摘要：目前隧道掘进机(TBM)施工过程的钢拱架安装均采用人工操作的形式完成,作业环境非常恶劣,导致钢拱架支护效率低、劳动强度大、施工风险高。为此,笔者及其所在团队前期设计了一种钢拱架快速封口安装机构,用于代替人工完成钢拱架的封口作业。抓取模块作为该封口安装机构中直接与钢拱架接触的核心部件,需要具有足够的传动性能,以满足夹持作业需求。为此,文中基于螺旋理论,建立了其运动学模型,推导了输入旋量和输出旋量之间的虚拟系数,研究得到了抓取模块的传动性能,并提出了相应的传动指标;在此基础上,建立了抓取模块的尺寸参数优化模型,结合钢拱架封口件的实际抓取需求,得到抓取模块各尺寸参数的优化结果如下:卡爪与连杆的初始夹角α=88°、导杆的初始位置l_(FJ)=170 mm,导杆运动范围0~63 mm。利用ADAMS软件对抓取模块从夹持到张开的姿势变化过程进行分析,得到以下结论:卡爪末端间的距离从50.0mm逐渐增加至234.6mm,满足抓取空间需求;输出扭矩呈先增大后减小的趋势,卡爪完全张开时扭矩最小值为21.23N·m,满足输出扭矩需求。钢拱架封口成环的样机实验表明:抓取模块尺寸参数的测量值与计算模型仅相差4.5mm,说明模型是正确的;钢拱架的整个封口安装时间为8.6min,与传统人工作业相比,钢拱架封口机构的作业效率提高了20%~70%。

摘要：为研究复合支护中钢拱架变形特性和力学机制,优化支护参数,保证引水洞室的稳定性,在对支护结构进行力学分析的基础上,采用数值计算方法对山西引水工程中施工支洞进行了仿真模拟。基于复合支护力学作用机制的研究,分析钢拱架在初期支护中的应力及变形特性,并结合工程实例研究复合支护中钢拱架、钢筋网以及喷层所分担的围岩压力比例。数值计算表明:与普通的喷锚支护相比,有钢拱架的复合支护体系能够对围岩变形提供直接支护力,使围岩初期变形和塑性区范围大大减小,有利于围岩承载拱的形成并发挥其自身承载能力,同时其他各支护材料的变形和应力也有较大程度的降低,是洞室破碎围岩支护的有效手段之一。研究成果为山西省中部引黄工程引水洞支护设计提供了理论依据,对同类工程也具有借鉴和指导意义。

摘要：锁脚锚杆–钢拱架联合支护是控制隧洞拱顶下沉的有效措施。为了研究其承载机制,建立软岩隧洞锁脚锚杆–钢拱架联合承载的力学计算模型,考虑钢拱架与锁脚锚杆连接处的弯矩、轴力、剪力传递及变形协调。将钢拱架处理为弹性固定无铰拱,采用结构力学法进行求解。锁脚锚杆的横向效应和轴向效应分析表达式分别采用弹性地基梁法和荷载传递法进行详细推导。通过实例首先研究锁脚锚杆的内力与变形特性,并与未考虑弯矩传递及变形协调的已有文献中的模型结果进行对比,然后讨论不同打设角度对锁脚锚杆与钢拱架连接处的内力和变形的影响,最后应用该模型对比分析围岩侧压力系数、刚度以及锁脚锚杆各参数对控制隧洞拱顶下沉效果的影响规律。得出以下结论:锁脚锚杆最不利受力位置在与钢拱架焊接的部位,该部位应焊接牢固,并且在计算模型中宜考虑焊接部位的弯矩传递;锁脚锚杆横向效应主要集中在端部附近区域,该区域围岩应重点加固,且锚杆过长对发挥其横向作用并无贡献;其打设角度不宜过大,取45°左右为佳;增大单根锁脚锚杆(管)规格或增加数量,可获得更好的支护效果;设计中,围岩侧压力系数宜考虑较小值。

摘要：本文通过以阿尔及利亚55公里铁路项目的甘塔斯特长隧道为例,针对该隧道围岩稳定性差等特点,基于地质报告情况,试图给出一个安全、能够长期稳定的、可行的初支和二衬设计。工程应用效果表明,该支护结构方案是行之有效的。

