用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法制造方法及图纸

一种用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法,结构简单，采用三个弧形拱架组成的拱架体，拱架体上部连接有囊袋，囊袋和拱架体之间设置应力片，球链铰与支撑柱和拱架体连接组成拱架单元体，每个架单元体之间皆采用剪力架和横梁连接，弧形拱架和剪力架为伸缩结构，在软岩还处于临空状态前将该支撑装置推入隧道内对隧道进行支撑，囊袋内灌注开挖废料，在拱架体和支撑柱内注入浆液加固。本发明专利技术克服了原软岩隧道支护受力线接触导致局部变形出现应力集中破坏结构的问题，具有分散局部应力，及时支撑加固，受力均衡，针对性解决软岩变形时间长和变形量大，成本低，施工操作简单方便。施工操作简单方便。施工操作简单方便。

【技术实现步骤摘要】
用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法


[0001]本专利技术属于隧道施工
，涉及一种用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法。

技术介绍

[0002]近年来，核工业、国防工业、交通水利等行业地下工程规模和深度均在高速增长。世界各国已把地下岩土作为新的国土资源增长点在开发，岩土工程正向深部发展。由于地质条件、变形特征的复杂性，导致软岩事故频发，软岩蠕变量大、变形时间长、变形速率快、而传统的支护工具并不能随意的移动，施工不便，不能很好的解决软岩变形速率快的问题，且传统工具没有针对性的解决软岩变形时间长变形量大的问题，而且早期钢架支护成本高，且受力为线接触，在局部变形大的地方会出现应力集中，导致结构破坏。该工具可针对性解决传统工具支护不及时、受力不均匀，没有针对性的解决软岩变形时间长变形量大等三个设计施工难点。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法,结构简单，采用三个弧形拱架组成的拱架体，拱架体上部连接有囊袋，囊袋和拱架体之间设置应力片，球链铰与支撑柱和拱架体连接组成拱架单元体，每个架单元体之间皆采用剪力架和横梁连接，弧形拱架和剪力架为伸缩结构，在软岩还处于临空状态前将该支撑装置推入隧道内对隧道进行支撑，囊袋内灌注开挖废料，在拱架体和支撑柱内注入浆液加固，有利于分散局部应力，及时支撑加固，受力均衡，针对性解决软岩变形时间长和变形量大，成本低，施工操作简单方便。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于软岩隧道开挖的支撑装置，它包括三个弧形拱架组成的拱架体；拱架体上部连接有囊袋；囊袋和拱架体之间设置应力片；球链铰下部与支撑柱连接，上部与拱架体构成一榀拱架单元体；每个拱架单元体之间皆采用剪力架和横梁连接；所述弧形拱架由两个环形板或弧形杆组成的半圆形结构，相互插接抽拉伸缩。
[0005]所述弧形拱架插接处设置插销，由插销限制弧形拱架的伸缩。
[0006]所述剪力架和横梁分别与支撑柱的中部和上端连接。
[0007]所述拱架体上的弧形拱架由多个连接杆连接。
[0008]所述支撑柱下端与万向脚轮连接。
[0009]所述万向脚轮中预留有可植入锚杆的孔洞。
[0010]所述应力片与压力表电性连接，压力表安装于支撑柱上。
[0011]所述拱架体和支撑柱上皆设置有注浆孔。
[0012]如上所述的用于软岩隧道开挖的支撑装置的支撑加固方法，它包括如下步骤：S1，利用隧道开挖的的废料填充囊袋，在软岩还处于临空状态前将该支撑装置推入隧道；
S2，同时向两侧拉动支撑柱，弧形拱架伸展，使两侧支撑柱之间的距离达到所需要的宽度，采用插销穿过弧形拱架锁定；S3，同时向两端拉动支撑柱，剪力架伸展，使该支撑装置两端的支撑柱之间的距离达到所需要的长度，每两个相邻的支撑柱之间采用横梁连接；S4，锁定万向脚轮，在万向脚轮预留的孔洞中打入锚杆，锚杆穿过万向脚轮深入岩体；S5，完成S2、S3步骤后，囊袋与隧洞顶部接触，将应力均化，并预留变形量在岩体变形时产生一个卸力的效果，开启连接应力片的压力表，记录应力数值；S6，间隔一段时间后再次读取压力表的数值，判断应力分布情况，对应力较大的局部进行加固；S7，向拱架体和支撑柱的注浆孔注入浆液，提升支撑装置整体刚度。
[0013]本专利技术具备以下有益效果：可伸缩的弧形拱架使得该支撑装置可以横向收缩，拱架单元体之间连接的剪力架使得该支撑装置可以纵向收缩，该支撑装置由一个个拱架单元体构成，可根据需要灵活组装，用开挖废料填充的囊袋与隧洞顶部接触，将受力由线接触变为面接触使应力均化并节约了成本。
