CN111365042A - 大断面隧道支撑装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及隧道开挖技术领域，公开了一种大断面隧道支撑装置，包括初期支护、横向支撑和竖向支撑，横向支撑包括水平设置的主承力杆和两个设置在初期支护上的固定机构，主承力杆的两侧分别可拆卸连接在两个固定机构内；竖向支撑包括第一竖杆和若干个第二竖杆，第一竖杆为可伸缩结构并能绕铰接点360°转动；所述横向支撑上设有用于锁定竖向支撑的锁定机构。本方案通过锁定机构将第一竖杆、所有第二竖杆锁定在一个竖直面上，第一竖杆为可伸缩结构并可360°转动，使第一竖杆既能够作为竖向支撑的一部分起到支撑作用，又能够在拆卸时作为主承力杆的支撑，并通过收缩能将主承力杆以及其上的第一竖杆、第二竖杆快速拆卸下来，实现快速拆卸。

Description

大断面隧道支撑装置

技术领域

本发明属于隧道开挖技术领域。

背景技术

大断面隧道主要是指铁路、公路和地铁隧道，也泛指开挖断面在40m2以上的隧道。隧道在开挖过程中，需要对隧道顶部进行支撑，以保证隧道开挖能安全进行。隧道的支撑要兼顾横向支撑和竖向支撑，而现有的用于支撑的承力构件大多采用钢结构进行焊接，这对于大断面隧道来说，承力构件数量多，拆卸时需要将各个承力构件逐个切割，拆卸起来非常不便，且拆卸效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大断面隧道支撑装置，以实现大断面隧道支撑装置的快速拆卸。

为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种大断面隧道支撑装置，包括初期支护、横向支撑和竖向支撑，所述横向支撑包括水平设置的主承力杆和两个设置在初期支护上的固定机构，主承力杆的两侧分别可拆卸连接在两个固定机构内；所述竖向支撑包括铰接于主承力杆中部的第一竖杆和若干个铰接在主承力杆侧部的第二竖杆，第一竖杆、第二竖杆均位于主承力杆的同一侧，且第一竖杆为可伸缩结构并能绕铰接点360°转动；所述主承力杆上设有用于锁定竖向支撑的锁定机构。

本基础方案的原理和有益效果在于：

当需要对隧道顶部进行支撑时，

利用第一竖杆将主承力杆向上移动，并让主承力杆的两端分别进入到两个固定机构中进行固定。接着，使第一竖杆收缩，并将第一竖杆和所有第二竖杆转动到竖直向上状态，然后启动锁定机构，锁定机构将第一竖杆、所有第二竖杆形成的竖向支撑锁定在一个竖直面上，形成一个整体式结构，对隧道顶部进行支撑。

当需要拆卸时，打开锁定机构，使第一竖杆、第二竖杆处于自由状态，然后将第一竖杆转动到竖直向下的状态并拉伸第一竖杆，使第一竖杆远离主承力杆的一端抵靠在地面或者工作台面上。打开固定机构，并使第一竖杆收缩，从而将主承力杆逐渐放倒在地面或工作台面上，实现快速拆卸。

本方案中，第一竖杆为可伸缩结构并可360°转动，使得第一竖杆既能够作为竖向支撑的一部分，对隧道顶部起到支撑作用，又能够在拆卸时，作为主承力杆的支撑，并通过收缩将主承力杆以及其上的第一竖杆放倒到地面或者工作台面上，提高拆卸效率。与现有的逐个切割承力构件的拆卸方式相比，本方案的拆卸明显更加便捷和高效。

且拆卸下来后的主承力杆、第一竖杆、第二竖杆等承力构件还可重复使用，降低隧道开挖的材料成本。

本方案通过锁定机构将第一竖杆、所有第二竖杆锁定在一个竖直面上，一方面将第一竖杆、第二竖杆和锁定机构形成一个整体式结构，增强了竖向支撑的稳定性，另一方面，通过锁定机构也方便对第一竖杆、第二竖杆进行锁定或松开，操作方便。

