CN111365045A - 一种隧道开挖后快速安全防护装置及其施工、防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道开挖后快速安全防护装置及其施工、防护方法，包括防护网和支柱，所述防护网附贴于拱顶围岩上，所述支柱间隔设置在防护网的下方，支柱的上端支撑防护网，下端立于地面上，所述上端可升降地安装在支柱的本体上。本发明具有的优点是本发明使用防护网代替原来的栅格钢架，具有运输方便、安装简单的优点，并且防护网是柔性材料，在拱顶围岩突然坍塌时，弹性能够减弱瞬时压力，避免损坏，保证了安全，并且直接使用支柱支撑，支柱可升降，呈梅花型布置，保证支撑效果，进一步简化安装步骤；采用单体液压支柱，支柱中安全阀设定阈值，在液压缸体内压力超出阈值后，进行泄压，保护支柱，并且启动警报器，工作人员快速撤离现场。

Description

一种隧道开挖后快速安全防护装置及其施工、防护方法

技术领域

本发明涉及隧道施工及地下工程建设领域，具体涉及一种隧道开挖后快速安全防护装置及其施工、防护方法。

背景技术

随着控制围岩大变形支护参数优化改进新技术的诞生，解决如何进行临时支护配合新技术使用的问题就显得极为紧迫。隧道爆开挖后围岩稳定差，不及时进行临时支撑，坍塌掉块难以避免。围岩的失稳伴随着能量的突然释放，具有突发性和强破坏性，直接威胁施工作业人员、设备安全，影响施工进度。

为了防止隧道拱顶围岩坍塌或掉块事故的发生，开挖后减少围岩暴露变形时间。目前隧道开挖后采用何种有效的防护方式，一直是困扰着施工过程中安全存在的难题。传统的木支柱、钢管顶托工作量大，支护不稳定因素多，工序繁琐，不能快速安全有效进行支撑，人员投入多，效率低。

现有专利“CN201610950048.8”，公开了使用可升降的液压支柱支护拱梁，拱梁上放置栅格钢架，形成最初的防护，但是这种方法具有以下缺陷：(1)运输麻烦，栅格钢架重量大，需要通过起动机将栅格钢架运输至现场，非常的不方便；(2)栅格钢架是刚性材料，在使用过程中，如拱顶某处突然坍塌，对栅格钢架压力过大时，很容易变形损坏，导致栅格钢架防护失效。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的在于提供一种隧道开挖后快速安全防护装置及其施工、防护方法，为解决现有隧道开挖后，使用的快速防护装置结构复杂，运输麻烦，以及可靠性不够的缺陷。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种隧道开挖后快速安全防护装置，包括防护网和支柱，所述防护网附贴于拱顶围岩上，所述支柱间隔设置在防护网的下方，支柱的上端支撑防护网，下端立于地面上，所述上端可升降地安装在支柱的本体上。

本发明采用柔性材料防护网，在运输时很方便，安装过程中，再进行展开，安装也非常的方便，而且具有弯折性能，当突然塌陷时，因为弹性，避免了突然出现的高压破坏，保证了使用的可靠性。本发明可以使用在各种掘进的工作面，如用在大型隧道时，该隧道掘进会采用台阶式掘进方法，所以上述支柱所抵靠的地面就是上台阶。支柱安放时，上端位于较低的位置，方便将防护网平方在多个支柱组合成的平面上，然后将支柱抬升，使得防护网上升至贴合到拱顶围岩，这样装置即安装完成，操作简单。

进一步，上述支柱排列方式为沿隧道掘进方向呈梅花型多排布置，所述支柱的环向间距为120cm，纵向间距为80cm。

进一步，上述支柱采用单体液压支柱。本发明中支柱采用单体液压支柱，液压系统是工程应用中最多的，具有成本低、使用牢靠的优点。这样支柱的上端即是液压缸杆，通过液压系统抬升或下降。当然也有其他方式来实现升降，如将上端设计呈柱状，支柱本体中有套管，上端落入套管的套孔中，上端外侧有齿纹道，本体上设置一个电机，电机的机轴上连接有齿轮，齿轮落入齿纹道内，电机转动，使得齿轮旋转，齿轮即可从而带动上端上升或下降。

进一步，上述防护网采用高强聚酯纤维柔性网。

进一步，上述支柱的液压缸上的安全阀的信号输出连接到报警器。单体液压支柱是现有工程常用装置，其缸体上会设置有三用阀，由单向阀、卸载阀和安全阀三部分组成。单向阀供单体液压支柱供液用，卸载阀供单体液压支柱卸载回柱用，安全阀保证单体液压支柱具有恒阻特性。本装置的安全阀主要是设置阈值，在压力过高时，发出信号至报警器，由报警器向工作人员报警。

