[发明专利]一种即插型球铰式可量化让压的钢拱架连接构件及使用方法

说明书

本发明公开了一种即插型球铰式可量化让压的钢拱架连接构件及使用方法，连接构件设置在两个钢拱架之间，包括连杆和套管，连杆包括一端的球形端头、另一端的螺纹端头和中间的杆体，在螺纹端头与杆体的连接处设有环状凸起部；套管为一端封闭、另一端开口的筒状结构，在套管内壁上靠近封闭一端的位置设有内螺纹部，在套管开口一端的内壁上设有单向卡合部；连接构件一侧的钢拱架的端部焊接有带孔钢板，另一侧的钢拱架端部焊接有封闭钢板，带孔钢板的中心开设有与连杆的螺纹端头相匹配的螺纹孔，套管的封闭一端与封闭钢板焊接在一起。本发明结构精巧、操作简易、支护高效，极大简化了钢拱架的拼装工序，减少了作业人员，节省了作业时间。

技术领域

本发明涉及TBM掘进隧道高效支护与软弱围岩大变形控制技术领域，具体涉及一种即插型球铰式可量化让压的钢拱架连接构件及使用方法。

背景技术

随着近年来大规模地下工程的开发和利用，我国隧道、矿山及地下空间技术取得了迅速发展，其中用于岩层隧道掘进的技术主要分为钻爆法和TBM法。与钻爆开挖方法，TBM工法具有高效、优质、安全、经济、环保和低劳动强度等优点，但对地质状况非常敏感，特别是穿越性状差、强度低、遇水极易软化等软弱地层时，隧道围岩大变形易造成TBM卡机。长期以来国内外通常采取“强支硬顶”的方式来解决软弱围岩大变形问题，例如“法兰螺栓+焊接”的钢拱架。但强制硬顶往往不能解决持续增长的变形压力和偶发的附加荷载，往往造成锚杆的断裂、钢拱架发生扭曲变形、喷射混凝土出现开裂等现象。

在已公开的中国专利文献中，CN106285724A专利公开了一种隧道让压式支护体系，通过将让压锚杆、可缩式构件、钢拱架、矩形橡胶减震器和喷射混凝土组成的联合体与围岩发生统一的协调变形，达到支护、让压及卸载多重并举的功能。CN104153792A专利提出了一种适用于长期受列车动载、地震荷载及断层活动荷载作用下的软弱破碎围岩隧道的，具有吸能让压特征的由核心筒和钢格栅组成支护结构。CN105019922A专利设计了一种包括连接件本体、结构相同的第一插接部和第二插接部的可伸缩钢拱架连接件，解决了现有拱架的变形问题。

综上所述，已有技术方案为隧道软岩大变形问题提供了各自的解决途径，但均存在钢拱架安装工序复杂、需要作业人员较多、工人作业效率较低等问题，无法满足TBM法高效支护的需求。同时现有的支护方案需要安排技术人员采用全站仪等专门的测量设备，来跟踪监测支护的变形，评估支护效果，工作量大，且难以反映隧道表面整体收敛状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种即插型球铰式可量化让压的钢拱架连接构件及使用方法，用于解决隧道软岩大变形难题，以及现有技术方案中钢拱架安装工序复杂、工人作业效率较低、不易评估支护效果的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种即插型球铰式可量化让压的钢拱架连接构件，包括两个相对称设置的钢拱架，所述连接构件设置在两个钢拱架之间；所述连接构件包括连杆和套管，所述连杆包括一端的球形端头、另一端的螺纹端头和中间的杆体，在所述螺纹端头与杆体的连接处设有环状凸起部；

所述套管为一端封闭、另一端开口的筒状结构，在所述套管内壁上靠近封闭一端的位置设有内螺纹部，在所述套管开口一端的内壁上设有单向卡合部，所述单向卡合部的一端与套管开口端的内壁相连接，另一端朝向套管内部倾斜设置；

所述连接构件一侧的钢拱架的端部焊接有带孔钢板，另一侧的钢拱架端部焊接有封闭钢板，所述带孔钢板的中心开设有与连杆的螺纹端头相匹配的螺纹孔，所述套管的封闭一端与所述封闭钢板焊接在一起；所述连杆的球形端头安装在所述套管内，所述连杆的螺纹端头旋入到所述螺纹孔内，且使所述环状凸起部紧贴带孔钢板的端面。