一种用于隧道初支护施工的折叠式一体化拱架及施工工艺
技术领域
本发明涉及隧道内拱架支护技术领域，特别是一种用于隧道初支护施工的折叠式一体化拱架及施工工艺。
背景技术
目前隧道建设都采用新奥法进行施工作业，新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作。
目前在隧道施工技术上，不仅要有效保障施工安全和质量，更要贯彻以人为本理念的根本措施，同时随着国家对工程质量、作业安全、职业健康等方面的要求不断提高，故对施工提了更高的要求。
在初支护时所需的拱架种类多，1榀拱架连接方式传统，先立拱架，在焊接φ20螺纹钢筋，最后再焊接网片。目前采用1+1、2+1、3+2等螺栓连接的方式进行或者2个单元铰接或者1榀铰接连接方式等形式，其中2个单元铰接或者1榀铰接连接方式不便运输，没有根本解决在隧道里大量焊接的工作时间，且以上方式施工安全性较差，作业人员容易造大的落石伤害等不安全因素，作业人员在隧道施工的作业时间也较长，影响作业人员职业健康。单线公路隧道，以工字钢H175施工，采用2+1方式，一个循环立三榀拱架为例，人工立架（台车架+挖机施工）：对接拱架需要2.5个小时左右，焊接网片和连接筋需要1个小时左右，总共需要3.5个小时左右；机械施工：对接拱架需要1个小时左右，焊接网片和连接筋需要2.5个小时左右，总共需要3.5个小时左右。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种在隧道内焊接工作量小、高空作业少且安装快速的折叠式拱架。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于隧道初支护施工的折叠式一体化拱架，包括一个或多个拱架单元组件，所述拱架单元组件由若干单元节依次连接而成，所述单元节由拱架节、若干螺纹钢筋和防护网片组成，所述若干螺纹钢筋均设置于拱架节上且螺纹钢筋的轴线方向均沿隧道方向设置，所述防护网片设置于拱架节的外侧，若干拱架节中相邻的两个拱架节通过铰链进行连接，该铰链包括两块连接板和中部的铰接轴，两块连接板与中部铰接轴相平行的一侧均设置有固定管，且两个固定管相对于展开的铰链对角设置，在铰链闭合的状态下两个固定管同轴。
所述若干螺纹钢直径为20mm，通过焊接的方式与拱架节连接。
所述防护网片为直径为5mm的钢筋焊接而成的网片，并通过焊接的方式与拱架节连接。
所述拱架节包括中部节和侧部节，中部节设置于整个拱架单元的中部，中部节两侧设置相同数量的侧部节，所述侧部节两侧的铰接轴分别位于一上一下相对的位置；所述铰接轴为螺栓。
所述中部节两侧的铰接轴均位于上侧，所述铰链展开的状态为若干侧部节折叠的状态，所述中部节的长度大于侧部节的长度，若干侧部节折叠状态呈一个或多个连续连接的M型结构，所述一个或多个连续连接的M型结构向中部节上方翻折构成整个折叠式一体化拱架的折叠状态。
上述的一种用于隧道初支护施工的折叠式一体化拱架的施工工艺，包括以下步骤：
S1、对拱架单元组件进行焊接组装，并根据需要将一个拱架单元组件单独组装构成折叠式一体化拱架或者将多个拱架单元焊接为一体构成折叠式一体化拱架；
S2、在组装时折叠式一体化拱架没有处于折叠状态，将组装好的折叠式一体化拱架进行折叠，将侧部节完全折叠并从两侧向上翻折至中部节上，使折叠式一体化拱架处于折叠状态；
S3、将折叠式一体化拱架的侧面正对隧道，通过拱架安装台车将拱架运输至隧道内；
S4、通过拱架安装台车将拱架旋转90度；
S5、使拱架安装台车同时夹持折叠式一体化拱架两端的侧部节和中部节；并移动侧部节至折叠式一体化拱架两端的安装位置，在折叠式一体化拱架两端的侧部节到位后向上顶升中部节至安装位置；
S6、通过拱架台车的其它机械臂平台篮对其它侧部节进行顶升，直到其它侧部节到位，即铰链处于闭合状态；
S7、相固定管内穿入螺栓或者定位销，对铰链进行锁闭，并依次对所有侧部节之间的铰链进行锁闭动作，最终对中部节和侧部节连接处的铰链进行锁闭；
S8、将完全撑开成型的折叠式一体化拱架与之前安装的拱架结构进行焊接连接；
S9、重复步骤S3至步骤S8的操作，直至整个隧道的拱架支护施工完成。
本发明具有以下优点：
外场制作方便，结构便于运输；相较于传统人工施工或机械施工，安装方便，降低了作业人员的劳动强度；减少了在隧道里80％的焊接量，提高施工效率，改善作业人员长时间在隧道进行施工作业；折叠式一体化拱架上有网片，有效的防止落石，对于施工安全明显提高。单线公路隧道，以工字钢H175施工，采用2+1方式，一个循环立三榀拱架为例，采用折叠型拱架+机械施工：对接拱架需要1个小时左右，焊接网片和连接筋需要0.5个小时左右，总共需要1.5个小时左右。
