CN109723477A - 一种小断面隧道施工柔性保护罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小断面隧道施工柔性保护罩，主要是由若干套承受荷载的柔性薄膜阻挡构件组成，用于遮挡隧道中顶的土石体，防止塌方或土石块坠落，所述柔性薄膜阻挡构件通过螺杆穿过钢环孔紧固在隧道顶上，由多组紧密排列的气囊组成，紧贴在隧道上方，且能提供支反力，相邻的的气囊有贯通的通气通道，使气囊受力均衡；相邻的柔性薄膜阻挡构件的串联形成安全的保护屏障，延长逃生时间。本发明具有提供支反力和承受冲击荷载的能力，且没有任何刚性骨架支撑，可充当施工初期衬砌支护，也能作为逃生保护屏障，特别适用于狭长断面的隧道施工中，有效解决逃生和施工效率难的问题，具有构造简单、施工效率高、效果显著和成本低等优势。
Description
技术领域
本发明涉及到隧道施工技术领域，尤其在小断面隧道施工中，能安全施工和提高施工效率的一种小断面隧道施工柔性保护罩。
背景技术
隧道施工一直存在着重大安全隐患，如何逃生和避免塌方一直不能从根源上有效解决问题，直接造成效率降低和施工成本增加，甚至带来重大生命财产损失。一般隧道施工过程包括开挖、初期支护、打仰拱、铺设防水板和二次衬砌等步骤，但是在小断面隧道中由于高度和宽度有限，刚性保护罩笨重，无法有效设置支撑，阻碍施工，常在中顶位置出现塌方事故；另外在小断面隧道中逃生也是最重要的难题，传统的铺设钢管占用面积，导致施工效率直接降低，所以在小断面隧道中，从二次衬砌到掌子面附近拱顶很少支撑也几乎不放置逃生通道。面对这样复杂的实际问题，急需发明一种有效防止塌方、延长逃生时间、安全施工和提高施工效率的柔性保护罩。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的柔性薄膜阻挡构件，能适应凹凸不平的曲面顶，气囊能充入高压气体，提供支反力和承担荷载，阻止隧道中顶岩土体快速坍塌，提供安全逃生屏障，该保护罩强度高、柔性好和质量轻，特别适合小断面隧道施工中，能保障安全施工和提高施工效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种隧道施工柔性保护罩，由若干套相连的柔性薄膜阻挡构件组成，紧固在隧道中顶部位，固定后充入高压气体，提供支反力和承担拱顶荷载，其中，柔性薄膜阻挡构件包括包多个括气囊、钢环孔、柔性边骨架、柔性内骨架和紧固锚具组成。
进一步，所述的柔性薄膜阻挡构所使用材料应具备高强度、低弹性和质量轻的性能，减轻自重的同时能有效提供安全保护，同时能够任意折叠弯曲和重复使用。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的柔性薄膜阻挡构之间通过使用紧固锚具串联成一排并与中顶部位岩土层固定一起，使柔性薄膜阻挡构件之间构成整体，也能使柔性薄膜阻挡构件与拱顶构成一体，提高抗荷载能力，其布置位置应从隧道二次衬砌中顶到掌子面中顶处。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的柔性薄膜阻挡构件尺寸根据实际工程需求合理选择，优选长1500~5000mm，宽1000~3000mm。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的气囊之间紧密排列，减少空隙，增大与拱顶岩土层表面积的有效接触，相邻气囊之间有通气通道，便于充气和排气，充气后状态下为凸面结构，能适应曲面顶或凹凸不平的表面接触，保障柔性薄膜阻挡构件表面能与任意覆盖位置紧贴，每个独立气囊在柔性薄膜阻挡构件上的布置结构优选圆形、方形或长方形。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的钢环孔包括中间位置的主孔和柔性边骨架四周有多个副孔，孔为圆形，加强柔性薄膜阻挡构件与拱顶构成整体性，也能提高保护罩的整体受力性能和安全性。
