CN114033420A - 一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置及施工方法，所述防塌装置包括垂直支护和拱形支护，所述垂直支护位于所述隧道内，且所述垂直支护沿着所述隧道的掌子面设置；所述拱形支护沿着所述隧道的设计顶面延伸，所述垂直垂直支护的顶部与所述拱形支护之间设有通过弹簧缓冲器连接；所述拱形支护的两侧边缘之间固设有充气篷布，所述拱形支护与所述充气篷布之间设有高度调节组件；所述充气篷布上设有自密封组件。本发明的防塌装置既能与溶洞的顶面紧密贴合，还能够提高防塌装置整体的稳定性。

Description

一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道支护技术领域，尤其涉及一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置及施工方法。

背景技术

十九世纪是桥的时代，二十世纪是高层建筑的时代，二十一世纪是地下空间的时代，近年来，随着我国经济飞速发展，交通基础设施建设的需要在不断提高，公路隧道的修建大大提高了西部山岭地区交通运输的便利。目前，我国已跻身世界上隧道修建规模、技术和难度最大的国家之列。同时，公路、铁路工程建设的重心逐渐转向岩溶高度发育的西部山区，将会给地质勘测、施工安全、生态环境带来巨大的挑战。

岩溶是地球上十分常见的地质现象，从高山到地壳几千米深的岩石均有发育。我国地域辽阔，东西地形、地貌差别大，区域地质情况非常复杂，岩溶地质是其中典型的复杂地质情况之一。我国是世界上岩溶地质分布最广的国家之一，在全国960万km2国土面积上，可溶岩层分布面积约344.3万km2，占国土面积的1/3。岩溶地质分布遍及我国各省、市和自治区，尤其以我国西南的云、贵、桂地区为甚，另外山西、广东、湖南、浙江、鄂西、四川、陕南以及华北地区亦有大量分布。根据目前西部己建和在建铁路隧道的不完全统计，位于岩溶地区的隧道约占50％，据建于岩溶区的26座公路、铁路长隧道统计资料，在建设中几乎都不同程度地遇到了岩溶坍塌和涌水等灾害，发生过较大岩溶灾害的有10座之多，占38.64％；而在西南、中南地区17座岩溶中长隧道(2km-3km)中，近50％发生过较大岩溶灾害。

因此，如何从各影响因素多方面综合判定岩溶隧道施工开挖的稳定性，如何掌握岩溶隧道开挖过程中地质灾害的处理时机和处理方案，已成为当下岩溶隧道开挖亟需解决的问题。

在隧道开挖过程中，会遇到溶洞，现有支护主要采用砼挡土墙或喷锚支护技术，其支护能力在这种复杂地质条件下无法达到预期支护效果，主要是由于支护结构与溶洞没有紧密结合，不能共同变形。公开号为CN212454440U的实用新型专利中公开了一种隧道单侧边墙出露溶洞的快速支护结构，该支护结构能够使支护结构与溶洞的顶部紧密贴合，但是在注浆过程中会对伸缩杆产生影响，造成伸缩杆的移位或者变形，从而影响到支护效果。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置及施工方法，既能使防塌装置与溶洞的顶面紧密贴合，还能够提高防塌装置整体的稳定性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，所述溶洞位于所述隧道掌子面的顶部，其特征在于：所述防塌装置包括垂直支护和拱形支护，所述垂直支护位于所述隧道内，且所述垂直支护沿着所述隧道的掌子面设置；

所述拱形支护沿着所述隧道的设计顶面延伸，所述垂直垂直支护的顶部与所述拱形支护之间设有通过弹簧缓冲器连接；

所述拱形支护的两侧边缘之间固设有充气篷布，所述拱形支护与所述充气篷布之间设有高度调节组件；所述充气篷布上设有自密封组件。

进一步的，所述高度调节组件包括多个垂直设置在所述拱形支护顶部的第一支撑柱，每个所述第一支撑柱内均设有第一伸缩支撑组件，所述第一伸缩支撑组件贯穿所述第一支撑柱的顶部，且所述第一伸缩支撑组件的顶部与所述充气篷布固定连接；

每个所述第一支撑柱的左右两侧均滑动设有三角支撑组件，所述三角支撑组件的顶部和远离所述第一支撑柱的端部均与所述充气篷布固定连接，所述三角支撑组件靠近所述第一支撑柱的端部与所述第一支撑柱对应的侧面滑动连接。

进一步的，所述三角支撑组件包括第二支撑柱，所述第二支撑柱的底部与所述拱形支护的顶部固定连接，所述第二支撑柱的顶部设有第二伸缩支撑组件，所述第二伸缩支撑组件的顶部与所述充气篷布固定连接；

