CN114320309B - 隧道施工用防护机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道施工用防护机构，包括压力传感器、控制器、隔震沟、隔震孔排刚性管、穿设在隔震沟内的橡胶吸震袋和穿设在隔震孔内的橡胶吸震管，橡胶吸震袋和橡胶吸震管都同刚性管的内部空间连通，刚性钢设有电动阀；隧道断面包括位于下方的矩形和位于矩形上方的扇形，同一排隔震孔排中的隔震孔沿隔震沟的延伸方向分布，相邻两排隔震孔排中的隔震孔位于矩形内的部分沿上下方向错开，相邻两排隔震孔排中的隔震孔位于扇形内的部分沿扇形的径向错开，橡胶吸震袋穿设在隔震沟内，橡胶吸震管一一对应地穿设在隔震孔内。本发明具有能够降低爆破时传动给隧道壁的能量的优点，用于解决现有的爆破开挖施工隧道时对隧道壁的损伤大的问题。
Description
技术领域
本申请涉及盾构隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道施工用防护机构。
背景技术
隧道施工方法有：先拱后墙法漏斗棚架法、台阶法、全断面法、上下导坑先墙后拱法、蘑菇形法、侧壁导坑先墙后拱法、爆破开挖、矿山法和盾构法。先拱后墙法也称支承顶拱法。在稳定性较差的松软岩层中，为了施工安全，先开挖拱部断面并即砌筑顶拱，以支护顶部围岩，然后在顶拱保护下开挖下部断面和砌筑边墙。在开挖边墙部分的岩层之前，必须将顶拱支承好，故有上述别称。开挖两侧边墙部分的岩层时(俗称挖马口)，须左右交错分段进行，以免顶拱悬空而下沉。漏斗棚架法也称下导坑先墙后拱法。适用于较坚硬稳定的岩层。施工时先开挖下导坑，在导坑上方开始由下向上作反台阶式的扩大开挖，直至拱顶；随后在两侧由上向下作正台阶式的扩大开挖，直至边墙底；全断面完全开挖后，再由边墙到顶拱修筑衬砌。台阶法又有正台阶法和反台阶法之分。①正台阶法系在稳定性较差的岩层中施工时，将整个坑道断面分为几层，由上向下分部进行开挖，每层开挖面的前后距离较小而形成几个正台阶。②反台阶法则用于稳定性较好的岩层中施工，也将整个坑道断面分为几层，在坑道底层先开挖宽大的下导坑，再由下向上分部扩大开挖。进行上层的钻眼时，须设立工作平台或采用漏斗棚架，后者可供装碴之用。全断面法将整个断面一次挖出的施工方法。适用于较好岩层中的中、小型断面的隧道。此法能使用大型机械，如凿岩台车、大型装碴机、槽式台车或梭式矿车、模板台车和混凝土灌筑设备等进行综合机械化施工。新奥法的出现，扩大了全断面法和台阶法的适用范围。上下导坑先墙后拱法也称全断面分部开挖法。以前，在稳定性较差的松软岩层中，为提高衬砌的质量，曾采用过此种先分部挖出全断面，再按先墙后拱顺序修筑衬砌的施工方法。采用此法开挖时，要用大量木料支撑，还需多次顶替，施工既困难又不安全，故在中国未见采用。蘑菇形法综合先拱后墙法和漏斗棚架法的特点而形成的一种混合方案。在下导坑中设立漏斗棚架，供向上扩大开挖时装碴之用，同时当拱部地质条件较差时，为使施工安全可先筑顶拱。该法具有容易改变为其他方法的优点，遇岩层差时改为单纯的先拱后墙法，岩层好时改为漏斗棚架法。在中国首先应用于岩层基本稳定的铁路隧道施工，以后又用来修筑大断面洞室，为减少设立模架作业及其所需材料，并加快施工进度创造有利条件。侧壁导坑先墙后拱法简称侧壁导坑法，也称核心支持法。在很松软、不稳定地层中修筑大跨度隧道时，为了施工安全，先沿坑道周边分部开挖，随即逐步由边墙到顶拱修筑衬砌，以防止地层坍塌。开挖时可将临时支撑和拱架都支承于坑道中间未被开挖的大块核心地层上，在衬砌保护之下最后将此核心挖除，必要时再砌筑仰拱。爆破开挖隧道为了便于装碴和不损坏附近的临时支撑或永久性衬砌，不使岩层爆得粉碎或碎落的岩块过大，又不使爆破时的岩块抛掷很远，故一般用松动爆破。矿山法指的是用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法。矿山法是一种传统的施工方法。
