本发明专利技术属于隧道支护设备领域，具体涉及一种隧道开挖大变形强支护装置。具体技术方案为：包括缓冲支护结构和二次支护结构，所述缓冲支护结构紧贴隧道围岩设置，固定长杆贯穿缓冲支护结构和二次支护结构插入隧道围岩；所述缓冲支护结构包括多个可压缩的“工”形缓冲组件，所述固定长杆圆周侧壁上单向卡接有固定块，所述缓冲组件通过支架与固定块固定。将刚性支护结构与柔性支护结构相结合，当隧道围岩发生大变形时，先释放一部分的围岩压力，减小过载破坏发生的风险，当围岩压力释放到一定程度时，再采用二次支护机构抵御隧道围岩变形。
【技术实现步骤摘要】
一种隧道开挖大变形强支护装置
本专利技术属于隧道支护设备领域，具体涉及一种隧道开挖大变形强支护装置。
技术介绍
隧道工程围岩的变形破坏主要有岩爆、坍塌和大变形，其中隧道大变形是指隧道开挖完成后，受到各种地质因素(高地应力、地下水或自身膨胀性能)的综合作用围岩发生变形、失稳破坏，其自承能力丧失或部分丧失，具有强烈的累进性和时效性，是一类容易造成施工困难、毁坏施工设备、增加建设成本的地质灾害。隧道实际开挖过程中产生的变形受到开挖施工步的空间效应影响。隧道大变形支护主要有两种，柔性结构支护和刚性结构支护，其中刚性结构支护主要有大刚度支护和衬砌结构、大范围围岩加固法两种。传统的做法是增加支护结构的强度和刚度，但大变形地段的围岩具有初期来压快、变形量大的特点，不加以控制会发生坍塌，而刚性支护不能适应大变形将很快被压坏。若支护刚度大于围岩刚度，则围岩膨胀性能不能转化为变形能释放而施加在支护上，容易形成过载破坏；若支护刚度小于围岩刚度，则围岩产生的过量变形得不到限制，将其承担的荷载传递给支护体，容易形成过载破坏。因此，为避免出现上述问题，有学者提出了采用联合支护，先采用柔性支护释放围岩压力，当围岩压力释放到一定程度时采用及时强支护手段控制围岩变形，以控制围岩向临空面发生位移，建立采用高标号和高强度钢筋混凝土弧板的先柔后刚的刚性联合支护形式。联合支护研究尚处于初期阶段，未见有大量报道文章。因此，提供一种隧道开挖大变形强支护装置，将柔性结构与刚性结构相结合，且能够降低地下水导致隧道围岩膨胀从而失去自承能力的风险，对于隧道围岩大变形具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种隧道开挖大变形强支护装置，减小过载破坏、地下水致使隧道围岩膨胀导致其失去自承能力的风险。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种隧道开挖大变形强支护装置，包括缓冲支护结构和二次支护结构，所述缓冲支护结构紧贴隧道围岩设置，固定长杆贯穿缓冲支护结构和二次支护结构插入隧道围岩；所述缓冲支护结构包括多个可压缩的“工”形缓冲组件，所述固定长杆圆周侧壁上单向卡接有固定块，所述缓冲组件通过支架与固定块固定。优选的：两所述固定长杆之间设置一组缓冲组件，所述缓冲组件包括第一横杆和第二横杆，所述第一横杆和第二横杆之间固定设置有伸缩竖杆，所述伸缩竖杆包括内杆和外杆，所述内杆和外杆为空心柱，且外杆能够容纳内杆，所述内杆和外杆内部设置有第一压缩弹簧，所述第一压缩弹簧与第一横杆和第二横杆固定连接。优选的：所述第一横杆两端对称设置有第一滑槽，两所述支架的一端滑动设置在所述第一滑槽内，另一端通过固定块与固定长杆固定连接；所述第一滑槽内固定设置有第一弹性垫块，所述第一弹性垫块具有弹性且可压缩。优选的：所述第一横杆两端对称铰接有第一连杆，两所述第一连杆另一端均铰接有滑块，所述滑块滑动设置在与第二横杆固定的支架上，所述滑块固定连接有第二压缩弹簧，所述第二压缩弹簧套设在固定第二横杆的支架外侧壁上且另一端与固定块固接。优选的：两所述第一连杆中部均铰接有第二连杆，所述第二连杆另一端与所述第二横杆铰接；所述滑块上还铰接有第三连杆，所述第三连杆另一端铰接有通过支架与第一横杆连接的固定块。