所述第二支撑柱的左右两侧分别活动连接有第三支撑柱和第四支撑柱，所述第三支撑柱内设有第三伸缩支撑组件，所述第三伸缩支撑组件的端部贯穿所述第三支撑柱，且所述第三伸缩支撑组件位于所述第三支撑柱外的一端也与所述充气篷布固定连接；所述第四支撑柱远离所述第二支撑柱的端部固设有第一伸缩杆，所述第一伸缩杆远离所述第四支撑柱的端部与所述第一支撑柱滑动连接。

进一步的，所述第二支撑柱上开设有上下方向的移动通孔，所述移动通孔内滑动设有支撑块，所述支撑块的两侧分别活动设有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与所述支撑块活动连接，所述第一连杆的另一端与所述第三支撑柱滑动连接；所述第二连杆的一端也与所述支撑块活动连接，所述第二连杆的另一端与所述第四支撑柱滑动连接；

所述支撑块的顶部与所述移动通孔的顶部之间设有第一弹簧，所述支撑块的底部设有铰绳，所述移动通孔的底部设有竖直铰绳槽，所述移动通孔与所述竖直铰绳槽连通，所述竖直铰绳槽的底部连通设有水平铰绳槽，所述竖直铰绳槽与所述水平铰绳槽连通且相互垂直，所述水平铰绳槽的前端贯穿所述第二支撑柱的前端，所述竖直铰绳槽与所述水平铰绳槽连通处安装有定滑轮，所述铰绳沿着所述竖直铰绳槽延伸后通过所述定滑轮转向，然后再沿着所述水平铰绳槽延伸，所述铰绳远离所述支撑块的一端位于所述隧道内。

进一步的，所述第一伸缩支撑组件包括液压杆，所述液压杆的传动端固设有推杆，所述推杆的顶部连接有第二伸缩杆；

所述第二伸缩杆包括多节管柱，每节所述管柱的内壁上对称设有第一滑轨，所述第一滑轨靠近顶端处设有第一限位槽，所述第一滑轨的底部设有挡片，每节所述管柱外侧壁的底部设有与所述第一限位槽相匹配的自复位滚珠，多节所述管柱在所述第一滑轨、自复位滚珠的作用下互相套接；

每节所述管柱的底部均设有开口，所述推杆穿设在所述开口中，且所述推杆的顶部与最内层的管柱底部固定连接，所述充气篷布与最内层的管柱端部固定连接。

进一步的，所述第二伸缩支撑组件和所述第三伸缩支撑组件均与所述第一伸缩支撑组件的结构相同，且所述第二支撑柱的顶部固设有第五支撑柱，所述第二伸缩支撑组件安装在所述第五支撑柱内，所述第二伸缩支撑组件的顶部贯穿所述第五支撑柱。

进一步的，所述充气篷布包括内层和外层，所述内层和所述外层之间形成气腔，所述外层的外部固设有柔性的保护板；所述自密封组件位于所述内层与所述外层之间；

所述自密封组件包括密封座，所述密封座位于所述内层与所述外层之间，所述密封座的内侧还设有环形的安装盘，所述安装盘的内侧设有挤压板，所述挤压板为弹性材质；

所述密封座上贯穿设有充气管，所述充气管位于所述充气篷布内的部分左右两侧均设有充气支管，两个所述充气支管均贯穿所述安装盘；所述挤压板与所述密封座之间设有第一密封板，所述第一密封板的底部安装有第一密封垫，所述第一密封垫位于所述充气管的顶部，且所述第一密封垫的直径大于所述充气管的外径；所述第一密封垫的底部固设有推杆，所述推杆的底部固设有第二密封板，所述第二密封板位于所述充气管内，且所述第二密封板与所述充气管的内侧壁滑动密封连接；所述第一密封板与所述密封座之间还设有限位组件。

进一步的，所述限位组件包括固设在所述第一密封板底部的限位杆，所述限位杆的底部贯穿所述密封座，所述限位杆位于所述密封座外侧的部分螺纹连接有限位螺母；所述第一密封板与所述充气支管之间还设有第二弹簧，所述第二弹簧套设在所述限位杆外。

进一步的，所述弹簧缓冲器包括缓冲弹簧、活塞杆、活塞、缸盖、端托、固定端和缸体，所述缸体的顶部设有缸盖；所述固定端与所述垂直支护的顶部连接，所述固定端的顶部设有活塞杆，所述活塞杆贯穿所述缸体的底部和缸盖，所述活塞杆的顶部设有端托；所述活塞杆外套设有活塞，且所述活塞位于所述缸体内；所述活塞与所述缸体的底部之间设有缓冲弹簧。

