CN113123811A - 基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，涉及隧道工程技术领域，解决了现有装置未设置可以实现装配式固定的结构的问题。基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，包括外混凝土层；所述外混凝土层呈拱形结构，外混凝土层浇筑于挖掘巷道内壁处，外混凝土层内侧面设置有内混凝土层、植筋锚固支撑结构和锁脚结构，内混凝土层固定连接于外混凝土层内部；通过承接槽限位，将顶部座架设在承接座顶部后，通过固定螺钉将顶部座与承接座连接后对其焊接，通过承接座垂直圆孔定位后，进行垂直打孔，通过底锚杆可以对结构整体进行底部加固，可以实现装配式固定，便于安装运输。

Description

基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体为基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构。

背景技术

高海拔隧道建设需要面临低含氧、低温和低气压等自然条件，施工过程中较为困难，在进行挖掘时需要支护结构对岩体进行支撑，防止塌方，现有装置不便于安装运输。

经过检索例如专利号为CN110952990A的专利公开了一种高海拔地区隧道工程中针对不良地质的施工方法，包括以下步骤：1提供超前地质报告；2超前支护施工；3隧道掘进；4针对涌水进行排水处理；5初期支护施工；6初期支护完成后，对拱顶拱腰变形较大位置进行注浆加固；7在低温混凝土表面敷设一层防水层，并使用土工布防护；8仰拱和二衬施工。本发明的施工方法有效地降低了不良地质对隧道施工的破坏程度和施工风险，确保了施工安全，为高海拔隧道设计与施工提供了大量的宝贵经验，并为高海拔、高寒地区的隧道设计施工起到了有利的指导和借鉴作用。

再例如专利号为CN208220820U的专利公开了一种高原特长隧道与斜井交叉口的立体式支撑防护装置，包括支护机构，吊运机构，以及作业机构；支护机构包括防护装置，以及支撑装置，防护装置包括防护拱形顶棚，以及防护竖直梁，支撑装置包括支撑平台和斜交支撑梁，吊运机构包括安装在支撑平台下方的纵向滑轨，以及通过滑轮安装在纵向滑轨上的吊运天车，作业机构包括通过心轴连接的滚轮，铺设在滚轮下方的滑轨，以及滑动安装在心轴上的作业车，作业车包括作业台架，升降装置，以及万向连接座，本实用新型的支护机构不仅具有基本的支撑防护作用，同时吊运机构全方面吊运，以及作业机构全角度作业，均极大地提高了隧道内施工作业的灵活性和效率。

基于上述，传统的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构一般为结构，一般未设置可以实现装配式固定的结构，不便于安装运输，不能岩土体自身的承载能力，未设置防止岩体坠落的结构，不能实现隧道拱部支护结构与两侧底部锚固结构的连接固定，未设置便于对进一步安装装配式钢架加固结构实现限位的结构。

因此，不满足现有的需求，对此我们提出了基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构。

发明内容

（一）技术问题

本发明的目的在于提供基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，以解决上述背景技术中提出的传统的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构一般为结构，一般未设置可以实现装配式固定的结构，不便于安装运输，不能岩土体自身的承载能力，未设置防止岩体坠落的结构，不能实现隧道拱部支护结构与两侧底部锚固结构的连接固定，未设置便于对进一步安装装配式钢架加固结构实现限位的结构的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，包括外混凝土层；

所述外混凝土层呈拱形结构，外混凝土层浇筑于挖掘巷道内壁处，外混凝土层内侧面设置有内混凝土层、植筋锚固支撑结构和锁脚结构，内混凝土层固定连接于外混凝土层内部，植筋锚固支撑结构固定连接于外混凝土层内曲侧面处，锁脚结构位于外混凝土层内底部两侧；