本方案中，固定机构与主承力杆可拆卸连接，方便工人后期将主承力杆拆卸下来，同时也便于将承力构件回收再利用，降低隧道开挖的材料成本。

可选地，所述第一竖杆包括第一筒体，第一筒体内设有第一液压缸，第一液压缸的输出端连接有第一顶柱，第一顶柱竖向滑动连接在第一筒体内。

当第一竖杆需要拉伸时，使第一液压缸伸长并推动第一顶柱，使第一顶柱往第一筒体外的方向移动；当第一竖杆需要收缩时，使第一液压缸收缩并带动第一顶柱收回到第一筒体内。这种第一竖杆结构简单，操作方便且高效。

可选地，所述锁定机构包括设置在主承力杆上的第一气缸，第一气缸位于主承力杆远离第一竖杆的一侧，第一气缸的输出端连接有推板，推板面向主承力杆的一侧设有若干组限位杆，每组限位杆包括两根，同组的限位杆与主承力杆之间共同形成用于对第一竖杆/第二竖杆进行限位的限位空间；所述限位杆滑动连接在主承力杆顶部。

初始时，第一气缸处于伸出状态，限位杆位于主承力杆顶部但未越过主承力杆。当第一竖杆、第二竖杆转动到竖直方向后，使第一气缸收缩，第一气缸通过推板带动限位杆越过主承力杆并与第一竖杆/第二竖杆的两侧接触，此时第一竖杆/第二竖杆进入限位杆之间形成的限位空间中，实现对第一竖杆/第二竖杆的锁定。

可选地，所述推板底部设有底板，底板顶面与主承力杆底面滑动连接。

初始时，底板位于主承力杆下方但未越过主承力杆。当第一竖杆、第二竖杆转动到竖直方向后，第一气缸收缩并带动推板移动，底板逐渐越过主承力杆底部并与第一竖杆/第二竖杆底部相抵，对第一竖杆/第二竖杆起到一定的支撑作用，增强第一竖杆/第二竖杆处于支撑状态时的稳定性。

可选地，所述主承力杆、第一竖杆、第二竖杆、限位杆的截面均呈方形，第一竖杆、第二竖杆均铰接在主承力杆侧面底部。

截面为方形的主承力杆与固定机构连接时不易发生滚动，可增大主承力杆处于支撑状态时的稳定性。第一竖杆、第二竖杆均铰接在主承力杆侧面底部，当第一竖杆、第二竖杆处于向上支撑的状态时，截面为方形的第一竖杆、第二竖杆与截面为方形的主承力杆侧面的接触面积较大，使得主承力杆侧面也能对第一竖杆、第二竖杆起到良好的限位作用；而截面为方向的限位杆与截面为圆形的限位杆相比，其与第一竖杆或第二竖杆的接触面积也更大，对第一竖杆、第二竖杆的锁定效果也更佳。

可选地，所述固定机构包括固定在初期支护上的固定盒，固定盒的顶部、底部以及远离初期支护的一面均设有开口，固定盒顶部和底部的开口均配合有用于堵住开口的密封板。

固定盒类似于槽形板，对主承力杆起到限位作用，使得主承力杆支撑只能沿固定盒上下方向移动；当主承力杆移动到固定盒内后，推动两块密封板移动，并将主承力杆限位在两块密封板之间，位于固定盒底部开口的密封板对主承力杆起到支撑作用，位于固定盒顶部开口的密封板对主承力杆起到限位作用，增强主承力杆处于支撑状态时的稳定性。

可选地，两块所述密封板之间连接有连杆，所述固定盒上设有第二气缸，第二气缸的输出端与连杆相连接。

在两块密封板之间连接一根连杆，并通过第二气缸进行驱动，方便工人同时对两块密封板进行操作，提高安装和拆卸效率。

可选地，所述主承力杆的两侧均设有拉绳。

在安装主承力杆时，主承力杆在上升过程中可能会发生倾斜，利用主承力杆两侧的拉绳，可较快速地将主承力杆调节到水平状态，使主承力杆的两端分别进入对应的固定机构内。

可选地，所述第一竖杆和第二竖杆上均设有用于推动第一竖杆/第二竖杆转动的推动机构，所述推动机构包括固定在第一竖杆/第二竖杆上的固定块，固定块上铰接有推拉杆，所述推拉杆包括第二筒体，第二筒体内设有第二液压缸，第二液压缸的输出端连接有第二顶柱，第二顶柱竖向滑动连接在第二筒体内。