进一步的，一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：开挖隧道的顶部遇到溶洞出露时，先从隧道的掌子面处施作垂直支护；

步骤2：在每个垂直支护的顶部安装弹簧缓冲器，作为缓冲装置；

步骤3：将充气篷布和高度调节组件安装在拱形支护上，便于后期支护；

步骤4：对溶洞内进行清理，将拱形支护沿着隧道的设计顶面插入溶洞内，拱形支护与弹簧缓冲器顶端连接，对溶洞下方区域形成初步防护；

步骤5：拱形支护安装完成后，通过高度调节组件将充气篷布支立起来，与溶洞表面接触；

步骤6：向充气篷布内充气，使充气篷布与溶洞表面完全贴合，自密封组件对充气口进行密封，整体安装完成；

步骤7：对充气篷布与拱形支护之间的空腔进行注浆。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于，

1、本发明中采用垂直支护和拱形支护相结合的结构，能够对溶洞的顶部进行支护，同时，防止溶洞坍塌造成事故；在拱形支护上设置充气篷布，充气篷布在充气状态下能够随着溶洞顶部的形状共同产生形变，与溶洞的顶部密切贴合，从而使得注浆时浆液能够填满溶洞的空隙，支护效果更佳。

2、本发明在充气篷布的充气口处设置有自密封组件，在通过充气口向充气篷布内部充气时，随着气腔内气体体积的增加，会推动挤压板向下挤压第一密封板，第一密封板随之推动第二密封板在充气管内移动；带第一密封垫对充气管的顶部进行密封时，第二密封板移动至充气管内位于充气支管的下方，第一密封板和第二密封板分别对充气管的顶部和充气支管进行密封，气体无法进入充气篷布内，且能够对充气篷布的充气口进行密封，实现充气篷布的自密封效果；第一密封板在向下移动的过程中会带动限位杆向下移动，待第一密封板将充气管顶部密封时，使用限位螺母对限位杆进行固定，可以第一密封板松动影响密封效果。本发明的自密封组件操作简单，密封性能好。

3、本发明中的高度调节组件可以调节充气篷布的高度，并且对充气篷布进行支撑，第一支撑柱以及其内安装的第一伸缩支撑组件能够对充气篷布的中间部位进行支撑，第一支撑柱两侧的三角支撑组件能够对第一支撑柱两个的充气篷布顶部以及充气篷布的侧部进行支撑，三角支撑组件中的第二支撑柱、第三支撑柱和第四支撑柱形成三角形结构，三角形结构的稳定性使得三角支撑组件在注浆时不易变形或者移位，能够提高整体的稳定性。

4、本发明中第三支撑柱和第四支撑柱的角度可以调节，从而使其位于最佳支撑位置，第三支撑柱和第四支撑柱的角度调节通过设置在第二支撑柱内的铰绳以及定滑轮来实现，只需从外部拉动铰绳，即可通过支撑块、第一连杆和第二连杆带动第三支撑柱和第四支撑柱角度的同步调节，操作方便，且定滑轮的设置降低了操作难度。

附图说明

图1为本发明溶洞与隧道位置关系示意图。

图2为本发明防塌装置结构主视图。

图3为本发明高度调节组件结构主视图。

图4为本发明第二支撑柱内部结构主视图。

图5为本发明第二支撑柱外部结构侧视图。

图6为本发明第一支撑柱内部结构主视图。

图7为本发明第一伸缩支撑组件结构主视图。

图8为本发明管柱内部结构侧视图。

图9为本发明防塌装置沿第二支撑柱排列方向剖视结构图。

图10为本发明第二支撑柱内部结构侧视图。

图11为本发明充气篷布结构示意图。

图12为本发明自密封组件未密封状态结构示意图。

图13为本发明自密封组件密封状态结构示意图。

图14为本发明安装盘和挤压板结构俯视图。

图15为本发明弹簧缓冲器结构示意图。

其中：1-隧道，2-溶洞，3-垂直支护，4-拱形支护，5-弹簧缓冲器，501-缓冲弹簧，502-活塞杆，503-活塞，504-缸盖，505-端托，506-固定端，507-缸体，6- 充气篷布，601-内层，602-外层，603-气腔，604-保护板，7-第一支撑柱，701- 第一滑槽，702-第一滑块，8-第一伸缩支撑组件，801-液压杆，802-推杆，803- 第二伸缩杆，8031-管柱，8032-第一滑轨，8033-第一限位槽，8034-挡片，8035- 自复位滚珠，9-第二支撑柱，901-移动通孔，902-竖直铰绳槽，903-水平铰绳槽， 10-第二伸缩支撑组件，11-第三支撑柱，1101-第三伸缩支撑组件，12-第四支撑柱， 13-第一伸缩杆，14-支撑块，15-第一连杆，16-第二连杆，17-第一弹簧，18-铰绳， 19-定滑轮，20-第五支撑柱，21-密封座，22-安装盘，23-挤压板，24-充气管，25- 充气支管，26-第一密封板，27-第一密封垫，28-推杆，29-第二密封板，30-限位杆，31-限位螺母，32-第二弹簧。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-15所示的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，所述溶洞2位于所述隧道1掌子面的顶部，所述防塌装置包括垂直支护3和拱形支护 4，所述垂直支护3位于所述隧道1内，且所述垂直支护3沿着所述隧道1的掌子面设置，所述垂直支护3采用钢管，从地面垂直向上；