所述植筋锚固支撑结构外侧铺设有钢筋网，植筋锚固支撑结构包括支撑部，支撑部呈方形杆状结构，支撑部中部通过横向贯穿设置有锚固侧孔；

所述支撑部内部通过滑动连接设置有超前支护结构；

所述超前支护结构包括超前支护钢梁，超前支护钢梁呈圆柱形结构，超前支护钢梁横向穿设于同一水平线锚固侧孔内部；

所述植筋锚固支撑结构之间设置有装配式钢架加固结构，装配式钢架加固结构呈拱形，其内部为双层结构，其厚度与内混凝土层相同。

优选的，所述植筋锚固支撑结构还包括：

搭座A，搭座A通过铰连接设置于支撑部底端，其前端设置有凹面；

锥形孔，锥形孔固定连接于搭座A前端凹面中心处。

优选的，所述植筋锚固支撑结构还包括：

搭座B，搭座B通过铰连接设置于支撑部顶部，其后端设置有凹面；

超前支护横孔，超前支护横孔贯穿于支撑部内部两侧。

优选的，所述装配式钢架加固结构包括：

承接座，承接座呈弧形结构，数量设置为二组，其底部为平面结构，承接座底部平面中心处垂直贯穿有圆孔；

外固定孔，外固定孔固定连接于承接座底部外侧；

优选的，所述装配式钢架加固结构还包括：

底锚杆，底锚杆穿设于承接座底部圆孔处；

顶部座，顶部座数量设置为二组，其通过螺栓固定连接于承接座顶部。

优选的，所述装配式钢架加固结构还包括：

承接槽，承接槽固定连接于装配式钢架加固结构外部曲侧面，其直径与超前支护钢梁直径相同；

固定螺钉，固定螺钉通过螺纹联接设置于承接座顶部。

优选的，所述植筋锚固支撑结构还包括：

支护锚杆，支护锚杆穿设于锚固侧孔、锥形孔和外固定孔内部；

螺帽，螺帽通过螺纹联接设置于支护锚杆左侧；

垫板，垫板穿设于支护锚杆左侧，其位于螺帽右侧，垫板右侧设置有止浆塞；

自进钻头，自进钻头固定连接于支护锚杆右端。

优选的，所述锁脚结构包括：

底固条，底固条设置于外混凝土层内侧底部，底固条中部横向贯穿有圆孔；

锁脚斜孔，锁脚斜孔数量设置为二组，锁脚斜孔固定连接于底固条内部两侧；

凹板，凹板固定连接于底固条左端，凹板内部横向贯穿有圆孔；

凸板，凸板固定连接于底固条右端，凸板内部横向贯穿有圆孔。

锁脚锚杆，锁脚锚杆穿设于锁脚斜孔内部。

（三）有益效果

1、本发明通过设置装配式钢架加固结构，通过将垫板和螺帽与承接座焊接，完成装配式钢架加固结构与锁脚结构的连接固定，通过承接槽限位，将顶部座架设在承接座顶部后，通过固定螺钉将顶部座与承接座连接后对其焊接，通过承接座垂直圆孔定位后，进行垂直打孔，通过底锚杆可以对结构整体进行底部加固，可以实现装配式固定，便于安装运输。

2、本发明还通过设置植筋锚固支撑结构，可以通过将一组支撑部底部搭座A凹面与其搭座B凸面贴合，可对垫板进行夹持，可以通过对支护锚杆拧入螺帽完成连接固定，通过对螺帽进行焊接，可以实现支撑部与支护锚杆和外混凝土层的连接固定，重复以上步骤将多组支撑部首尾相连对支护锚杆和外混凝土层连接固定后，通过外混凝土层内部右侧支撑部与右侧锁脚结构进行连接固定，通过锚杆与钢筋网，可以提高围岩体的粘聚力和内摩擦角，从而使得岩土体自身的承载能力大大加强，还可以提高防止岩体坠落，可以完成隧道拱部支护结构与两侧底部锚固结构的连接固定。

3、本发明还通过设置超前支护结构，将多组植筋锚固支撑结构进行连接固定后，将超前支护钢梁横向穿入超前支护横孔后进行焊接，可以使植筋锚固支撑结构顶部外侧实现框架式固定，可以在提高结构强度的同时，通过承接槽限位，便于对进一步安装装配式钢架加固结构实现限位，有益于进行下一步工序。