[0014]在开挖完成后迅速将该支撑装置推进隧道内，在软岩还处于临空状态时进行支护，以减少软岩的变形量。且针对软岩的变形时间长和变形量大的特点用囊袋提供了足够的变形区域，并且对软岩变形产生的应力起到了一个卸力的作用，支撑柱下端皆固定安装有带锁扣的万向脚轮可以任意移动，在万向脚轮中打入锚杆起到了固定该支撑装置和加固岩体的作用。读取连接应力片的压力表的数值为后期的锚杆支护和永久钢架支护提供数据。
[0015]可以解决原有支护工具并不能随意的移动，拆装不便，支护成本高，未考虑软岩变形特点且受力为线接触，在局部变形大的地方会出现应力集中，导致结构破坏等问题。
附图说明
[0016]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术拱架单元体的结构示意图。
[0018]图3为本专利技术另一种拱架单元体的结构示意图。
[0019]图4为本专利技术拱架体与连接杆连接的结构示意图。
[0020]图5为本专利技术弧形拱架连接的结构示意图。
[0021]图6为本专利技术其中一种支撑柱的结构示意图。
[0022]图7为本专利技术球链铰的结构示意图。
[0023]图8为本专利技术锚杆锚固万向脚轮的结构示意图。
[0024]图9为本专利技术剪力架的结构示意图。
[0025]图中：囊袋2，应力片3，支撑柱4，剪力架6，弧形拱架7，球链铰8，万向脚轮11，压力表12，横梁13，连接杆14，锚杆15。
具体实施方式
[0026]如图1~图9中，一种用于软岩隧道开挖的支撑装置，它包括三个弧形拱架7组成的拱架体；拱架体上部连接有囊袋2；囊袋2和拱架体之间设置应力片3；球链铰8下部与支撑柱4连接，上部与拱架体构成一榀拱架单元体；每个拱架单元体之间皆采用剪力架6和横梁13连接；所述弧形拱架7由两个环形板或弧形杆组成的半圆形结构，相互插接抽拉伸缩。
[0027]优选地，囊袋2内填充开挖时的废料，就地取材，成本低。
[0028]优选的方案中，所述弧形拱架7插接处设置插销，由插销限制弧形拱架7的伸缩。使用时，在该装置展开后，采用插销对弧形拱架7进行限位，限制该装置的整体宽度。
[0029]优选的方案中，所述剪力架6和横梁13分别与支撑柱4的中部和上端连接。使用时，在该装置展开后，采用横梁13与支撑柱4上端连接，对剪力架6进行限位，限制该装置的整体长度。
[0030]优选的方案中，所述拱架体上的弧形拱架7由多个连接杆14连接。使用时，在该装置长度和宽度皆调整后，再将连接杆14与弧形拱架7连接，连接杆14与岩体接触或渗入岩体内。
[0031]优选的方案中，所述支撑柱4下端与万向脚轮11连接。使用时，推动该装置，有万向脚轮11与地面滚动接触，转移或位置调节时省力。
[0032]优选的方案中，所述万向脚轮11中预留有可植入锚杆15的孔洞。使用时，采用将锚杆15穿过万向脚轮11深入岩体内固定该装置，提高整体的稳定性。
[0033]优选的方案中，所述应力片3与压力表12电性连接，压力表12安装于支撑柱4上。使用时，连接应力片3的压力表12随时显示应力值，读取该数值为后期的锚杆支护和永久钢架支护提供数据。
[0034]优选的方案中，所述拱架体和支撑柱4上皆设置有注浆孔。使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于软岩隧道开挖的支撑装置，其特征是：它包括三个弧形拱架（7）组成的拱架体；拱架体上部连接有囊袋（2）；囊袋（2）和拱架体之间设置应力片（3）；球链铰（8）下部与支撑柱（4）连接，上部与拱架体构成一榀拱架单元体；每个拱架单元体之间皆采用剪力架（6）和横梁（13）连接；所述弧形拱架（7）由两个环形板或弧形杆组成的半圆形结构，相互插接抽拉伸缩。2.根据权利要求1所述的用于软岩隧道开挖的支撑装置，其特征是：所述弧形拱架（7）插接处设置插销，由插销限制弧形拱架（7）的伸缩。3.根据权利要求1所述的用于软岩隧道开挖的支撑装置，其特征是：所述剪力架（6）和横梁（13）分别与支撑柱（4）的中部和上端连接。4.根据权利要求1所述的用于软岩隧道开挖的支撑装置，其特征是：所述拱架体上的弧形拱架（7）由多个连接杆（14）连接。5.根据权利要求1所述的用于软岩隧道开挖的支撑装置，其特征是：所述支撑柱（4）下端与万向脚轮（11）连接。6.根据权利要求1所述的用于软岩隧道开挖的支撑装置，其特征是：所述万向脚轮（11）中预留有可植入锚杆（15）的孔洞。7.根据权利要求1所述的用于软岩隧道开挖的支撑装置，其特征是：所述应力片（3）与压力表（12）电性连接，压力表（12）...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，李政，张金涛，石谦，黎照，孙涛，李运舟，郭建祥，宋瑞，陈子悦，汪岩松，孙荣琪，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：