所述拱形支护4沿着所述隧道1的设计顶面延伸，所述拱形支护4采用网片，所述垂直垂直支护3的顶部与所述拱形支护4之间设有通过弹簧缓冲器5连接；

所述拱形支护4的两侧边缘之间固设有充气篷布6，所述拱形支护4与所述充气篷布6之间设有高度调节组件；所述充气篷布6上设有自密封组件。

具体的，所述高度调节组件包括多个垂直设置在所述拱形支护4顶部的第一支撑柱7，多个所述第一支撑柱7沿着隧道1的开挖方向延伸，所述第一支撑柱 7的顶部为开口结构，且每个所述第一支撑柱7内均设有第一伸缩支撑组件8，所述第一伸缩支撑组件8贯穿所述第一支撑柱7的顶部，且所述第一伸缩支撑组件8的顶部与所述充气篷布6固定连接；

每个所述第一支撑柱7的左右两侧均滑动设有三角支撑组件，所述三角支撑组件的顶部和远离所述第一支撑柱7的端部均与所述充气篷布6固定连接，所述三角支撑组件靠近所述第一支撑柱7的端部与所述第一支撑柱7对应的侧面滑动连接。

进一步的，所述三角支撑组件包括第二支撑柱9，所述第二支撑柱9的底部与所述拱形支护4的顶部固定连接，所述第二支撑柱9的顶部安装有第二伸缩支撑组件10，所述第二伸缩支撑组件10的顶部与所述充气篷布6固定连接；

所述第二支撑柱9的左右两侧分别铰接连接有第三支撑柱11和第四支撑柱 12，所述第三支撑柱11远离所述第二支撑柱9的一端中心为开口结构，且所述开口结构内安装有第三伸缩支撑组件1101，所述第三伸缩支撑组件1101的端部贯穿所述第三支撑柱11，且所述第三伸缩支撑组件1101位于所述第三支撑柱11 外的一端也与所述充气篷布6固定连接；所述第四支撑柱12远离所述第二支撑柱9的端部固设有第一伸缩杆13，所述第一伸缩杆13采用现有的普通伸缩杆即可，在外力作用下可被拉成或者缩短，所述第一伸缩杆13远离所述第四支撑柱 12的端部与所述第一支撑柱7滑动连接，所述第一支撑柱7靠近所述第四支撑柱 12的侧面上开设有第一滑槽701，所述第一滑槽701沿着上下方向延伸，且所述第一滑槽701内设有与其相匹配的第一滑块702，所述第一伸缩杆13的端部与所述第一滑块702铰接连接。

所述第二支撑柱9上开设有上下方向的移动通孔901，所述移动通孔901的左右分别贯穿所述第二支撑柱9的左右侧面，所述移动通孔901内滑动设有支撑块14，所述支撑块14的两侧分别铰接连接有第一连杆15和第二连杆16，所述第一连杆15的一端与所述支撑块14铰接连接，所述第一连杆15的另一端与所述第三支撑柱11滑动连接；所述第二连杆16的一端也与所述支撑块14铰接连接，所述第二连杆16的另一端与所述第四支撑柱12滑动连接；所述第一连杆15 与所述第三支撑柱11之间的滑动连接，以及所述第二连杆16与所述第四支撑柱 12之间的滑动采用均采用第一伸缩杆13与第一支撑柱7之间的滑动连接方式滑动连接(包括滑槽和滑块，第一连杆15和第二连杆16均与对应的滑块铰接连接)。

进一步的，所述支撑块14的顶部与所述移动通孔901的顶部之间设有第一弹簧17，所述支撑块14的底部设有铰绳18，所述移动通孔901的底部设有竖直铰绳槽902，所述移动通孔901与所述竖直铰绳槽902连通，所述竖直铰绳槽902 的底部连通设有水平铰绳槽903，所述竖直铰绳槽902与所述水平铰绳槽903连通且相互垂直，所述水平铰绳槽903的前端贯穿所述第二支撑柱9的前端，所述竖直铰绳槽902与所述水平铰绳槽903连通处安装有定滑轮19，所述铰绳18沿着所述竖直铰绳槽902延伸后通过所述定滑轮19转向，然后再沿着所述水平铰绳槽903延伸，所述铰绳18远离所述支撑块14的一端位于所述隧道1内。

