一种拱顶钢拱架辅助安装装置
技术领域
本实用新型属于隧道施工技术领域，特别涉及一种拱顶钢拱架辅助安装装置。
背景技术
随着我国交通领域的快速发展，越来越多的隧道工程被开发利用，各种复杂地质类型隧道不断涌现。在复杂地质隧道中施工一般采用CD、CRD法以及双侧壁导坑法，上述工法相比于台阶法施工能够有效减少开挖风险，保证掌子面稳定，降低开挖引起的地表沉降。施工过程中采用此类工法，一般需要将隧道分为各个不同的小断面进行分部开挖，减少掌子面暴露面积，及时架设钢拱架，进行初期支护。其中钢拱架架设是隧道初期支护中最为重要的一环，在拱架架设的过程中为保证隧道施工质量，需要严格控制拱架位置，超欠以及倾斜度。目前，在隧道中进行隧道拱顶钢拱架的安装主要依靠台车结合人工的方式进行，即通过大型机械将台车拖至掌子面前方，并将拱架放置台车上，然后由人工进行固定安装。对于复杂软弱地层隧道，由于掌子面围岩不稳定，需要将隧道分成不同小断面开挖，并在掌子面前方预留核心土。由于核心土的存在，使得台车无法贴近掌子面，无法利用台车进行拱架安装，因此对于多导洞开挖的隧道，一般单纯采用人工的方式进行拱顶拱架安装。这种传统拱架安装方式虽然较为简单，工艺成熟，但存在很多不足：
缺点1：消耗人工较多，拱顶单节拱架一般重200-300kg，需要6-7个工作人员才能将拱架完全托起来，在一定程度上造成人力资源的浪费。
缺点2：拱架安装时间较长，拱架安装过程中需要在拱架两侧连接板安装螺丝，并且调节拱架位置，由于采用人工托起的方式进行安装，工人数量较多，很难协调一致，所以在安装的过程中需要利用大量时间进行拱架的调节。消耗工作人员体力，对保持掌子面的稳定产生不利的影响。
缺点3：拱架安装安全性较低，隧道分为多个导洞进行开挖时，会导致工作空间减小，大量的工作人员挤在狭小的空间很容易发生意外事故，另一方面拱架在安装的过程中需要焊接连接筋和钢筋网，焊接过程中需要与焊接点保持一定的安全距离，但是由于工作空间较小，人员较多，距离焊接点位置较近，溅出的焊渣会对工作人员产生灼伤。
缺点4：拱架安装质量得不到保证，拱架安装偏差按照规范要求间距为±5cm，垂直度偏差为±2°，但是采用传统的拱架安装方式，安装时间较长，工作人员体力消耗较大，很难保持拱架安装的精度要求，会对隧道施工质量产生一定的影响。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种拱顶钢拱架辅助安装装置，以解决隧道内钢拱架安装过程人工工作量较大，人工成本较高，施工效率较低及施工精度无法保证的技术问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
本实用新型提供了一种拱顶钢拱架辅助安装装置，包括托板、内部螺旋管件、中间螺旋管件、外部螺旋管件、连接圆筒、基座及基座底板；托板的底部与中间螺旋管件的顶端转动连接，托板用于托举待安装钢拱架；
内部螺旋管件竖向穿设在中间螺旋管件中，外部螺旋管件竖向套设在中间螺旋管件的外侧，中间螺旋管件能够沿外部螺旋管件的内壁竖向上下移动，内部螺旋管件的外壁与中间螺旋管件的内壁之间采用螺纹连接；内部螺旋管件的底部通过连接圆筒与基座固定连接，外部螺旋管件的底部与基座转动连接，基座的下端与基座底板转动连接。
进一步的，托板采用U型托板；U型托板的开口向上，且U型托板两侧壁之间的宽度与待安装钢拱架的宽度相适应。
进一步的，还包括第一连接螺栓及第二连接螺栓；第一连接螺栓设置在托板与中间螺旋管件之间，第一连接螺栓的上端与托板的底部转动连接，下端与中间螺旋管件的顶端转动连接；
第二连接螺栓设置在基座与基座底板之间，第二连接螺栓的上端与基座转动连接，下端与基座底板转动连接。
进一步的，中间螺旋管件的外表面竖向均匀设置有若干半圆形凹陷，外部螺旋管件的内壁上均匀设置有若干半圆形凸起，半圆形凸起配合设置在半圆形凹陷中。
进一步的，还包括第一旋转手柄及第二旋转手柄，第一旋转手柄固定设置在外部螺旋管件的外表面上，第二旋转手柄固定设置在基座上。
进一步的，还包括行走机构，行走机构安装在基座底板的下方。