附图说明

图1为本发明实施例中外混凝土层前端的侧视立体结构示意图；

图2为本发明实施例中图1中A的局部放大示意图；

图3为本发明实施例中内支护结构的俯视立体结构示意图；

图4为本发明实施例中图4中B的局部放大示意图；

图5为本发明实施例中内锚固架结构的立体结构示意图；

图6为本发明实施例中图5中C的局部放大示意图；

图7为本发明实施例中支撑部的立体结构示意图；

图8为本发明实施例中底部固定结构的立体结构示意图；

图9为本发明实施例中装配式钢架加固结构的立体结构示意图；

图10为本发明实施例整体的的仰视立体结构示意图；

在图1至图10中，部件名称或线条与附图编号的对应关系为：

1、外混凝土层；

101、内混凝土层；

2、支撑部；

201、锚固侧孔；202、搭座A；203、锥形孔；204、搭座B；205、超前支护横孔；3、超前支护钢梁；

4、装配式钢架加固结构；401、承接座；4011、外固定孔；4012、底锚杆；402、顶部座；403、承接槽；404、固定螺钉；

5、支护锚杆；

501、螺帽；502、垫板；503、自进钻头；

6、底固条；

601、锁脚斜孔；602、凹板；603、凸板；7、锁脚锚杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，而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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图10，本发明提供的一种实施例：基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，包括外混凝土层1；

外混凝土层1呈拱形结构，外混凝土层1浇筑于挖掘巷道内壁处，外混凝土层1内侧面设置有内混凝土层101、植筋锚固支撑结构和锁脚结构，内混凝土层101固定连接于外混凝土层1内部，植筋锚固支撑结构固定连接于外混凝土层1内曲侧面处，锁脚结构位于外混凝土层1内底部两侧；

植筋锚固支撑结构外侧铺设有钢筋网，植筋锚固支撑结构包括支撑部2，支撑部2呈方形杆状结构，支撑部2中部通过横向贯穿设置有锚固侧孔201；

支撑部2内部通过滑动连接设置有超前支护结构；

超前支护结构包括超前支护钢梁3，超前支护钢梁3呈圆柱形结构，超前支护钢梁3横向穿设于同一水平线锚固侧孔201内部；

植筋锚固支撑结构之间设置有装配式钢架加固结构4，装配式钢架加固结构4呈拱形，其内部为双层结构，其厚度与内混凝土层101相同。

如图7所示，植筋锚固支撑结构还包括：

搭座A202，搭座A202通过铰连接设置于支撑部2底端，其前端设置有凹面；

锥形孔203，锥形孔203固定连接于搭座A202前端凹面中心处；

搭座B204，搭座B204通过铰连接设置于支撑部2顶部，其后端设置有凹面；

超前支护横孔205，超前支护横孔205贯穿于支撑部2内部两侧，将支撑部2与外混凝土层1内部左侧底固条6连接固定后，将顶部搭座B204与外混凝土层1内侧贴合后，使用电钻对搭座B204内部锥形孔203进行对外混凝土层1打孔，然后将支护锚杆5植入锥形孔203内完成固定后，将垫板502穿入支护锚杆5内部使其平行贴合搭座B204，通过将一组支撑部2底部搭座A202凹面与其搭座B204凸面贴合，可对垫板502进行夹持，可以通过对支护锚杆5拧入螺帽501完成连接固定，通过对螺帽501进行焊接，可以实现支撑部2与支护锚杆5和外混凝土层1的连接固定，重复以上步骤将多组支撑部2首尾相连对支护锚杆5和外混凝土层1连接固定后，通过外混凝土层1内部右侧支撑部2与右侧锁脚结构进行连接固定，可以完成隧道拱部支护结构与两侧底部锚固结构的连接固定。

装配式钢架加固结构4包括：

承接座401，承接座401呈弧形结构，数量设置为二组，其底部为平面结构，承接座401底部平面中心处垂直贯穿有圆孔；

外固定孔4011，外固定孔4011固定连接于承接座401底部外侧；

装配式钢架加固结构4还包括：

底锚杆4012，底锚杆4012穿设于承接座401底部圆孔处；

顶部座402，顶部座402数量设置为二组，其通过螺栓固定连接于承接座401顶部。

如图8所示，锁脚结构包括：

底固条6，底固条6设置于外混凝土层1内侧底部，底固条6中部横向贯穿有圆孔；

锁脚斜孔601，锁脚斜孔601数量设置为二组，锁脚斜孔601固定连接于底固条6内部两侧；

凹板602，凹板602固定连接于底固条6左端，凹板602内部横向贯穿有圆孔；

凸板603，凸板603固定连接于底固条6右端，凸板603内部横向贯穿有圆孔。

锁脚锚杆7，锁脚锚杆7穿设于锁脚斜孔601内部，将底固条6贴合外混凝土层1内侧，通过将多组底固条6横向排列，可以通过将底固条6左侧的凹板602凹面与另一组底固条6右侧的凸板603凸面进行对接贴合后，通过将其圆孔对齐，使用电钻于凹板602圆孔与底固条6中部圆孔处对外混凝土层1进行打孔后，将支撑部2底部的锥形孔203与底固条6中部圆孔对齐后，将支护锚杆5穿过底固条6中部圆孔，使支护锚杆5完成对底固条6与支撑部2的固定，通过使用电钻穿过锁脚斜孔601与外混凝土层1进行打孔后，将锁脚锚杆7植入锁脚斜孔601与外混凝土层1内部，可以同步实现隧道两侧底部的锚固。