本发明中高度调节组件的工作原理为：第一支撑柱7内的第一伸缩支撑组件 8通过伸缩调节与第一伸缩支撑组件8连接的充气篷布6处的位置；第二支撑柱 9顶部安装的第二伸缩支撑组件10通过伸缩调节与第二伸缩支撑组件8连接的充气篷布6处的位置；在已经开挖的隧道1内向远离掌子面的方向拉动铰绳18，在定滑轮19的作用下铰绳18受力方向发生改变，从而拉动支撑块14向下移动，同时第一弹簧17被拉伸，第一弹簧17对支撑块14施加向上的拉力，避免支撑块14在重力作用下自身向下移动。支撑块14在向下移动的过程中，通过第一连杆15和第二连杆16分别推动第三支撑柱11和第四支撑柱12角度发生改变，第三支撑柱11内安装的第三伸缩支撑组件1101伸缩，从倾斜方面对充气篷布6进行支撑，第四支撑柱12端部的第一伸缩杆13则沿着第一支撑柱7的侧面上下移动，第二支撑柱9、第三支撑柱11和第四支撑柱12之间形成三角形的结构，稳定性更好，且在支护完成后注浆的过程中不易发生晃动或者移位，支护效果更好。

进一步的，所述第一伸缩支撑组件8包括液压杆801，所述液压杆801安装在所述第一伸缩支撑组件8的开口内，所述液压杆801的传动端固设有推杆802，所述推杆802的顶部连接有第二伸缩杆803；

所述第二伸缩杆803由多节管柱8031套接形成，套在最里层的管柱8031直径最小，越往外管柱8031的直径越大，最里层的管柱8031端部与充气篷布6固定在一起；每节所述管柱8031的内壁上对称焊接有两个第一滑轨8032，所述第一滑轨8032的底部设有挡片8034，所述挡片8034与所述第一滑轨8032一体成型；所述第一滑轨8032靠近顶部的位置处设有第一限位槽8033，每节所述管柱 8031外侧壁的底部设有与所述第一限位槽8033对应的自复位滚珠8035，每节所述管柱8031的底部中心处设有开口，所述推杆802穿设在所述开口中，所述推杆802的顶部与最里面的管柱8031底部焊接在一起。所述自复位滚珠8035为弹性滚珠，在滚珠内设置有弹簧，在第一滑轨8032的挤压作用下弹簧被压缩，滚珠在滑轨和弹簧的作用下被挤压在滑轨中，当自复位滚珠8035移动至第一限位槽8033时，弹簧不再受滑轨的作用，弹簧伸展的同时推动滚珠卡入第一限位槽 8033中。

在未使用时，自复位滚珠8035在第一滑轨8032中被压缩，且被第一滑轨8032 底部的挡片8034挡住，从而使得里层的管柱8031套接在外层的管柱8031内。使用时，液压杆801的传动端推动推杆802向上运动，推杆802带动最里层的管柱8031向上移动，最里层的管柱8031在向上移动时，其外侧壁上的自复位滚珠 8035在其外层管柱8031内侧壁上的第一滑轨8032中移动，当自复位滚珠8035 移动至第一限位槽8033位置处，自复位滚珠8035卡入第一限位槽8033中不能继续移动；在液压杆801的继续作用下，最里层的管柱8031通过自复位滚珠8035 和第一限位槽8033的相互作用，带动其外层的管柱8031一起向上移动，向上移动的原理与最里层的管柱8031移动原理相同，直至最里层的管柱8031顶部到达溶洞2的顶部，液压杆801停止工作。由于溶洞2的顶面高低不平，因此，不同位置处对应的伸缩支撑组件能够伸展不同长度，使充气篷布6在不同的位置处均能与溶洞2的顶部接触在一起。同时，整个高度调节组件还可对溶洞2的顶部形成进一步的支护。

在本发明中，所述第二伸缩支撑组件10和所述第三伸缩支撑组件1101均与所述第一伸缩支撑组件8的结构相同，且所述第二支撑柱9的顶部固设有第五支撑柱20，所述第五支撑柱20的顶部也为开口结构，所述第二伸缩支撑组件10 安装在所述第五支撑柱20的开口结构内，所述第二伸缩支撑组件10的顶部贯穿所述第五支撑柱20，且与充气篷布6固定连接。