附图说明
图1 为本发明折叠状态下的结构示意图；
图2 为本发明展开成型状态下的结构示意图；
图3 为中部节的结构示意图；
图4 为侧部节的结构示意图；
图5 为铰链展开状态的结构示意图；
图中：1-拱架节，2-螺纹钢筋，3-防护网片，4-铰链，5-连接板，6-铰接轴，7-固定管，8-螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1和图2所示，一种用于隧道初支护施工的折叠式一体化拱架，包括一个或多个拱架单元组件，图1中为一个拱架单元组件的结构；因为拱架在进行安装时，后续拱架均是沿隧道方向进行焊接连接，因此在施工允许的情况下，可以在场地外将两个、三个或更多的拱架单元组件焊接为一体，然后将焊接好的折叠式一体化拱架运输至隧道内进行安装。
如图1和图2所示，所述拱架单元组件由若干单元节依次连接而成，图1和图2中包括了9个单元节，所述单元节由拱架节1、若干螺纹钢筋2和防护网片3组成，所述若干螺纹钢筋2均设置于拱架节1上且螺纹钢筋2的轴线方向均沿隧道方向设置，所述防护网片3设置于拱架节1的外侧，拱架节1可以使钢拱架或者花拱架中的任意一种；起主要支撑作用；螺纹钢筋2用于将隧道中的若干拱架节1连接为一体；防护网片3用于防止隧道壁或者隧道顶的落石造成事故；保护隧道内的设备和人员安全。
若干拱架节1中相邻的两个拱架节1通过铰链4进行连接，因此相邻的拱架节1之间能够绕铰链4进行折叠；如图5所示，该铰链4包括两块连接板5和中部的铰接轴6，图5中的铰接轴6为螺栓，螺栓上设置有螺母8，通过螺母8防止铰接轴6脱落，同时能够便于铰接轴6的拆除或安装；同理铰接轴6可以采用定位销，采用定位销时需要在定位销上开设销孔，通过在销孔内穿入螺栓或者开口销来防止定位销脱落，两块连接板5与中部铰接轴6相平行的一侧均设置有固定管7，且两个固定管7相对于展开的铰链4对角设置，在铰链4闭合的状态下两个固定管7同轴。铰链4闭合时相邻的拱架节1为展开状态，此时向两个固定管7内插入螺栓或者定位销，可以对铰链4进行锁闭；从而完成对两个相邻的拱架节1之间的固定。
所述若干螺纹钢直径为20mm，通过焊接的方式与拱架节1连接。
所述防护网片3为直径为5mm的钢筋焊接而成的网片，并通过焊接的方式与拱架节1连接。
如图3和图4所示，所述拱架节1包括中部节和侧部节，中部节设置于整个拱架单元的中部，中部节两侧设置相同数量的侧部节，所述侧部节两侧的铰接轴6分别位于一上一下相对的位置，使侧部节能够依次折叠互不影响，将整个折叠式一体化拱架体积折叠到最小；所述铰接轴6为螺栓，使铰接轴6能够快速从铰链4上拆卸，便于将两个连接板5分别安装在拱架节1上。连接板5可以通过焊接或者螺栓连接的方式与拱架节1连接。
所述中部节两侧的铰接轴6均位于上侧，所述铰链4展开的状态为若干侧部节折叠的状态，所述中部节的长度大于侧部节的长度，若干侧部节折叠状态呈一个或多个连续连接的M型结构，所述一个或多个连续连接的M型结构向中部节上方翻折构成整个折叠式一体化拱架的折叠状态。将侧部节翻折至中部节上，在需要对折叠式一体化拱架进行运输时，只需要托住中部节并施加辅助力防止侧部节松散即可，便于运输。
一种用于隧道初支护施工的折叠式一体化拱架的施工工艺，包括以下步骤：
S1、对拱架单元组件进行焊接组装，并根据需要将一个拱架单元组件单独组装构成折叠式一体化拱架或者将多个拱架单元焊接为一体构成折叠式一体化拱架；
S2、在组装时折叠式一体化拱架没有处于折叠状态，将组装好的折叠式一体化拱架进行折叠，将侧部节完全折叠并从两侧向上翻折至中部节上，使折叠式一体化拱架处于折叠状态；
S3、将折叠式一体化拱架的侧面正对隧道，通过拱架安装台车将拱架运输至隧道内；
S4、通过拱架安装台车将拱架旋转90度；
S5、使拱架安装台车同时夹持折叠式一体化拱架两端的侧部节和中部节；并移动侧部节至折叠式一体化拱架两端的安装位置，在折叠式一体化拱架两端的侧部节到位后向上顶升中部节至安装位置；
S6、通过拱架台车的其它机械臂平台篮对其它侧部节进行顶升，直到其它侧部节到位，即铰链4处于闭合状态；
S7、相固定管7内穿入螺栓或者定位销，对铰链4进行锁闭，并依次对所有侧部节之间的铰链4进行锁闭动作，最终对中部节和侧部节连接处的铰链4进行锁闭；
S8、将完全撑开成型的折叠式一体化拱架与之前安装的拱架结构进行焊接连接；
S9、重复步骤S3至步骤S8的操作，直至整个隧道的拱架支护施工完成。