进一步的，行走机构包括多个圆形滚轮，多个圆形滚轮均匀安装在基座底板的下表面。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型一种拱顶钢拱架辅助安装装置，通过在中间螺旋管件的顶端设置托板，实现了对钢拱架的托举，替代了人工托举钢拱架，减少了工作人员在体能上的消耗；托板与中间螺旋管件之间转动连接，安装过程中便于调整钢拱架的角度；通过将内部螺旋管件、中间螺旋管件及外部螺旋管件组合设置，实现了中间螺旋管件在竖直方向上的上升与下降，满足对钢拱架竖向高度的调节，确保钢拱架的安装精度；结构简单，使用方便，安装效率高，安全可靠。
进一步的，通过采用U型托板，U型托板的两侧壁实现对钢拱架的限位阻挡作用，避免了在安装过程钢拱架从托板上滑落，确保了使用过程的安全性。
进一步的，托板与中间螺旋管件之间采用连接螺栓转动连接，实现了托板的水平转动，满足对钢拱架的角度和倾斜度的调节。
进一步的，通过在中间螺旋管件与外部螺旋管件之间设置半圆形凹陷及半圆形凸起，确保了外部螺旋管件转动过程，中间螺旋管件保持竖向上升或下降状态，进而实现调节钢拱架竖向高度的目的。
进一步的，通过在外部螺旋管件及基座的外表面上设置旋转手柄，便于工作人员对外部螺旋管件的转动操作，省时省力。
进一步的，通过在基座底板下放设置多个圆形滚轮，便于工作人员在施工过程中运输拱架，节省体力。
附图说明
图1为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置的整体结构示意图；
图2为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置的正视图；
图3为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置中的托板结构示意图；
图4为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置中的连接螺栓结构示意图；
图5为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置中的外部螺旋管件结构示意图；
图6为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置中的外部螺旋管件的透视图；
图7为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置中的中间螺旋管件结构示意图；
图8为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置中的中间螺旋管件的透视图；
图9为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置中的内部螺旋管件结构示意图；
图10为本实用新型所述的拱顶钢拱架辅助安装装置的底部结构示意图。
其中，1托板，2内部螺旋管件，3中间螺旋管件，4外部螺旋管件，5连接圆筒，6基座，7基座底板，8行走机构，9第一连接螺栓，10第二连接螺栓，11第一旋转手柄，12第二旋转手柄，13半圆形凹陷，14半圆形凸起。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
如附图1-10所示，本实用新型提供了一种拱顶钢拱架辅助安装装置，包括托板1、内部螺旋管件2、中间螺旋管件3、外部螺旋管件4、连接圆筒5、基座6、基座底板7、行走机构8、第一连接螺栓9、第二连接螺栓10、第一旋转手柄11及第二旋转手柄12；
托板1的底部与中间螺旋管件3的顶端连接，托板1用于托举待安装钢拱架；托板1采用U型托板，U型托板的开口向上，且两侧壁宽度与待安装钢拱架的宽度相适应，待安装钢拱架安放在U型托板中，U型托板的两侧壁实现对钢拱架的限位阻挡作用，避免了在安装过程钢拱架从托板上滑落，确保了使用过程的安全性。
第一连接螺栓9设置在托板1与中间螺旋管件3之间，第一连接螺栓9的上端与托板1 的底部转动连接，下端与中间螺旋管件3的顶端转动连接，实现了托板的水平转动，满足对钢拱架的角度和倾斜度的调节。