现有的爆破开挖的方法，爆破时对隧道洞壁的损伤大，在隧道修建好后容易产生洞壁塌方的现象，为此需要构造壁厚更厚的隧道护壁层来进行防护。
发明内容
本发明旨在提供一种能够降低爆破时传动给隧道壁的能量的隧道施工用防护机构，用于解决现有的爆破开挖施工隧道时对隧道壁的损伤大的问题。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种隧道施工用防护机构，其特征在于，包括压力传感器、控制器、在隧道所在区域的山体上建出沿隧道断面边缘延伸的隔震沟、位于隔震沟围成的区域内的若干隔震孔排、沿隧道断面的轮廓线的延伸方向延伸的刚性管、沿隧道断面的轮廓线的延伸方向延伸的橡胶吸震袋和若干橡胶吸震管，橡胶吸震袋的袋口同刚性管密封连接在一起且同刚性管的内部空间连通，所述橡胶吸震管为一端封闭另一端敞开的盲管，橡胶吸震袋的开口端同刚性管密封连接在一起且同刚性管的内部空间连通，所述刚性管设有电动阀，所述刚性管内的压力为10个大气压以上，压力传感器检测到刚性管内的压力为设定值以上时所述控制器使所述电动阀开启；隔震孔位于隔震沟和爆破开挖隧道时打出的炮孔之间，隧道断面包括位于下方的矩形和位于矩形上方的扇形，同一排隔震孔排中的隔震孔沿隔震沟的延伸方向分布，相邻两排隔震孔排中的隔震孔位于矩形内的部分沿上下方向错开，相邻两排隔震孔排中的隔震孔位于扇形内的部分沿扇形的径向错开，橡胶吸震袋穿设在隔震沟内，橡胶吸震管一一对应地穿设在隔震孔内。设置隔震沟将建筑隧道时需要挖除的区域和保留的区域断开，能够使得传递给保留区域(即隧道壁)的爆破冲击能量，使得对隧道壁导致的震动损害小。设置本技术方案中布局的隔震孔，能够在爆破能量传递到隔震沟时也被删减，从而上端减震沟宽度较窄时也能够进行良好的隔震，隔震沟变窄，能够提高施工时的方便性(打孔设备很成熟，而挖沟时不便。能够降低爆炸时对位于隧道以外区域的震损。通过无数实验总结出，初始气压超过本技术方案的范围时则消能器消能效果会显著变差，本技术方案中的设定值优选为13个大气压。
本发明还包括隧道壁毛糙度器，所述隧道壁毛糙度器中心架和穿设在隔震沟内的沿隔震沟的延伸方向分布的位于橡胶吸震袋远离隔震孔一侧的锉刀片，锉刀的齿位于锉刀片远离橡胶吸震袋一侧的表面上且同隔震沟远离隔震孔一侧的侧壁抵接在一起，所述锉刀通过连接杆同中心架连接在一起，所述电动阀开启时的气流驱动所述连接杆移动使得锉刀片产生拔出隔震沟的运动而在隔震沟的壁上划出沟槽而提高隔震沟壁部的毛糙度。爆破时橡胶吸震袋和橡胶吸震管能够吸水爆破能量且导致刚性管内的气压上升，气压上升到设定值后电动阀开启进行排气消能吸震，排气时的气流压力驱动驱动所述连接杆移动使得锉刀片产生拔出隔震沟的运动而在隔震沟的壁上划出沟槽而提高隔震沟壁部的毛糙度。能够利用炸药包爆炸产生的能量对隔震沟的外侧壁进行毛糙度处理以增加粉碎在隧道壁上的隧道护壁层同隧道壁之间的粘结力。
作为优选，所述连接杆通过沿隔震沟宽度方向顶连接杆使得锉刀片同隔震沟远离橡胶吸震袋一侧的侧面顶紧在一起的顶紧结构同中心架连接在一起。既能够使得隧道壁毛糙度器中的锉刀片能够方便地伸入搁置沟内，有能够保持锉刀齿同隔震沟远离橡胶吸震袋一侧的侧面顶紧(不顶紧则会导致锉刀片打毛糙度隔震沟壁的效果差实质产生不能够将隔震沟壁打毛糙度的现象产生)，保证了利用爆破能量打毛糙度隔震沟壁时的可靠性。