进一步的，所述充气篷布6包括内层601和外层602，所述内层601和所述外层602之间形成气腔603，所述外层602的外部固设有柔性的保护板604，可以避免外层602倍溶洞2顶面高低不平的地方破坏，所述自密封组件位于所述内层601与所述外层602之间；

所述自密封组件包括密封座21，所述密封座21位于所述内层601与所述外层602之间，所述密封座21的内侧还设有环形的安装盘22，所述安装盘22的内侧设有挤压板23，所述挤压板23为弹性材质；所述安装盘22和挤压板23将充气篷布6分隔成两部分，一部分为密封座21所在的空间，另一部分为气腔603 部分，在对充气篷布6进行充气时，实际上是对安装盘22内侧的气腔603部分进行充气。

所述密封座21上贯穿设有充气管24，所述充气管24的一端位于密封座21 的内侧，另一端位于密封座21的外部，可与外界的充气管和充气设备连接，所述充气管24位于所述充气篷布6内的部分左右两侧均设有充气支管25，两个所述充气支管25均贯穿所述安装盘22；所述挤压板23与所述密封座21之间设有第一密封板26，所述第一密封板26的底部安装有第一密封垫27，所述第一密封垫27位于所述充气管24的顶部，且所述第一密封垫27的直径大于所述充气管 24的外径；所述第一密封垫27的底部固设有推杆28，所述推杆28的底部固设有第二密封板29，所述第二密封板29位于所述充气管24内，且所述第二密封板 29与所述充气管24的内侧壁滑动密封连接；所述第一密封板26与所述密封座 21之间还设有限位组件。充气篷布6在未充气状态时，第二密封板29位于充气支管25的上方，对充气管24的顶端进行密封，气体通过充气管24后只能从充气支管25中进入气腔603内，随着气腔603内气体的充满，气体挤压挤压板23 变形，从而向下挤压第一密封板26，第一密封板26向下移动的过程中推动推杆 28和第二密封板29向下移动，当第一密封板26底部的第一密封垫27对充气管 24的顶部进行密封时，第二密封板29移动至充气支管25的下方，对整个充气管 24和充气支管25进行密封，第一密封垫27使充气支管25和充气管24顶部之间的空间也形成了密封环境，整个气腔603内气体充满。使用限位组件可对第一密封板26的位置进行限定，避免第一密封板26移动使得充气篷布6漏气影响支护效果。

所述限位组件包括固设在所述第一密封板26底部的限位杆30，所述限位杆 30的底部贯穿所述密封座21，所述限位杆30位于所述密封座21外侧的部分螺纹连接有限位螺母31；所述第一密封板26与所述充气支管25之间还设有第二弹簧32，所述第二弹簧32套设在所述限位杆30外。第一密封板26在向下移动的过程中会带动限位杆30向下移动，同时挤压第二弹簧32，当第一密封板26移动至与充气管24顶部密封时，使用限位螺母31对限位杆30进行限位，由于第二弹簧32的设置，第一密封板26在没有外力的作用下无法向下移动，而限位螺母 31的限位作用使第一密封板26在没有外力的作用下也无法向上移动，从而增强了密封效果。

进一步的，所述弹簧缓冲器5包括缓冲弹簧501、活塞杆502、活塞503、缸盖504、端托505、固定端506和缸体507，所述缸体507的顶部设有缸盖504；所述固定端506与所述垂直支护3的顶部连接，所述固定端506的顶部设有活塞杆502，所述活塞杆502为可伸缩的杆状结构，所述活塞杆502贯穿所述缸体507 的底部和缸盖504，所述活塞杆502的顶部设有端托505；所述端托505与所述拱形支护4固定连接，所述活塞杆502外套设有活塞503，且所述活塞503位于所述缸体507内；所述活塞503与所述缸体507的底部之间设有缓冲弹簧501。本发明中的弹簧缓冲器5与现有的弹簧缓冲器结构相同，也即采用现有技术中的弹簧缓冲器即可，其具体结构和工作原理本发明中不做赘述。

进一步的，一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置的施工方法，包括以下步骤，

步骤1：开挖隧道的顶部遇到溶洞2出露时，先从隧道1的掌子面处施作垂直支护3；

步骤2：在每个垂直支护3的顶部安装弹簧缓冲器5，作为缓冲装置；

步骤3：将充气篷布6和高度调节组件安装在拱形支护4上，便于后期支护；

步骤4：对溶洞2内进行清理，将拱形支护4沿着隧道1的设计顶面插入溶洞 2内，拱形支护4与弹簧缓冲器5顶端连接，对溶洞2下方区域形成初步防护；

步骤5：拱形支护4安装完成后，通过高度调节组件将充气篷布6支立起来，与溶洞2表面接触；

步骤6：向充气篷布6内充气，使充气篷布6与溶洞2表面完全贴合，自密封组件对充气口进行密封，整体安装完成；

步骤7：对充气篷布6与拱形支护4之间的空腔进行注浆。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，所述溶洞(2)位于所述隧道(1)掌子面的顶部，其特征在于：所述防塌装置包括垂直支护(3)和拱形支护(4)，所述垂直支护(3)位于所述隧道(1)内，且所述垂直支护(3)沿着所述隧道(1)的掌子面设置；