柔性边骨架和柔性内骨架的布置能提高柔性薄膜阻挡构件的受力强度和变形，柔性内骨架呈网格状分布，承担气囊传递下来的荷载，能有效的把力再传递给柔性边骨架，然后一部分力传递给紧固锚具，另一部分力传递给相邻的柔性薄膜阻挡构件，采取力的分散原理，提高保护罩的安全性。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的柔性边骨架上有一个或多个充气孔，且充气孔能与高压泵或供喷气钻的高压管连通。
作为对上述技术方案的进一步改进，紧固锚具包括螺杆和螺帽，通过锚具抗拔拉力公式计算所需尺寸大小，且钢环孔直径要比螺杆直径大1~5mm，使柔性薄膜阻挡构件上的钢环孔容易套进和取出。
与现有技术相比本发明的有益效果是：本发明提供了一种小断面隧道施工柔性保护罩，主要是利用了先进低廉的柔性防护材料，整个保护罩没有设置刚性骨架，利用保护罩与隧道拱顶形的一体化作用，能承受冲击荷载和高压气囊提供给隧道拱顶的支反力，不需要支架支撑，不占用施工空间，材质轻便柔软，能适应凹凸不平的曲面顶和平面顶；阻止拱顶快速塌方和碎石坠落，当局部出现大面积塌方时，利用柔性保护罩整体性分散局部荷载，延长塌方时间，提供绿色屏障保护通道；另外在小断面隧道中避免了逃生管道的安置，能极大的提高施工效率，既能防止塌方又能增加逃生时间反应，从根源上有效解决施工效率和布置逃生通道不二选择的世界性难题。
附图说明
图1为本发明的一种小断面隧道施工柔性保护罩的原理示意图。
图2为本发明的柔性薄膜阻挡构件结构示意图。
图3为本发明的一种小断面隧道施工柔性保护罩隧道布置断面示意图。
附图标记：
1：气囊；2：主孔；3：副孔；4：通气通道；5：柔性内骨架；6：充气孔；7：柔性边骨架；8：紧固锚具。
具体实施方式
结合附图具体说明本发明的具体实施例，熟悉此技术的人士都可以轻易揭露本发明的其它优点和功效。须知，说明书内容中的“大小”、“尺寸”、“多个”、“中间”、“边缘”及其它词汇均以配合说明书解释的内容为准以便于叙述，以供技术人士了解本发明结构，并非限制本发明的用语。
一种隧道施工柔性保护罩，由若干套相连的柔性薄膜阻挡构件组成，紧固在隧道中顶部位，固定后再充入高压气体，提供支反力和承担拱顶荷载，其中，柔性薄膜阻挡构件包括包括多个气囊1、钢环孔、柔性边骨架7、柔性内骨架5和紧固锚具8组成。
参考附图，在施工中，柔性薄膜阻挡构件从隧道拱顶二次衬砌中顶开始布置到掌子面中顶处，在布置单个柔性薄膜阻挡构件时，应拧开前一个柔性薄膜阻挡构件末端处边缘的螺母，然后把新布置的柔性薄膜阻挡构件带气囊1的面朝拱顶，按短边端部上的每个副孔3依次套进螺杆上，拧紧螺母，然后紧绷撑开柔性薄膜阻挡构件，把其它中部和剩余边部钢环孔依次套进安装好的螺杆中，再次拧紧螺母，使用高压泵或工程中供喷气钻提供的高压气管与柔性边骨架7上的充气孔6对接，充入高压气，使紧贴拱顶面的气囊1鼓起，此刻柔性薄膜阻挡构件会紧紧压在岩土层上，给中部拱顶附件岩土体提供支反力，然后关闭充气孔阀门，通过以上方式一套一套的对接。平时能作为安全的天然屏障和支护，当局部出现塌方时，该部位的柔性薄膜阻挡构件会产生在安全范围内的变形以阻挡岩土体坠落或塌方，原理是相连柔性薄膜阻挡构件都是环环相连，形成整体，共同承担局部的力，再把力传递给固定在岩土层中的锚具，所以进一步限制了塌方区域柔性薄膜阻挡构件的变形，只要材料不破坏，即不会使该处的岩土体快速坍塌，能提供逃生充足时间。当需要拆卸时，拧开四周边缘和中间的螺母，取下柔性薄膜阻挡构件，排除气囊1中的气体，螺杆可以选择拔出或预留在拱顶。
作为可选的另一种实施方式，所述的柔性薄膜阻挡构件所使用材料应具备高强度、低弹性和质量轻的性能，优选超高分子量聚乙烯纤维，环保且能回收利用，其同截面尺寸材料强度是钢材的5~10倍，减轻自重的同时能有效提供保护屏障，同时能够任意折叠弯曲，耐磨性好和防水性好，可重复使用。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的柔性薄膜阻挡构之间通过使用紧固锚具8串联成一排并与中顶附近岩土层紧贴固定，使柔性薄膜阻挡构件构成整体，提高抗荷载能力，布置位置应从隧道二次衬砌中顶到掌子面中顶处。