作为优选，所述顶紧结构包括连接在中心件上的沿沟槽宽度方向延伸的螺纹杆、螺纹连接在螺纹杆上的顶紧螺母和套设在螺纹杆上的支撑套，所述支撑套同连接杆连接在一起，所述支撑套位于锉刀片和顶紧螺母之间。当锉刀片插入隔震沟后，转动顶紧螺母去定支撑套使得锉刀片朝向隔震沟的外侧壁移动从而实现顶紧。
作为优选，所述刚性管内设有隔板，所述隔板将刚性管的内部空间隔断为第一腔体和第二腔体，所述橡胶吸震袋和橡胶吸震管都仅为同所述第一腔体连通，所述电动阀设置在所述隔板上，所述第二腔体的顶壁上滑动密封穿设有若干顶杆，所述顶杆一一对应地支撑在所述连接杆上，第二腔体内的气压上升时驱动顶杆伸出而顶所述连接杆使得锉刀片产生拔出隔震沟的运动。利用爆破能量驱动隧道壁毛糙度器时的可靠性好。
作为优选，所述连接杆通过沿隔震沟宽度方向顶连接杆使得锉刀片同隔震沟远离橡胶吸震袋一侧的侧面顶紧在一起的顶紧结构同中心架连接在一起，所述连接杆上设有沿沟槽宽度方向延伸的滑槽，所述顶杆穿设在所述滑槽内。连接可靠性好。
作为优选，所述消能器还包括位于刚性管所围成的区域内的防爆布，所述防爆布遮挡住所有的所述炮孔，所述连接杆上设有悬挂孔，所述防爆布上设有悬挂销，所述防爆布通过所述悬挂销穿设在所述悬挂孔内而悬挂在隧道内，所述防爆布位于连接杆朝向隧道未挖通的一侧。设置防爆布，能够更好的收集爆破能量去驱动隧道壁毛糙度器产生打毛糙度隔震沟壁的作用。
作为优选，第二腔体远离隔板一侧的壁的内表面上设有沿刚性管延伸方向延伸的滑槽，所述滑槽内滑动密封连接有沿滑槽延伸方向延伸的滑板，所述顶杆连接在所述滑板上。能够在气压提高量一定时提高驱动隧道壁毛糙度器的力。
作为优选，所述刚性管设有沿刚性管延伸方向延伸的橡胶吸震袋连接端口，橡胶吸震袋的开口端密封连接在所述橡胶吸震袋连接端口上，所述橡胶吸震袋连接端口穿设到隔震沟内；所述刚性管设有若干橡胶吸震管连接端口，橡胶吸震管一一对应地密封连接在所述橡胶吸震管连接端口上，所述橡胶吸震管连接端口穿设在隔震孔内。由于隧道施工掘进的过程中，断面为非平整的，本技术方案能够在隔震沟和隔震孔所在的面为非平面时，橡胶隔震袋全部容置在隔震沟内而不会有位于隔震沟外的部分和橡胶隔震管全部容置在隔震孔内而不会有位于隔震孔外的部分(以下将该两个部分成为露出部分)，从而避免露出部分的存在，导致橡胶件气压上升时在该裸露部分产生壮大而导致利用爆破能量驱动隧道壁毛糙度器的效能下降。
本发明具有如下有益效果：能够用于降低爆破开挖隧道过程中爆破对隧道壁的损坏；能够利用爆破产生的能量对隧道壁进行打毛糙度处理，使得粉碎隧道护壁层时的粘结效果更加，从而提高隧道护壁层的连接可靠性、不容易产生脱落。
附图说明
图1是图2的A—A剖视示意图；
图2是本发明的使用状态时时的正视示意图；
图3是图1的B处的局部放大示意图；
图4是图1的C处的局部放大示意图。
图中：隧道所在区域的山体1、隔震沟2、炮孔3、矩形4、扇形5、隔震孔6、刚性管7、橡胶吸震袋8、橡胶吸震管9、隔板10、第一腔体11、第二腔体12、橡胶吸震袋连接端口13、橡胶吸震管连接端口14、橡胶吸震袋的袋口15、电动阀16、中心架17、锉刀片18、锉刀的齿24、连接杆19、顶紧结构20、螺纹杆21、顶紧螺母22、支撑套23、顶杆25、滑槽26、悬挂孔27、悬挂销28、隧道未挖通部分29、隧道已挖通部分30、滑板31、止脱螺母32、防爆布33。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的阐述。