进一步，上述支柱和防护网之间设置有π型梁。π型梁用来增大与围岩的接触面，以及支撑面的平整。

进一步，上述支柱与地面之间设置有固定楔。固定楔用来防止支柱在使用中发生倾覆现象。

还提供了一种隧道开挖后快速安全防护装置的施工方法，包括以下步骤：

S1：在隧道拱顶下方的地面上设置支柱，支柱沿隧道掘进方向呈梅花型多排布置；

S2：支柱的下端与地面之间设置固定楔，防止支柱倾覆；

S3：将防护网放置于支柱上，启动支柱，将防护网抬升至贴合到拱顶围岩。

进一步，上述支柱的环向间距为120cm，纵向间距为80cm。

还提供了一种隧道开挖后快速安全防护装置的防护方法，包括以下步骤：

T1：将支柱的液压缸的安全阀设定阀值，安全阀启动信号还发送至报警器；

T2：当支柱的液压缸中压力超过安全阀的阀值时，安全阀启动，将液压缸内液体泄出，并发送信号到报警器，报警器发出警告；

T3：工作人员看到报警器的警告后，即撤离现场。

本发明至少包括以下有益效果：(1)本发明使用防护网代替原来的栅格钢架，具有运输方便、安装简单的优点，并且防护网是柔性材料，在拱顶围岩突然坍塌时，弹性能够减弱瞬时压力，避免损坏，保证了安全，并且直接使用支柱支撑，支柱可升降，呈梅花型布置，保证支撑效果，进一步简化安装步骤；

(2)采用单体液压支柱，支柱中安全阀设定阈值，在液压缸体内压力超出阈值后，进行泄压，保护支柱，并且发出信号到警报器，由警报器发出警告到工作人员，促使工作人员快速撤离现场。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的俯视图；

图3为实施例3的结构示意图；

图4为实施例4的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，一种隧道开挖后快速安全防护装置，其特征在于，包括防护网1和支柱2，所述防护网1附贴于拱顶围岩上，所述支柱2间隔设置在防护网1的下方，支柱2的上端201支撑防护网2，下端202立于地面上，所述上端201可升降地安装在支柱2的本体上。

本实施例中支柱2采用单体液压支柱，单体液压支柱是现有技术，能够实现升降，即上端201就是缸杆，支柱2的本体就是缸体，下端202就是缸体底部。本实施例中防护网 1采用高强聚酯纤维柔性网，与支柱2形成刚柔合并结构的支护措施，拱部全方位安全防护体系。

本装置中，先将支柱2布置好，相互间隔布置，支柱2之间构成的空隙不能太大，避免防护网1受力过于不均，导致一些支柱2承担面过广，在出现塌陷时，承受重力就过大，从而出现支柱承受不了的问题，本发明中，单体液压支柱的工作压力不低于1MPa，具有较好的承重能力。

本装置在设置完成后，会进行永久支护体系工序施作，然后进行拆除，所以本装置是一种临时防护装置，所以注重快速安装，易于拆卸。本装置对比现有技术，就具有安装简单和方便拆卸的优点。

实施例2

如图2，本实施例在实施例1的基础上，装置中支柱2排列方式为沿隧道掘进方向呈梅花型多排布置，所述支柱2的环向间距为120cm，纵向间距为80cm。支柱2为梅花型布置，这是现有工程中常用的布置方法，图2中，采用梅花型双排布置，一共8台单体液压支柱，下面是第一排，上面是第二排，第一排第一个布置完成后，第二排第一个与第一排第一个之间的距离即为环向120cm，纵向80cm，允许偏差±100mm；第一排第二个与第一排第一个之间距离为环向240cm，而与第二排第一个之间的距离就是环向120cm，纵向80cm；依次类推，布置所有支柱2。

实施例3

如图3，本实施例在实施例1的基础上，装置中支柱2的液压缸上的安全阀5的信号输出连接到报警器6。支柱2是单体液压支柱，其缸体上设置有三用阀，即包含了安全阀 5，安全阀5能够泄压，即具有恒阻特性，当承受压力过大时，安全阀5就会启动，还会发送信号到报警器6，报警器6是声光报警器，提醒装置下方工作人员撤离现场。

实施例4

如图4，本实施例在实施例3的基础上，装置中支柱2和防护网1之间设置有π型梁3。π型梁3放置在活塞柱上，从而增大支柱2与围岩之间的接触面，并且也增加了支持面的平整，使得防护网1能够很好担在支柱2上。π型梁3一般采用木头制成。