装配式钢架加固结构4还包括：

承接槽403，承接槽403固定连接于装配式钢架加固结构4外部曲侧面，其直径与超前支护钢梁3直径相同；

固定螺钉404，固定螺钉404通过螺纹联接设置于承接座401顶部。

如图8所示，植筋锚固支撑结构还包括：

支护锚杆5，支护锚杆5穿设于锚固侧孔201、锥形孔203和外固定孔4011内部；

螺帽501，螺帽501通过螺纹联接设置于支护锚杆5左侧；

垫板502，垫板502穿设于支护锚杆5左侧，其位于螺帽501右侧，垫板502右侧设置有止浆塞；

自进钻头503，自进钻头503固定连接于支护锚杆5右端，通过穿过外混凝土层1对岩体内部植入内支护锚杆5，可以提高围岩体的粘聚力和内摩擦角，从而使得岩土体自身的承载能力大大加强，通过与植筋锚固支撑结构配合，可以提高支护结构的支撑强度。

另一实施例中，底固条6内侧面固定连接有两组挡板，通过挡板可以在安装装配式钢架加固结构4时，对承接座401进行限位，可以提高安装精度。

工作原理：

装置进行使用时，首先对隧道内侧钉入钢筋网，然后对隧道内侧喷涂混凝土，制成外混凝土层1，将底固条6贴合外混凝土层1内部左侧，通过将多组底固条6横向排列，可以通过将底固条6左侧的凹板602凹面与另一组底固条6右侧的凸板603凸面进行对接贴合后，将其圆孔对齐进行打孔，使用电钻于凹板602圆孔与底固条6中部圆孔处对外混凝土层1进行打孔后，将支撑部2底部的锥形孔203与底固条6中部圆孔对齐后，将支护锚杆5穿过底固条6中部圆孔，通过焊接使支护锚杆5完成对底固条6与支撑部2的固定，通过使用电钻穿过锁脚斜孔601与外混凝土层1进行打孔后，将锁脚锚杆7植入锁脚斜孔601与外混凝土层1内部，实现对隧道底部两侧锚固，将支撑部2与外混凝土层1内部左侧底固条6连接固定后，将顶部搭座B204与外混凝土层1内侧贴合后，使用电钻对搭座B204内部锥形孔203进行对外混凝土层1打孔，然后将支护锚杆5植入锥形孔203内完成固定后，将垫板502穿入支护锚杆5内部使其平行贴合搭座B204，通过将一组支撑部2底部搭座A202凹面与其搭座B204凸面贴合，可对垫板502进行夹持，可以通过对支护锚杆5拧入螺帽501完成连接固定，通过对螺帽501进行焊接，可以实现支撑部2与支护锚杆5和外混凝土层1的连接固定，重复以上步骤将多组支撑部2首尾相连对支护锚杆5和外混凝土层1连接固定后，通过外混凝土层1内部右侧支撑部2与右侧锁脚结构进行连接固定，可以完成隧道拱部支护结构与两侧底部锚固结构的连接固定，将多组植筋锚固支撑结构进行连接固定后，将超前支护钢梁3横向穿入超前支护横孔205后进行焊接，可以使植筋锚固支撑结构顶部外侧实现框架式固定，可以提高结构强度，将承接座401外侧的外固定孔4011与凹板602圆孔对齐后，将支护锚杆5植入，通过将垫板502和螺帽501与承接座401焊接，完成装配式钢架加固结构4与锁脚结构的连接固定，通过承接槽403限位，将顶部座402架设在承接座401顶部后，通过固定螺钉404将顶部座402与承接座401连接后对其焊接，通过承接座401垂直圆孔定位后，进行垂直打孔，通过底锚杆4012可以对结构整体进行底部加固，可以实现装配式固定，便于安装运输，通过对外混凝土层1内部进行进一步喷涂，制成内混凝土层101，通过装配式钢架加固结构4限位，将内混凝土层101内侧抹平至与装配式钢架加固结构4同等厚度，使内混凝土层101实现均匀喷涂后，完成总体加固。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，其特征在于：包括外混凝土层（1）；