所述拱形支护(4)沿着所述隧道(1)的设计顶面延伸，所述垂直垂直支护(3)的顶部与所述拱形支护(4)之间设有通过弹簧缓冲器(5)连接；

所述拱形支护(4)的两侧边缘之间固设有充气篷布(6)，所述拱形支护(4)与所述充气篷布(6)之间设有高度调节组件；所述充气篷布(6)上设有自密封组件。

2.根据权利要求1所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，其特征在于：所述高度调节组件包括多个垂直设置在所述拱形支护(4)顶部的第一支撑柱(7)，每个所述第一支撑柱(7)内均设有第一伸缩支撑组件(8)，所述第一伸缩支撑组件(8)贯穿所述第一支撑柱(7)的顶部，且所述第一伸缩支撑组件(8)的顶部与所述充气篷布(6)固定连接；

每个所述第一支撑柱(7)的左右两侧均滑动设有三角支撑组件，所述三角支撑组件的顶部和远离所述第一支撑柱(7)的端部均与所述充气篷布(6)固定连接，所述三角支撑组件靠近所述第一支撑柱(7)的端部与所述第一支撑柱(7)对应的侧面滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，其特征在于：所述三角支撑组件包括第二支撑柱(9)，所述第二支撑柱(9)的底部与所述拱形支护(4)的顶部固定连接，所述第二支撑柱(9)的顶部设有第二伸缩支撑组件(10)，所述第二伸缩支撑组件(10)的顶部与所述充气篷布(6)固定连接；

所述第二支撑柱(9)的左右两侧分别活动连接有第三支撑柱(11)和第四支撑柱(12)，所述第三支撑柱(11)内设有第三伸缩支撑组件(1101)，所述第三伸缩支撑组件(1101)的端部贯穿所述第三支撑柱(11)，且所述第三伸缩支撑组件(1101)位于所述第三支撑柱(11)外的一端也与所述充气篷布(6)固定连接；所述第四支撑柱(12)远离所述第二支撑柱(9)的端部固设有第一伸缩杆(13)，所述第一伸缩杆(13)远离所述第四支撑柱(12)的端部与所述第一支撑柱(7)滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，其特征在于：所述第二支撑柱(9)上开设有上下方向的移动通孔(901)，所述移动通孔(901)内滑动设有支撑块(14)，所述支撑块(14)的两侧分别活动设有第一连杆(15)和第二连杆(16)，所述第一连杆(15)的一端与所述支撑块(14)活动连接，所述第一连杆(15)的另一端与所述第三支撑柱(11)滑动连接；所述第二连杆(16)的一端也与所述支撑块(14)活动连接，所述第二连杆(16)的另一端与所述第四支撑柱(12)滑动连接；

所述支撑块(14)的顶部与所述移动通孔(901)的顶部之间设有第一弹簧(17)，所述支撑块(14)的底部设有铰绳(18)，所述移动通孔(901)的底部设有竖直铰绳槽(902)，所述移动通孔(901)与所述竖直铰绳槽(902)连通，所述竖直铰绳槽(902)的底部连通设有水平铰绳槽(903)，所述竖直铰绳槽(902)与所述水平铰绳槽(903)连通且相互垂直，所述水平铰绳槽(903)的前端贯穿所述第二支撑柱(9)的前端，所述竖直铰绳槽(902)与所述水平铰绳槽(903)连通处安装有定滑轮(19)，所述铰绳(18)沿着所述竖直铰绳槽(902)延伸后通过所述定滑轮(19)转向，然后再沿着所述水平铰绳槽(903)延伸，所述铰绳(18)远离所述支撑块(14)的一端位于所述隧道(1)内。

5.根据权利要求4所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，其特征在于：所述第一伸缩支撑组件(8)包括液压杆(801)，所述液压杆(801)的传动端固设有推杆(802)，所述推杆(802)的顶部连接有第二伸缩杆(803)；