内部螺旋管件2竖向穿设在中间螺旋管件3中，外部螺旋管件4竖向套设在中间螺旋管件3的外侧，内部螺旋管件2、中间螺旋管件3及外部螺旋管件4的轴线重合；内部螺旋管件 2的外壁与中间螺旋管件3的内壁之间采用螺纹连接；内部螺旋管件2的底部通过连接圆筒5 与基座6固定连接，外部螺旋管件4的底部与基座6转动连接，基座6的下端与基座底板7转动连接；
中间螺旋管件3的外表面竖向均匀设置有若干半圆形凹陷13，外部螺旋管件4的内壁上均匀设置有若干半圆形凸起14，半圆形凹陷13及半圆形凸起14的轴线均竖向平行设置，半圆形凸起14配合设置在半圆形凹陷13中，确保了外部螺旋管件4转动过程，中间螺旋管件3 保持竖向上升或下降状态，进而实现调节钢拱架竖向高度的目的。
第一旋转手柄11固定设置在外部螺旋管件4的外表面上，第二旋转手柄12固定设置在基座6上；第一旋转手柄11用于驱动外部螺旋管件4绕其自身轴线转动，第二旋转手柄12用于驱动基座6绕其自身轴线转动，基座6转动过程带动内部螺旋管件2绕其自身轴线转动；内部螺旋管件2及外部螺旋管件4的相对转动，实现了带动中间螺旋管件3上竖向上下移动；通过在外部螺旋管件及基座上设置旋转手柄，便于工作人员对外部螺旋管件的转动操作，省时省力。
基座底板7的下方设置有行走机构8；行走机构8包括多个圆形滚轮，多个圆形滚轮均匀安装在基座底板7的下表面。
工作原理及使用方法
本实用新型提供了一种拱顶钢拱架辅助安装装置，使用时，首先将该安装装置放置在拱顶钢拱架预设安装位置的下方，且尽可能位于中间部位；将钢拱架放置在U型托板之上，U 型托板两侧壁可以对钢拱架起到阻挡作用，防止其在工作过程中从托板上滑落；U型托板与中间螺旋管件之间通过连接螺栓连接，位于U型钢托板之上的钢拱架，可以以连接螺栓为中心进行转动，进而调整拱顶钢拱架在水平方向的角度，使得拱顶钢拱架两侧的连接板能够贴合两侧已有连接板；
拱顶钢拱架水平方向角度调整好以后，相对转动第一旋转手柄及第二旋转手柄，第一旋转手柄驱动外部螺旋管件绕其自身轴线转动，第二旋转手柄驱动基座绕其自身轴线转动，基座转动过程带动内部螺旋管件绕其自身轴线转动；内部螺旋管件及外部螺旋管件的相对转动，使中间螺旋管件上升达到设计高度；内部螺旋管件的外壁与中间螺旋管件的内壁之间采用螺纹连接，通过中间螺旋管件的内部螺纹和内部螺旋管件的外部螺纹相对旋转为中间螺旋管件的上升提供动力；外部旋转管件内部凸起和中间旋转管件外部的凹陷贴合，避免中间螺旋管件上升的过程中随旋转手柄及外部螺旋管件转动，使得中间螺旋管件只能保持竖向运动，进而升降拱顶钢架，达到设计高程，调整钢拱架安装的超欠；通过相对转动第一旋转手柄和第二旋转手柄控制拱顶钢拱架的升降，避免了工作人员长时间托举拱架，减少了工作强度，提升了工作效率。连接圆筒在连接内部螺旋管件和基座的同时，起到对外部螺旋管件的限位作用，使外部螺旋管件只能在旋转手柄的作用下绕中心轴产生转动，防止外部螺旋管件在竖向和横向产生位移；在拱顶拱架高程和角度调整好以后，通过自由移动的圆形滚轮调整钢拱架间的间距，调整间距在标准误差允许范围以内，之后固定钢拱架，对钢拱架进行焊接；钢拱架安装完成以后，固定第二旋转手柄，转动第一旋转手柄使得安装装置恢复到初始状态，整个装置操作完成。
本实用新型一种拱顶钢拱架辅助安装装置，通过在中间螺旋管件的顶端设置托板，实现了对钢拱架的托举，替代了人工托举钢拱架，减少了工作人员在体能上的消耗；托板与中间螺旋管件之间转动连接，安装过程中便于调整钢拱架的角度和倾斜度；通过将内部螺旋管件、中间螺旋管件及外部螺旋管件组合设置，通过转动螺旋管件，实现了中间螺旋管件在竖直方向上的上升与下降，满足对钢拱架竖向高度的调节，确保钢拱架的安装精度；结构简单，使用方便，安装效率高，安全可靠。
实施例
本实施例提供了一种拱顶钢拱架辅助安装装置，包括托板，托板采用U型托板，U型托板采用钢板制作而成；U型托板通过连接螺栓安装在中间螺旋管件的顶端，U型托板能够围绕连接螺栓进行旋转，用以调整拱顶拱架安装时的水平角度；中间螺纹管件的内壁设置内部螺纹，内部螺纹管件的外壁设置外部螺纹，中间螺纹管件的内部螺纹通过与内部螺纹管件的外部螺纹相互作用，第一旋转手柄设置在外部螺旋管件上，第二旋转手柄设置在基座上，第一旋转手柄和第二旋转手柄向反方向转动可以带动中间螺纹管件和内部螺纹管件的内部螺纹产生相互作用；中间螺纹管件外壁设有三个均匀分布的半圆形凹陷与外部螺纹管件的内壁内部均匀分布的半圆形凸起相贴合，以保持中间螺纹管件为上升状态；当拱顶拱架的角度与高程均调整完毕以后，通过底部的行走机构调整拱顶拱架间距。