摘要：以桂阳县龙江渡大桥为工程背景,参照以往混凝土拱桥钢拱架现浇施工建设的经验与成果,对钢拱支架进行了水箱预压试验方案设计,并提出了合理的预压加载和卸载方式。据此,建立了相应的钢拱架有限元模型,并对其强度、刚度以及稳定性进行了计算和分析,结果表明钢拱架的上述性能指标均满足要求,其成果为预压试验提供了可靠的理论数据。预压试验结果表明,钢拱架挠度的实测值与理论计算值吻合较好,表明钢拱架的变形处在弹性范围内,钢拱架的承载能力能够满足拱肋混凝土的浇筑。同时根据预压成果确定了钢拱架的预拱度,对拱肋底部标高控制具有一定的指导意义。

摘要：TBM钢拱架是用于隧道掘进开挖最重要的支护构件之一,其安装效率对隧道的稳定性及人员的安全性有着重要影响。为了减小TBM在隧道掘进过程中产生的振动造成钢拱架拼装系统安装效率低的不利影响,文中将约束理论(Theory of Constraints, TOC)和发明问题解决理论(Theory of Inventive Problem Solving, TRIZ)进行融合,应用于钢拱架拼装机构的减振设计。首先,采用TOC对钢拱架拼装机构的不合理约束进行系统分析;然后,运用TRIZ求解输出多种设计方案,结合工程实际对不同方案进行评估分析;最后,提出合理的问题解决方案。通过TOC/TRIZ理论的融合应用解决了钢拱架拼装机构的振动问题,为相关隧道工程装备的设计提供了参考。

摘要：以某矩形大断面超浅埋暗挖地下通道为工程背景,通过现场试验及分析,探讨钢拱架内力随掌子面开挖距离的变化规律,对设计时的弹性支点计算范围进行分析,研究钢拱架与喷射混凝土墙体的协同承载能力。研究结果表明:(1)钢拱架的轴力与弯矩随其与掌子面间距变化可分为两个阶段:轴力在1.0m^16.0m期间增大,在大于16.0m后轴力值趋于稳定,弯矩在1.0m^12.0m急速增加,在大于12.0m后弯矩值趋于稳定;(2)设计时应考虑喷射混凝土墙体和钢拱架的共同作用,可认为初支荷载钢拱架承担75%,其余25%由混凝土墙体承担,建议设计时对钢拱架优化处理;(3)采用弹性地基梁法时,可考虑将弹性支点计算范围扩大到封闭成环后10m范围;(4)采用弹性地基梁法设计时尽管可以考虑到管棚和钢拱架协同作用,但参数取值至关重要,应引起重视。

摘要：大跨径混凝土拱桥利用贝雷梁悬拼钢拱架进行拱圈浇筑过程中,拱圈的纵向分段长度、分段浇筑顺序将直接影响拱架在施工过程中的变形及应力,进而影响整个拱桥结构的成桥状态。通过有限元模型对拱架在浇筑过程中的受力状态进行分析,对拱圈分段浇筑长度、顺序进行优化,实际工程拱圈混凝土浇筑过程中的拱架变形、应力测量结果表明:拱圈分段浇筑优化后,将使拱架受力均匀,变形合理,可保证拱架在浇筑过程的安全性及拱圈成桥后的线形、内力满足规范及设计要求。

摘要：钢拱架支撑法施工是拱桥施工中一种常见的施工方法,但是随着拱桥在高速公路等大交通量道路设计中的应用,由于跨度大、桥体宽对拱架设备的一次需求量增大,造成施工成本过高,如分次施工则进度缓慢。为了解决这一矛盾,山东博莱高速公路下佛羊百米箱形拱特大桥施工中首次开发利用了百米柔性钢拱架整体横移技术。文章以该桥的施工为例介绍此项技术的应用,供同类桥梁设计、施工时参考。

摘要：黑山寺隧道是目前国内跨度较大的黄土隧道,其修建为我国黄土地区修建大跨度隧道奠定了基础。加强在隧道施工过程中对拱架变形的量测,对于指导施工及为同类型围岩隧道设计提供依据有十分重要的现实意义。文章通过钢拱架应力量测,分析钢拱架变形规律和应力状况,并对黄土地区修建大断面隧道钢拱架支护的参数提出建议。