推拉杆铰接在固定块上，工人可通过推动推拉杆，使固定块带动第一竖杆/第二竖杆转动到相应的位置，以进行支撑或者拆卸。

推拉杆包括第二筒体、第二液压缸、第二顶柱，形成了可伸缩结构。当需要带动第一竖杆/第二竖杆转动时，使第二液压缸伸长并推动第二顶柱，使第二顶柱往第二筒体外的方向移动，使推拉杆实现伸长；当第一竖杆/第二竖杆转动到合适的位置上后，使第二液压缸收缩并带动第二顶柱收回到第二筒体内，使推拉杆实现收缩，减小空间占用，并降低对其他承力构件的工作的不良影响。这种推拉杆结构简单，操作方便且高效。

可选地，所述第一竖杆远离主承力杆的一端，以及第二竖杆远离主承力杆的一端均设有顶块，所述顶块呈弧形，且顶块的形状与隧道顶部弧度相适应。

顶块的形状与隧道顶部弧度相适应，从而将第一竖杆/第二竖杆与隧道顶部的点接触(或近似于点接触)变为顶块与隧道顶部的面接触，接触面积更大，对隧道顶部的支撑效果更好。

附图说明

图1为本发明大断面隧道支撑装置实施例1的示意图；

图2为图1中第一竖杆的局部剖视图；

图3为图1中推板右侧的纵向剖视图；

图4为固定机构的结构示意图；

图5为第一竖杆支撑在地面或工作台面上的结构示意图；

图6为本发明大断面隧道支撑装置实施例2的示意图；

图7为推拉杆的局部剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：隧道1、初期支护2、主承力杆3、第一气缸4、推板5、限位杆6、底板7、第一竖杆8、第二竖杆9、顶块10、固定机构11、固定盒12、密封板13、连杆14、固定块15、推拉杆16、第一筒体17、第一顶柱18、第一液压缸19、第二气缸20、第二筒体21、第二顶柱22、第二液压缸23。

实施例1

大断面隧道1支撑装置，结合附图1所示，主要由初期支护2、横向支撑和竖向支撑构成，初期支护2沿隧道1内壁安装，形成拱状结构。横向支撑和竖向支撑均位于隧道1顶部，横向支撑主要由主承力杆3和两个固定机构11构成，主承力杆3水平设置并且截面呈方形。两个固定机构11分别焊接或插接在初期支护2的两侧，且主承力杆3的左右两端分别可拆卸连接在两个固定机构11内。结合附图4所示，固定机构11包括固定盒12，固定盒12焊接或者插接在初期支护2上，固定盒12的顶部、底部以及远离初期支护2的一面均开设有开口，固定盒12顶部和底部的开口均滑动配合有密封板13，用于堵住顶部和底部的开口，且两块密封板13之间焊接有一根连杆14，连杆14焊接在密封板13的侧面上；固定盒12的左侧面上安装有第二气缸20，第二气缸20的输出端与连杆14相连接。

竖向支撑主要由第一竖杆8和若干根第二竖杆9构成，结合附图1所示，第一竖杆8铰接在主承力杆3的侧面底部并能绕铰接点360°顺时针转动，第一竖杆8收缩后能够从第一竖杆8与第二竖杆9之间的空隙转下来，且第一竖杆8位于主承力杆3的中线上并为可伸缩结构，具体为：结合附图2所示，第一竖杆8主要由第一筒体17、第一顶柱18和第一液压缸19构成，第一筒体17为中空筒状结构，第一顶柱18为实心柱状结构。第一液压缸19安装在中空筒状结构的第一筒体17内，第一顶柱18沿第一筒体17的长度方向滑动连接第一筒体17内，第一液压缸19的输出端与第一顶柱18底部固定连接。

若干根第二竖杆9也铰接在主承力杆3的侧面底部并均布在第一竖杆8的左右两侧，第二竖杆9的长度可根据实际需要设定，或者将第二竖杆9也设计成与第一竖杆8类似的可伸缩结构。第一竖杆8和第二竖杆9铰接在主承力杆3侧面底部，且当第一竖杆8/第二竖杆9处于竖直状态时，第一竖杆8/第二竖杆9与主承力杆3侧部的接触面会更大，从而增强第一竖杆8/第二竖杆9的锁定效果。第一竖杆8远离主承力杆3的一端，以及第二竖杆9远离主承力杆3的一端均焊接有顶块10，顶块10呈弧形，且顶块10的形状与隧道1顶部弧面相适应，用于对隧道1施加作用力。