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的柔性薄膜阻挡构件尺寸根据实际工程需求合理选择，优选长1500~5000mm，宽1000~3000mm，所选尺寸和薄膜厚度根据适用原则，减轻自重，方便安装。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的气囊1之间紧密排列，减少空隙，增大与拱顶岩土层表面积的有效接触面，相邻气囊之间有通气通道4，便于充气和排气，在承担岩土体荷载时，也能保证每个气囊1的受力均匀，充气状态下为凸面结构，能适应曲面顶或凹凸不平的表面，保障柔性薄膜阻挡构件表面与拱顶之间有力的相互作用，每个独立气囊1在柔性薄膜阻挡构件上的形状结构优选圆形、方形或长方形。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的钢环孔包括中间位置的主孔1和柔性边骨架7四周的多个副孔3，孔为圆形，优选钢环与柔性材料结合形成刚性的圆孔，钢环孔个数根据柔性薄膜阻挡构件大小合理布置，主要是加强柔性薄膜阻挡构件与拱顶的整体性，阻止塌方，增强保护罩的安全性。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述的柔性边骨架7和柔性内骨架5的布置，能提高柔性薄膜阻挡构件的强度，柔性内骨架5呈网格状分布，承担气囊1传递下来的荷载，能有效的把力传递给柔性边骨架7，然后一部分力传递给紧固锚具8，另一部分力传递给相邻的柔性薄膜阻挡构件，采取力的分散原理，提高保护罩的安全性。
作为对上述技术方案的进一步的改进，所述的柔性边骨架上7有一个或多个充气孔6，且充气孔6能与高压泵或供喷气钻使用的高压气管连通，且在柔性薄膜阻挡构件安装好后再充入高压气体，也才能给拱顶施加一定大小的支反力。
作为对上述技术方案的进一步改进，紧固锚具8包括螺杆和螺帽，通过锚具抗拔拉力公式计算，以及结合不同岩土层地质情况合理选择尺寸，螺杆优选100mm~400mm，且钢环孔直径要比螺杆直径大1~5mm，使柔性薄膜阻挡构件上的钢环孔容易套进和取出。
上述实施例，仅展示了本发明的原理和实际功效，而非用于限制本发明，任何熟悉此技术的人士都可在本发明原则的基础上进修饰和改进，以适应不同类型工程实际需求。
Claims (8)
1.一种小断面隧道施工柔性保护罩，由若干套柔性薄膜阻挡构件组成，紧贴在隧道中顶部位，紧绷撑开固定后再充入高压气体，提供支反力和承担拱顶荷载，其中，柔性薄膜阻挡构件包括包括气囊、钢环孔、柔性边骨架、柔性内骨架和紧固锚具组成。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工柔性保护罩，其特征在于：柔性薄膜阻挡构所使用材料应具备高强度、低弹性和质量轻的性能，能够任意折叠弯曲和重复使用。
3.根据权利要求1和2所述的一种隧道施工柔性保护罩，其特征在于：柔性薄膜阻挡构之间通过使用紧固锚具串联成一排并与中顶部位岩土层紧固，其布置位置应从隧道二次衬砌中顶到掌子面中顶。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种隧道施工柔性保护罩，其特征在于：柔性薄膜阻挡构件尺寸，长1500~5000mm，宽1000~3000mm。
5.根据权利要求1所述的一种隧道施工柔性保护罩，其特征在于：气囊之间紧密排列，相邻气囊之间有通气通道，充气后状态下为凸面结构，能与上方的岩土体之间有力的相互作用效果，每个独立气囊在柔性薄膜阻挡构件上的布置结构为圆形、方形或长方形。
6.根据权利要求1所述的一种隧道施工柔性保护罩，其特征在于：钢环孔包括中间位置的主孔和柔性边骨架四周有多个副孔，孔为圆形。
7.根据权利要求1所述的一种隧道施工柔性保护罩，其特征在于：柔性边骨架上有一个或多个充气孔，且充气孔能与高压泵或供喷气钻的高压管连通。
8.根据权利要求1所述的一种隧道施工柔性保护罩，其特征在于：紧固锚具包括螺杆和螺帽，通过锚具抗拔拉力公式计算紧固锚具所需尺寸大小，且钢环孔直径要比螺杆直径大1~5mm。
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