优选的：所述固定长杆包括同轴设置的空心状的第一长杆和第二长杆，所述第一长杆能够容纳第二长杆，所述第一长杆内壁与第二长杆外壁的空间构成第一排水槽，所述第二长杆内浇筑混凝土，所述第一长杆外侧壁上设置有多个第一排水通孔，多个所述第一排水通孔内壁转动设置有螺旋片，所述螺旋片一端伸入隧道围岩，另一端设置有旋叶且伸入第一排水槽。优选的：所述第一横杆上设置有多个第二排水孔，所述第二排水孔与所述内杆、外杆形成的内腔连通，所述第二横杆、与第二横杆固定的支架均设置有相互连通的第二排水槽，所述第二排水槽一端与内腔连通，另一端穿过固定块与所述第一排水槽连通。优选的：还包括一次支护结构，所述一次支护结构紧贴隧道围岩设置，所述缓冲支护结构固定设置在一次支护结构和二次支护结构之间，固定长杆贯穿一次支护结构、缓冲支护结构和二次支护结构插入隧道围岩。优选的：所述一次支护结构包括多个固定连接的支撑框架，多个所述支撑框架为长方体且各个侧面设置有“米”形、“×”形或“+”形的第一钢架；每组支撑框架之间通过连接块活动连接，所述连接块两端设置有第二滑槽，相邻两组支撑框架的支架伸入第二滑槽且能在第二滑槽内滑动，所述第二滑槽内固定设置有第二弹性垫块，所述第二弹性垫块具有弹性且可压缩。优选的：所述支撑框架内设置有至少一个支撑体，所述支撑体包括四个角块和一个中心块，四个所述角块分别位于正四面体的四个顶点处，所述中心块位于正四面体的重心处，所述中心块分别通过第二钢架与四个角块固定连接；三个角块形成的底面位于支撑框架底部的第一钢架上，另一个角块位于支撑框架顶部的第一钢架上。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术设置一次支护结构、缓冲支护结构和二次支护结构，缓冲支护结构固定设置在一次支护结构和二次支护结构之间，固定长杆贯穿一次支护结构、缓冲支护结构和二次支护结构插入隧道围岩，设置多重支护结构，增强整个支护结构的强度。2、本专利技术设置可伸缩的缓冲支护结构，将刚性支护结构与柔性支护结构相结合，当隧道围岩发生大变形时，一次支护结构推动缓冲支护结构压缩，先释放一部分的围岩压力，减小一次支护结构的过载破坏，当围岩压力释放到一定程度时，再采用刚度、强度大的二次支护机构抵御隧道围岩变形。3、本专利技术在固定长杆侧壁上设置有多个第一排水孔，在固定长杆内设置有与多个第一排水孔连通的排水槽，同时在第二横杆上设置有多个第二排水孔，第二排水孔与第二排水槽连通，第二排水槽与第一排水槽连通，最后通过第一排水槽将隧道围岩内的地下水排出，避免地下水致使隧道围岩膨胀，从而导致隧道围岩失去自承能力；通过第二排水槽将缓冲支护结构内的地下水排出，可减缓潮湿环境对缓冲支护结构造成的氧化腐蚀。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的单组缓冲组件结构示意图；图3为本专利技术的单组缓冲组件部分剖视示意图；图4为本专利技术的固定长杆顶部部分剖视图；图5为本专利技术的图1中A局部结构示意图；图6为本专利技术的缓冲支护结构俯视示意图；图7为本专利技术的一次支护结构俯视示意图；图8为本专利技术的图7中B局部结构示意图。图中标记：一次支护结构1、支撑框架11、第一钢架12、角块13、第二钢架15、连接块16、第二弹性垫块17、第二滑槽18；缓冲支护结构2、二次支护结构3、固定长杆4、缓冲组件5；支架31、滑块32、第二压缩弹簧33；第一长杆41、第二长杆42、固定块43、尖刀44、第一排水孔45、第一排水槽46、螺旋片47、旋叶48；第一横杆51、第二横杆52、第一压缩弹簧53、内杆54、外杆55、第一连杆56、第二连杆57、第三连杆58、第二排水槽59、第二排水孔60、第一弹性垫块61、第一滑槽62、稳定支架63。...