参见图1到图4，一种隧道施工用防护机构，包括隧道壁毛糙度器、压力传感器、控制器、沿隧道断面的轮廓线的延伸方向延伸的刚性管7、沿隧道断面的隧道轮廓线的延伸方向延伸的橡胶吸震袋8、若干橡胶吸震管9、在隧道所在区域的山体上建出沿隧道断面边缘延伸的隔震沟2和位于隔震沟围成的区域内的若干隔震孔排。橡胶吸震袋的袋口同刚性管密封连接在一起且同刚性管的内部空间连通，橡胶吸震管为一端封闭另一端敞开的盲管，橡胶吸震袋的开口端同刚性管密封连接在一起且同刚性管的内部空间连通，刚性管设有电动阀16。刚性管内的压力为10个大气压以上，压力传感器检测到刚性管内的压力为设定值以上时所述控制器使所述电动阀开启；隔震孔位于隔震沟和爆破开挖隧道时打出的炮孔3之间，隧道断面包括位于下方的矩形4和位于矩形上方的扇形5，同一排隔震孔排中的隔震孔沿隔震沟的延伸方向分布，相邻两排隔震孔排中的隔震孔位于矩形内的部分沿上下方向错开，相邻两排隔震孔排中的隔震孔位于扇形内的部分沿扇形的径向错开，橡胶吸震袋穿设在隔震沟内，橡胶吸震管一一对应地穿设在隔震孔内。图中隔震孔排只画出了一排。刚性管具体为矩形钢管。刚性管内设有隔板10。隔板将刚性管的内部空间隔断为第一腔体11和第二腔体12。刚性管设有沿刚性管延伸方向延伸的橡胶吸震袋连接端口13，橡胶吸震袋连接端口为刚性结构。橡胶吸震袋连接端口穿设到隔震沟内。刚性管设有若干橡胶吸震管连接端口14，橡胶吸震管连接端口为刚性结构。橡胶吸震管连接端口穿设在隔震孔内。橡胶吸震袋的袋口15设置在橡胶吸震袋远离隔震沟的底壁的一端，橡胶吸震袋的开口端密封连接在所述橡胶吸震袋连接端口上。橡胶吸震袋的袋口同刚性管的内部空间中的第一腔体11连通。橡胶吸震管一一对应地密封连接在橡胶吸震管连接端口上。隧道壁毛糙度器包括中心架17和穿设在隔震沟内的沿隔震沟的延伸方向分布的位于橡胶吸震袋远离隔震孔一侧的若干锉刀片18，锉刀的齿24位于锉刀片远离橡胶吸震袋一侧的表面上且同隔震沟远离隔震孔一侧的侧壁抵接在一起，锉刀通过连接杆19同中心架连接在一起。电动阀开启时的气流驱动连接杆移动使得锉刀片产生拔出隔震沟的运动而在隔震沟的壁上划出沟槽而提高隔震沟壁部的毛糙度。连接杆通过沿隔震沟宽度方向顶连接杆使得锉刀片同隔震沟远离橡胶吸震袋一侧的侧面顶紧在一起的顶紧结构20同中心架连接在一起。顶紧结构包括连接在中心件上的沿沟槽宽度方向延伸的螺纹杆21、螺纹连接在螺纹杆上的顶紧螺母22和套设在螺纹杆上的支撑套23，支撑套同连接杆连接在一起。支撑套位于锉刀片和顶紧螺母之间。橡胶吸震袋和橡胶吸震管都仅为同所述第一腔体连通。电动阀设置在隔板上。第二腔体的顶壁上滑动密封穿设有若干顶杆25，顶杆一一对应地支撑在连接杆上，第二腔体内的气压上升时驱动顶杆伸出而顶连接杆使得锉刀片产生拔出隔震沟的运动。连接杆上设有沿沟槽宽度方向延伸的滑槽26，顶杆穿设在滑槽内。消能器还包括位于刚性管所围成的区域内的防爆布33，所述防爆布遮挡住所有的所述炮孔，所述连接杆上设有悬挂孔27，悬挂孔为沿隔震沟宽度方向沿的长条孔。防爆布上设有悬挂销28，悬挂销上连接有止脱螺母32。防爆布通过悬挂销穿设在悬挂孔内而悬挂在隧道内，防爆布位于连接杆朝向隧道未挖通部分29的一侧，隧道已挖通部分30的深度大于20米后，开始边掘边进行粉刷安装隧道护壁。第二腔体远离隔板一侧的壁的内表面上设有沿刚性管延伸方向延伸的滑槽，滑槽内滑动密封连接有沿滑槽延伸方向延伸的滑板31，顶杆连接在滑板上、滑板在滑槽内滑动的方向为隔振沟的深度方向也即隧道的延伸方向。
Claims (8)