主承力杆的左右两侧均固定有一根拉绳，且主承力杆3上设置有锁定机构，用于锁定竖向支撑。结合附图3所示，锁定机构主要由第一气缸4、推板5、若干组限位杆6、底板7构成，第一气缸4安装在主承力杆3的另一侧(即远离第一竖杆8的一侧)，第一气缸4的输出端与推板5连接，推板5面向主承力杆3的一侧的顶部焊接有若干组限位杆6，每组限位杆6包括两根，同组的限位杆6与主承力杆3之间共同形成用于对第一竖杆8/第二竖杆9进行限位的限位空间，用于对第一竖杆8/第二竖杆9进行限位；限位杆6滑动连接在主承力杆3顶部。推板5面向主承力杆3的一侧的底部焊接有底板7，底板7顶面与主承力杆3底面滑动连接。

主承力杆3、第一竖杆8、第二竖杆9、限位杆6的截面均呈方形，截面为方形的主承力杆3与固定机构11连接时不易发生滚动，可增大主承力杆3处于支撑状态时的稳定性。第一竖杆8、第二竖杆9均铰接在主承力杆3侧面底部，当第一竖杆8、第二竖杆9处于向上支撑的状态时，截面为方形的第一竖杆8、第二竖杆9与截面为方形的主承力杆3侧面的接触面积较大，使得主承力杆3侧面也能对第一竖杆8、第二竖杆9起到良好的限位作用；而截面为方向的限位杆6与截面为圆形的限位杆6相比，其与第一竖杆8或第二竖杆9的接触面积也更大，对第一竖杆8、第二竖杆9的锁定效果也更佳。

本实施例中，第一液压缸19、第二液压缸23、第一气缸4、第二气缸20的型号可根据隧道1的大小以及行程的要求来具体选择，而第一液压缸19、第二液压缸23、第一气缸4、第二气缸20可通过遥控的方式来控制其运动。

初始时，主承力杆3放置在地面或工作台面上，第一气缸4处于伸出状态，限位杆6位于主承力杆3顶部但未越过主承力杆3，底板7位于主承力杆3下方但未越过主承力杆3，第一竖杆8的自由端位于主承力杆3的下方。

安装时，使第一液压缸19伸长并推动第一顶柱18移动，使第一竖杆8的整体长度增长，从而将主承力杆3向上移动，让主承力杆3的两端分别进入到两个固定盒12中，并使第二气缸20以将密封板13插入到开口处，将主承力杆3固定在固定盒12内。

接着，使第一液压缸19收缩并带动第一顶柱18移动，使第一竖杆8收缩，并将第一竖杆8和所有第二竖杆9转动到竖直向上状态，让第一竖杆8、第二竖杆9的底面与主承力杆3的底面齐平。此时，使第一竖杆8再次伸长，让第一竖杆8和第二竖杆9顶部的顶块10均与隧道1顶部相抵，对隧道1进行支撑。

然后，使第一气缸4收缩，第一气缸4通过推板5带动限位杆6越过主承力杆3并与第一竖杆8/第二竖杆9的两侧接触，此过程中，底板7逐渐越过主承力杆3底部并与第一竖杆8/第二竖杆9底部相抵，对第一竖杆8/第二竖杆9起到限位和支撑作用，此时第一竖杆8/第二竖杆9位于相邻限位杆6与主承力杆3、底板7形成的限位空间中，实现对第一竖杆8/第二竖杆9的锁定。