【技术保护点】
1.一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：包括缓冲支护结构(2)和二次支护结构(3)，所述缓冲支护结构(2)紧贴隧道围岩设置，固定长杆(4)贯穿缓冲支护结构(2)和二次支护结构(3)插入隧道围岩；所述缓冲支护结构(2)包括多个可压缩的“工”形缓冲组件(5)，所述固定长杆(4)圆周侧壁上单向卡接有固定块(43)，所述缓冲组件(5)通过支架(31)与固定块(43)固定。/n
【技术特征摘要】
1.一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：包括缓冲支护结构(2)和二次支护结构(3)，所述缓冲支护结构(2)紧贴隧道围岩设置，固定长杆(4)贯穿缓冲支护结构(2)和二次支护结构(3)插入隧道围岩；所述缓冲支护结构(2)包括多个可压缩的“工”形缓冲组件(5)，所述固定长杆(4)圆周侧壁上单向卡接有固定块(43)，所述缓冲组件(5)通过支架(31)与固定块(43)固定。
2.根据权利要求1所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：两所述固定长杆(4)之间设置一组缓冲组件(5)，所述缓冲组件(5)包括第一横杆(51)和第二横杆(52)，所述第一横杆(51)和第二横杆(52)之间固定设置有伸缩竖杆，所述伸缩竖杆包括内杆(54)和外杆(55)，所述内杆(54)和外杆(55)为空心柱，且外杆(55)能够容纳内杆(54)，所述内杆(54)和外杆(55)内部设置有第一压缩弹簧(53)，所述第一压缩弹簧(53)与第一横杆(51)和第二横杆(52)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述第一横杆(51)两端对称设置有第一滑槽(62)，两所述支架(31)的一端滑动设置在所述第一滑槽(62)内，另一端通过固定块(43)与固定长杆(4)固定连接；所述第一滑槽(62)内固定设置有第一弹性垫块(61)，所述第一弹性垫块(61)具有弹性且可压缩。
4.根据权利要求2和3任意一项所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述第一横杆(51)两端对称铰接有第一连杆(56)，两所述第一连杆(56)另一端均铰接有滑块(32)，所述滑块(32)滑动设置在与第二横杆(52)固定的支架(31)上，所述滑块(32)固定连接有第二压缩弹簧(33)，所述第二压缩弹簧(33)套设在固定第二横杆(52)的支架(31)外侧壁上且另一端与固定块(43)固接。
5.根据权利要求4所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：两所述第一连杆(56)中部均铰接有第二连杆(57)，所述第二连杆(57)另一端与所述第二横杆(52)铰接；所述滑块(32)上还铰接有第三连杆(58)，所述第三连杆(58)另一端铰接有通过支架(31)与第一横杆(51)连接的固定块(43)。
6.根据权利要求1所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述固定长...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘蒙蒙，张璐，舒志乐，张波，
申请(专利权)人：西华大学，成都纺织高等专科学校，
类型：发明
国别省市：四川;51
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