所述外混凝土层（1）呈拱形结构，外混凝土层（1）浇筑于挖掘巷道内壁处，外混凝土层（1）内侧面设置有内混凝土层（101）、植筋锚固支撑结构和锁脚结构，内混凝土层（101）固定连接于外混凝土层（1）内部，植筋锚固支撑结构固定连接于外混凝土层（1）内曲侧面处，锁脚结构位于外混凝土层（1）内底部两侧；

所述植筋锚固支撑结构外侧铺设有钢筋网，植筋锚固支撑结构包括支撑部（2），支撑部（2）呈方形杆状结构，支撑部（2）中部通过横向贯穿设置有锚固侧孔（201）；

所述支撑部（2）内部通过滑动连接设置有超前支护结构；

所述超前支护结构包括超前支护钢梁（3），超前支护钢梁（3）呈圆柱形结构，超前支护钢梁（3）横向穿设于同一水平线锚固侧孔（201）内部；

所述植筋锚固支撑结构之间设置有装配式钢架加固结构（4），装配式钢架加固结构（4）呈拱形，其内部为双层结构，其厚度与内混凝土层（101）相同。

2.根据权利要求1所述的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，其特征在于，所述植筋锚固支撑结构还包括：

搭座A（202），搭座A（202）通过铰连接设置于支撑部（2）底端，其前端设置有凹面；

锥形孔（203），锥形孔（203）固定连接于搭座A（202）前端凹面中心处。

3.根据权利要求2所述的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，其特征在于，所述植筋锚固支撑结构还包括：

搭座B（204），搭座B（204）通过铰连接设置于支撑部（2）顶部，其后端设置有凹面；

超前支护横孔（205），超前支护横孔（205）贯穿于支撑部（2）内部两侧。

4.根据权利要求1所述的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，其特征在于，所述装配式钢架加固结构（4）包括：

承接座（401），承接座（401）呈弧形结构，数量设置为二组，其底部为平面结构，承接座（401）底部平面中心处垂直贯穿有圆孔；

外固定孔（4011），外固定孔（4011）固定连接于承接座（401）底部外侧。

5.根据权利要求4所述的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，其特征在于，所述装配式钢架加固结构（4）还包括：

底锚杆（4012），底锚杆（4012）穿设于承接座（401）底部圆孔处；

顶部座（402），顶部座（402）数量设置为二组，其通过螺栓固定连接于承接座（401）顶部。

6.根据权利要求5所述的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，其特征在于，所述装配式钢架加固结构（4）还包括：

承接槽（403），承接槽（403）固定连接于装配式钢架加固结构（4）外部曲侧面，其直径与超前支护钢梁（3）直径相同；

固定螺钉（404），固定螺钉（404）通过螺纹联接设置于承接座（401）顶部。

7.根据权利要求3所述的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，其特征在于，所述植筋锚固支撑结构还包括：

支护锚杆（5），支护锚杆（5）穿设于锚固侧孔（201）、锥形孔（203）和外固定孔（4011）内部；

螺帽（501），螺帽（501）通过螺纹联接设置于支护锚杆（5）左侧；

垫板（502），垫板（502）穿设于支护锚杆（5）左侧，其位于螺帽（501）右侧，垫板（502）右侧设置有止浆塞；

自进钻头（503），自进钻头（503）固定连接于支护锚杆（5）右端。

8.根据权利要求1所述的基于隧道工程适用于高海拔区域的岩体空腔防护结构，其特征在于，所述锁脚结构包括：

底固条（6），底固条（6）设置于外混凝土层（1）内侧底部，底固条（6）中部横向贯穿有圆孔；

锁脚斜孔（601），锁脚斜孔（601）数量设置为二组，锁脚斜孔（601）固定连接于底固条（6）内部两侧；

凹板（602），凹板（602）固定连接于底固条（6）左端，凹板（602）内部横向贯穿有圆孔；

凸板（603），凸板（603）固定连接于底固条（6）右端，凸板（603）内部横向贯穿有圆孔；

锁脚锚杆（7），锁脚锚杆（7）穿设于锁脚斜孔（601）内部。

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