拆卸时，使第一气缸4伸长，第一气缸4通过推板5带动限位杆6、底板7复位，使第一竖杆8、第二竖杆9处于自由状态，然后如附图5所示，让第一竖杆8收缩并顺时针转动到竖直向下的方向，再使第一竖杆8伸长并与地面或工作台面相抵。通过第二气缸将密封板拉离固定盒顶部和底部的开口，让主承力杆处于自由状态。接着再让第一竖杆收缩，从而将主承力杆逐渐放倒在地面或工作台面上，实现的快速拆卸，不需要对各个承力构件逐个进行切割。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：第一竖杆8和第二竖杆9上均设有用于推动第一竖杆8/第二竖杆9转动的推动机构，结合附图6所示，推动机构主要由固定块15和推拉杆16构成，固定块15焊接或套接在第一竖杆8/第二竖杆9上，推拉杆16的一端铰接在固定块15上，具体为：结合附图7所示，推拉杆16主要由第二筒体21、第二顶柱22和第二液压缸23构成，第二筒体21为中空筒状结构，第二顶柱22为实心柱状结构。第二液压缸23安装在中空筒状结构的第二筒体21内，第二顶柱22沿第二筒体21的长度方向滑动连接第二筒体21内，第二液压缸23的输出端与第二顶柱22底部固定连接。第二液压缸23的控制开关安装在第二筒体21侧面底部。

本实施例中，推拉杆16铰接在固定块15上，工人可通过操作推拉杆16，使固定块15带动第一竖杆8/第二竖杆9转动到相应的位置，以进行支撑或者拆卸。当需要带动第一竖杆8/第二竖杆9转动时，使第二液压缸23伸长并推动第二顶柱22，使第二顶柱22往第二筒体21外的方向移动，使推拉杆16实现伸长；当第一竖杆8/第二竖杆9转动到合适的位置上后，使第二液压缸23收缩并带动第二顶柱22收回到第二筒体21内，使推拉杆16实现收缩，减小空间占用，并降低对其他承力构件的工作的不良影响。这种推拉杆16结构简单，操作方便且高效。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.大断面隧道支撑装置，包括初期支护、横向支撑和竖向支撑，其特征在于：所述横向支撑包括水平设置的主承力杆和两个设置在初期支护上的固定机构，主承力杆的两侧分别可拆卸连接在两个固定机构内；所述竖向支撑包括铰接于主承力杆中部的第一竖杆和若干个铰接在主承力杆侧部的第二竖杆，第一竖杆、第二竖杆均位于主承力杆的同一侧，且第一竖杆为可伸缩结构并能绕铰接点360°转动；所述主承力杆上设有用于锁定竖向支撑的锁定机构。

2.根据权利要求1所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述第一竖杆包括第一筒体，第一筒体内设有第一液压缸，第一液压缸的输出端连接有第一顶柱，第一顶柱竖向滑动连接在第一筒体内。

3.根据权利要求1所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述锁定机构包括设置在主承力杆上的第一气缸，第一气缸位于主承力杆远离第一竖杆的一侧，第一气缸的输出端连接有推板，推板面向主承力杆的一侧设有若干组限位杆，每组限位杆包括两根，同组的限位杆与主承力杆之间共同形成用于对第一竖杆/第二竖杆进行限位的限位空间；所述限位杆滑动连接在主承力杆顶部。

4.根据权利要求3所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述推板底部设有底板，底板顶面与主承力杆底面滑动连接。

5.根据权利要求4所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述主承力杆、第一竖杆、第二竖杆、限位杆的截面均呈方形，第一竖杆、第二竖杆均铰接在主承力杆侧面底部。

6.根据权利要求1所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述固定机构包括固定在初期支护上的固定盒，固定盒的顶部、底部以及远离初期支护的一面均设有开口，固定盒顶部和底部的开口均配合有用于堵住开口的密封板。

7.根据权利要求6所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：两块所述密封板之间连接有连杆，所述固定盒上设有第二气缸，第二气缸的输出端与连杆相连接。

8.根据权利要求1所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述主承力杆的两侧均设有拉绳。

9.根据权利要求1所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述第一竖杆和第二竖杆上均设有用于推动第一竖杆/第二竖杆转动的推动机构，所述推动机构包括固定在第一竖杆/第二竖杆上的固定块，固定块上铰接有推拉杆，所述推拉杆包括第二筒体，第二筒体内设有第二液压缸，第二液压缸的输出端连接有第二顶柱，第二顶柱竖向滑动连接在第二筒体内。

10.根据权利要求1所述的大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述第一竖杆远离主承力杆的一端，以及第二竖杆远离主承力杆的一端均设有顶块，所述顶块呈弧形，且顶块的形状与隧道顶部弧面相适应。

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