本实用新型中通过中间螺纹管件在狭小的空间支撑拱架进行升降，以满足钢拱架安装高程要求；通过相对转动第一旋转手柄和第二旋转手柄，带动中间螺纹管件的转动；内部螺旋管件通过连接圆筒与基座相连，并且使得外部螺旋管件能够围绕中心轴进行转动。基座底板能够在装置使用时承担拱顶拱架和整个装置中上部结构重量；圆形滚轮能够自由活动，调整拱顶拱架间距大小。
本实用新型中所述的一种拱顶拱架辅助安装装置，通过上部U型托板用来放置钢拱架，避免工作人员长时间托举，节省体力；在托板下方为可以旋转上升的螺旋管件，便于工作人员调整拱架高度位置；螺旋管件下方为基座及基座底板，用来承受整个装置的重量，同时在基座底板的下方安装圆形滚轮，用来托运拱架，调整钢拱架的横向位置，有效减少拱架安装过程中人员数量，降低工作人员的体能消耗，同时提高施工效率和施工精度，增加施工的安全系数。
本实用新型中通过在基座和外部螺旋管件上分别安装旋转手柄，拱顶拱架施工的过程中，通过向不同方向转动旋转手柄进而带动内部螺旋管件上升和下降，进而调整钢拱架在空间的竖向高度；通过在外层螺旋管件外部中间位置对称分布长度一致的旋转手柄，便于螺旋管件产生转动效果。中间螺旋管件外部均匀分布三个凹陷的半圆柱体，以贴合外层螺旋管件内部凸起的半圆柱体，达到固定中间螺旋管件，使其在竖向移动的目的；中间螺旋管件内部为具有预设深度的螺纹，通过螺纹的旋转为中间管件的升降提供动力；内部螺旋管件的外层为具有预设深度的螺纹，同中间管件外部螺纹结合，为中部螺旋管件的升降提供动力，内部螺旋管件下部通过直径较小的连接圆筒与基座进行连接，连接圆筒采用空心圆柱形结构。
基座为直径大于外部螺旋管件的空心圆柱形结构，基座两侧中间位置对称分布长度一致的第二旋转手柄，通过与外部螺旋管件外部的第一旋转手柄结合进而达到旋转的目的；基座下部通过连接螺栓与基座底板相结合，便于基座绕中心轴进行旋转；基座底板的下方四个角分别安装可以自由转动的圆形滚轮，便于工作人员在施工过程中运输拱架，节省体力。
U型托板主要起到支撑拱架的作用，为保证其在使用过程中的耐久性，故可以使用钢性材料制作；U型托盘以连接螺栓为中心进行旋转，连接螺栓采用实心钢性材料，实心钢性材料不仅有足够刚度，防止连接螺栓受力过大，产生突然的弯折或断裂，对施工人员的安全产生威胁；另一方面也具有足够的抗磨能力，以增加装置的使用寿命；螺旋管件和基座主要采用空心钢性材料，以减少整个装置的重量。对于分导洞开挖的隧道，拱顶拱架施工过程中，工人一般位于核心土上方工作，采用空心材料更便于搬运，减少工作人员的劳动量。
本实用新型使用U型托板代替人工托举钢拱架，钢拱架在安装过程中更加稳定，同时避免工作人员长时间托举钢拱架，减少了工作人员在体能上的消耗；钢拱架的重量完全由U型托板承担，施工过程中只需要三位工作人员即可完成拱顶钢拱架的安装，相比于之前的施工技术，减少了工作人员数量，降低施工成本。
本实用新型能够减小拱顶拱架安装误差，U型托板可以灵活转动，拱顶拱架安装的过程中可以随时调整拱顶拱架的角度和倾斜度，螺旋升降装置可以调整拱架竖直方向的高度。通过 U型托板和螺旋管件，不断的调节拱架的位置，能够确保误差在标准允许范围之内。
本实用新型代替工作人员托举拱架，使得拱架在焊接的过程中，工作人员有足够的空间与焊接点保持一定的安全距离。有效避免了焊接过程中溅出的焊渣烧伤工作人员的情况，增加了拱架安装的安全性。
本实用新型底部使用四个可以自由活动圆形滚轮作为支撑，便于施工过程中工作人员灵活移动拱架，提高拱架安装效率。同时避免拱架在移动过程中产生损坏，提高拱架质量。
本实用新型所述的一种拱顶钢拱架辅助安装装置，适用于复杂地质隧道中多导洞分部开挖的情况，有效的解决了在狭小空间中安装拱顶拱架只能依靠人工造成的人力资源的浪费，拱顶拱架安装精度不够，安装时间较长，施工危险系数较高等技术问题。
以上所述仅表示本实用新型的优选实施方式，任何人在不脱离本实用新型的原理下而做出的结构变形、改进和润饰等，这些变形、改进和润饰等均视为在本实用新型的保护范围内。