1.一种隧道施工用防护机构，其特征在于，包括压力传感器、控制器、在隧道所在区域的山体上建出沿隧道断面边缘延伸的隔震沟、位于隔震沟围成的区域内的若干隔震孔排、沿隧道断面的轮廓线的延伸方向延伸的刚性管、沿隧道断面的轮廓线的延伸方向延伸的橡胶吸震袋和若干橡胶吸震管，橡胶吸震袋的袋口同刚性管密封连接在一起且同刚性管的内部空间连通，所述橡胶吸震管为一端封闭另一端敞开的盲管，橡胶吸震袋的开口端同刚性管密封连接在一起且同刚性管的内部空间连通，所述刚性管设有电动阀，所述刚性管内的压力为10个大气压以上，压力传感器检测到刚性管内的压力为设定值以上时所述控制器使所述电动阀开启；隔震孔位于隔震沟和爆破开挖隧道时打出的炮孔之间，隧道断面包括位于下方的矩形和位于矩形上方的扇形，同一排隔震孔排中的隔震孔沿隔震沟的延伸方向分布，相邻两排隔震孔排中的隔震孔位于矩形内的部分沿上下方向错开，相邻两排隔震孔排中的隔震孔位于扇形内的部分沿扇形的径向错开，橡胶吸震袋穿设在隔震沟内，橡胶吸震管一一对应地穿设在隔震孔内；隧道施工用防护机构还包括隧道壁毛糙度器，所述隧道壁毛糙度器中心架和穿设在隔震沟内的沿隔震沟的延伸方向分布的位于橡胶吸震袋远离隔震孔一侧的锉刀片，锉刀的齿位于锉刀片远离橡胶吸震袋一侧的表面上且同隔震沟远离隔震孔一侧的侧壁抵接在一起，所述锉刀通过连接杆同中心架连接在一起，所述电动阀开启时的气流驱动所述连接杆移动使得锉刀片产生拔出隔震沟的运动而在隔震沟的壁上划出沟槽而提高隔震沟壁部的毛糙度。
2.根据权利要求1所述的隧道施工用防护机构，其特征在于，所述连接杆通过沿隔震沟宽度方向顶连接杆使得锉刀片同隔震沟远离橡胶吸震袋一侧的侧面顶紧在一起的顶紧结构同中心架连接在一起。
3.根据权利要求2所述的隧道施工用防护机构，其特征在于，所述顶紧结构包括连接在中心件上的沿沟槽宽度方向延伸的螺纹杆、螺纹连接在螺纹杆上的顶紧螺母和套设在螺纹杆上的支撑套，所述支撑套同连接杆连接在一起，所述支撑套位于锉刀片和顶紧螺母之间。
4.根据权利要求1所述的隧道施工用防护机构，其特征在于，所述刚性管内设有隔板，所述隔板将刚性管的内部空间隔断为第一腔体和第二腔体，所述橡胶吸震袋和橡胶吸震管都仅为同所述第一腔体连通，所述电动阀设置在所述隔板上，所述第二腔体的顶壁上滑动密封穿设有若干顶杆，所述顶杆一一对应地支撑在所述连接杆上，第二腔体内的气压上升时驱动顶杆伸出而顶所述连接杆使得锉刀片产生拔出隔震沟的运动。
5.根据权利要求4所述的隧道施工用防护机构，其特征在于，所述连接杆通过沿隔震沟宽度方向顶连接杆使得锉刀片同隔震沟远离橡胶吸震袋一侧的侧面顶紧在一起的顶紧结构同中心架连接在一起，所述连接杆上设有沿沟槽宽度方向延伸的滑槽，所述顶杆穿设在所述滑槽内。
6.根据权利要求1所述的隧道施工用防护机构，其特征在于，还包括消能器，所述消能器还包括位于刚性管所围成的区域内的防爆布，所述防爆布遮挡住所有的所述炮孔，所述连接杆上设有悬挂孔，所述防爆布上设有悬挂销，所述防爆布通过所述悬挂销穿设在所述悬挂孔内而悬挂在隧道内，所述防爆布位于连接杆朝向隧道未挖通的一侧。
7.根据权利要求4所述的隧道施工用防护机构，其特征在于，第二腔体远离隔板一侧的壁的内表面上设有沿刚性管延伸方向延伸的滑槽，所述滑槽内滑动密封连接有沿滑槽延伸方向延伸的滑板，所述顶杆连接在所述滑板上。
8.根据权利要求1所述的隧道施工用防护机构，其特征在于，所述刚性管设有沿刚性管延伸方向延伸的橡胶吸震袋连接端口，橡胶吸震袋的开口端密封连接在所述橡胶吸震袋连接端口上，所述橡胶吸震袋连接端口穿设到隔震沟内；所述刚性管设有若干橡胶吸震管连接端口，橡胶吸震管一一对应地密封连接在所述橡胶吸震管连接端口上，所述橡胶吸震管连接端口穿设在隔震孔内。
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