配合擰緊固定，在鎖腳錨桿和格柵拱架之間起到類似于插銷的鎖定作用。

(6)安裝完成后，圍巖壓力導(dǎo)致的格柵拱架主筋1-1和1-2內(nèi)力通過(guò)定位連接鋼板5-1和5-2，部分由圓端形錨桿孔8接觸界面?zhèn)鬟f至尾端開(kāi)孔的鎖腳錨桿6，另一部分由帶螺栓孔的螺栓定位塊9和承壓型大六角高強(qiáng)螺栓10的接觸界面?zhèn)鬟f至尾端開(kāi)孔的鎖腳錨桿6，并起到防止錯(cuò)位脫落的作用。

(7)需要密排格柵拱架時(shí)，由于上述裝置均位于兩根主筋之間，側(cè)向無(wú)突出構(gòu)件，故密排布置、鋼筋網(wǎng)片和縱向連接筋的焊接等均不受上述裝置的影響，可將相鄰格柵拱架臨時(shí)支座兼連接板4上下交疊，可獲得最小格柵拱架間距。

(8)需要利用中空鎖腳錨桿6進(jìn)行圍巖注漿加固時(shí)，注漿完成后再安裝承壓型大六角高強(qiáng)螺栓10和六角頭螺母11以實(shí)現(xiàn)位置鎖定，以免先安裝導(dǎo)致注漿管內(nèi)有效空間不足、漿液中骨料沉積堵管、螺栓孔漏漿等現(xiàn)象。

上述對(duì)實(shí)施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。