所述第二伸缩杆(803)包括多节管柱(8031)，每节所述管柱(8031)的内壁上对称设有第一滑轨(8032)，所述第一滑轨(8032)靠近顶端处设有第一限位槽(8033)，所述第一滑轨(8032)的底部设有挡片(8034)，每节所述管柱(8031)外侧壁的底部设有与所述第一限位槽(8033)相匹配的自复位滚珠(8035)，多节所述管柱(8031)在所述第一滑轨(8032)、自复位滚珠(8035)的作用下互相套接；

每节所述管柱(8031)的底部均设有开口，所述推杆(802)穿设在所述开口中，且所述推杆(802)的顶部与最内层的管柱(8031)底部固定连接，所述充气篷布(6)与最内层的管柱(8031)端部固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，其特征在于：所述第二伸缩支撑组件(10)和所述第三伸缩支撑组件(1101)均与所述第一伸缩支撑组件(8)的结构相同，且所述第二支撑柱(9)的顶部固设有第五支撑柱(20)，所述第二伸缩支撑组件(10)安装在所述第五支撑柱(20)内，所述第二伸缩支撑组件(10)的顶部贯穿所述第五支撑柱(20)。

7.根据权利要求1所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，其特征在于：所述充气篷布(6)包括内层(601)和外层(602)，所述内层(601)和所述外层(602)之间形成气腔(603)，所述外层(602)的外部固设有柔性的保护板(604)；所述自密封组件位于所述内层(601)与所述外层(602)之间；

所述自密封组件包括密封座(21)，所述密封座(21)位于所述内层(601)与所述外层(602)之间，所述密封座(21)的内侧还设有环形的安装盘(22)，所述安装盘(22)的内侧设有挤压板(23)，所述挤压板(23)为弹性材质；

所述密封座(21)上贯穿设有充气管(24)，所述充气管(24)位于所述充气篷布(6)内的部分左右两侧均设有充气支管(25)，两个所述充气支管(25)均贯穿所述安装盘(22)；所述挤压板(23)与所述密封座(21)之间设有第一密封板(26)，所述第一密封板(26)的底部安装有第一密封垫(27)，所述第一密封垫(27)位于所述充气管(24)的顶部，且所述第一密封垫(27)的直径大于所述充气管(24)的外径；所述第一密封垫(27)的底部固设有推杆(28)，所述推杆(28)的底部固设有第二密封板(29)，所述第二密封板(29)位于所述充气管(24)内，且所述第二密封板(29)与所述充气管(24)的内侧壁滑动密封连接；所述第一密封板(26)与所述密封座(21)之间还设有限位组件。

8.根据权利要求7所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，其特征在于：所述限位组件包括固设在所述第一密封板(26)底部的限位杆(30)，所述限位杆(30)的底部贯穿所述密封座(21)，所述限位杆(30)位于所述密封座(21)外侧的部分螺纹连接有限位螺母(31)；所述第一密封板(26)与所述充气支管(25)之间还设有第二弹簧(32)，所述第二弹簧(32)套设在所述限位杆(30)外。

9.根据权利要求1所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置，其特征在于：所述弹簧缓冲器(5)包括缓冲弹簧(501)、活塞杆(502)、活塞(503)、缸盖(504)、端托(505)、固定端(506)和缸体(507)，所述缸体(507)的顶部设有缸盖(504)；所述固定端(506)与所述垂直支护(3)的顶部连接，所述固定端(506)的顶部设有活塞杆(502)，所述活塞杆(502)贯穿所述缸体(507)的底部和缸盖(504)，所述活塞杆(502)的顶部设有端托(505)；所述活塞杆(502)外套设有活塞(503)，且所述活塞(503)位于所述缸体(507)内；所述活塞(503)与所述缸体(507)的底部之间设有缓冲弹簧(501)。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种隧道施工中顶部不稳定出露溶洞防塌装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：开挖隧道的顶部遇到溶洞(2)出露时，先从隧道(1)的掌子面处施作垂直支护(3)；

步骤2：在每个垂直支护(3)的顶部安装弹簧缓冲器(5)，作为缓冲装置；

步骤3：将充气篷布(6)和高度调节组件安装在拱形支护(4)上，便于后期支护；

步骤4：对溶洞(2)内进行清理，将拱形支护(4)沿着隧道(1)的设计顶面插入溶洞(2)内，拱形支护(4)与弹簧缓冲器(5)顶端连接，对溶洞(2)下方区域形成初步防护；

步骤5：拱形支护(4)安装完成后，通过高度调节组件将充气篷布(6)支立起来，与溶洞(2)表面接触；

步骤6：向充气篷布(6)内充气，使充气篷布(6)与溶洞(2)表面完全贴合，自密封组件对充气口进行密封，整体安装完成；

步骤7：对充气篷布(6)与拱形支护(4)之间的空腔进行注浆。

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