装置中支柱2与地面之间设置有固定楔4。固定楔4也采用木头制成，放置在地面上，使得支柱2能够平整放置，避免支柱2在安装过程中出现倾覆。

实施例5

基于实施例4，一种隧道开挖后快速安全防护装置的施工方法，包括以下步骤：

S1：在隧道拱顶下方的地面上设置支柱2，支柱2沿隧道掘进方向呈梅花型多排布置；

S2：支柱2的下端202与地面之间设置固定楔4，防止支柱2倾覆；

S3：将防护网1放置于支柱2上，启动支柱2，将防护网1抬升至贴合到拱顶围岩。

支柱2的环向间距为120cm，纵向间距为80cm。

具体实施过程隧道工作面爆破开挖完毕后，通风15分钟后待炮烟稀释，确保洞内空气质量良好。检查工作面有无爆破遗留的安全隐患，确定安全其他作业人员方可进入，领工员指挥及时找顶，清除掌子面及拱顶危石，指挥挖机在作业面修整施工平台。

支柱2采用单体液压支柱，在设置支柱2前，按要求加设木楔，防止倾覆。当设置与台阶式施工隧道时，支柱2安装在上台阶上，一共8台，采用梅花型双排步骤，作业班组按要求将支柱2扶正，进行注液升顶将π型梁和高强聚酯纤维柔性网靠近隧道拱顶围岩，单体支柱支撑牢固。第一根单体支护完毕后，卸载原用来注液的管子，用同样的方法安装其他单体支柱，完成全部安装。

安装完成后，进行永久支护的施工，在永久支护体系工序施作完善，方可进行单体支柱支护的拆卸。

本发明采用双排设置，一次施工距离是80cm，当需要向内部掘进时，再次采用同样的方式进行布置。

实施例6

基于实施例4，一种隧道开挖后快速安全防护装置的防护方法，包括以下步骤：

T1：将支柱2的液压缸的安全阀5设定阀值，安全阀5启动信号发送至报警器6；

T2：当支柱2的液压缸中压力超过安全阀5的阀值时，安全阀5启动，将液压缸内液体泄出，并发送信号到报警器6，报警器6发出警告；

T3：工作人员看到报警器6的警告后，即撤离现场。

本发明中，在围岩出现塌陷时，支柱2首先承受压力，当压力过大时，一般超出1MPa时，安全阀5即进行泄压工作，并发送信号到报警器6，提醒工作人员撤离，保证了安全。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种隧道开挖后快速安全防护装置，其特征在于，包括防护网(1)和支柱(2)，所述防护网(1)附贴于拱顶围岩上，所述支柱(2)间隔设置在防护网(1)的下方，支柱(2)的上端(201)支撑防护网(2)，下端(202)立于地面上，所述上端(201)可升降地安装在支柱(2)的本体上。

2.如权利要求1所述的一种防护装置，其特征在于，所述支柱(2)排列方式为沿隧道掘进方向呈梅花型多排布置，所述支柱(2)的环向间距为120cm，纵向间距为80cm。

3.如权利要求1或2所述的一种防护装置，其特征在于，所述支柱(2)采用单体液压支柱。

4.如权利要求1所述的一种防护装置，其特征在于，所述防护网(1)采用高强聚酯纤维柔性网。

5.如权利要求3所述的一种防护装置，其特征在于，所述支柱(2)的液压缸上的安全阀(5)的信号输出连接到报警器(6)。

6.如权利要求5所述的一种防护装置，其特征在于，所述支柱(2)和防护网(1)之间设置有π型梁(3)。

7.如权利要求6所述的一种防护装置，其特征在于，所述支柱(2)与地面之间设置有固定楔(4)。

8.一种隧道开挖后快速安全防护装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在隧道拱顶下方的地面上设置支柱(2)，支柱(2)沿隧道掘进方向呈梅花型多排布置；

S2：支柱(2)的下端(202)与地面之间设置固定楔(4)，防止支柱(2)倾覆；

S3：将防护网(1)放置于支柱(2)上，启动支柱(2)，将防护网(1)抬升至贴合到拱顶围岩。

9.如权利要求8所述的一种施工方法，其特征在于，所述支柱(2)的环向间距为120cm，纵向间距为80cm。

10.一种隧道开挖后快速安全防护装置的防护方法，其特征在于，包括以下步骤：

T1：将支柱(2)的液压缸的安全阀(5)设定阀值，安全阀(5)的启动信号还发送至报警器(6)；

T2：当支柱(2)的液压缸中压力超过安全阀(5)的阀值时，安全阀(5)启动，将液压缸内液体泄出，并发送信号到报警器(6)，报警器(6)发出警告；

T3：工作人员看到报警器(6)的警告后，即撤离现场。

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