CN115628091A - 一种隧道施工用支护装置、支护系统及支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道施工用支护装置、支护系统及支护方法，涉及隧道施工技术领域，解决了隧道支护装置适用性差、使用不便的问题，方便了使用，具体方案如下：包括若干支撑单元，所述支撑单元由中间支撑单元和相对设置在中间支撑单元两侧的侧部支撑单元，相邻支撑单元之间通过联动的折叠伸缩单元连接，以改变相邻支撑单元之间的间距，中间支撑单元的两侧分别至少设有一个侧部支撑单元；每个支撑单元的顶部分别固定设有一个可伸缩的顶撑组件、底部分别固定设有一个移动组件；位于整个支护装置最外侧的两个侧部支撑单元相背一侧的侧部上均固定设有至少一个可伸缩的侧撑组件。

Description

一种隧道施工用支护装置、支护系统及支护方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种隧道施工用支护装置、支护系统及支护方法。

背景技术

道路隧道的建设过程主要为隧道规划、勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作，为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道，为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。

发明人发现，目前在隧道施工过程中需要进行支护，但是现有的支护装置多是对隧道的顶部进行支撑，并未考虑隧道侧壁的坍塌、落石问题，且支护装置适用性较差，无法适用于不同尺寸的隧道施工支撑防护需求，同时，现有的支护装置整体结构复杂，安装拆卸移除困难，使用并不方便。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种隧道施工用支护装置、支护系统及支护方法，通过联动的折叠伸缩单元将相邻的支撑单元连接，可通过折叠伸缩单元的伸缩运动改变相邻支撑单元之间的间距，能够适应不同规格的隧道，并在每个支撑单元的顶部设置一个顶撑组件、底部设置一个移动组件，同时在整个支护装置最外侧的两个侧部支撑单元相背一侧的侧部上固定设置侧撑组件，可同时对隧道的顶部以及侧部进行支撑，使用完后无需拆卸，通过折叠伸缩单元即可将装置回收并在移动组件的作用下移动支护装置，整体使用方便，解决了现有隧道支护装置适用性差、使用不便的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种隧道施工用支护装置，包括若干支撑单元，所述支撑单元由中间支撑单元和相对设置在中间支撑单元两侧的侧部支撑单元，相邻支撑单元之间通过联动的折叠伸缩单元连接，以改变相邻支撑单元之间的间距，中间支撑单元的两侧分别至少设有一个侧部支撑单元；每个支撑单元的顶部分别固定设有一个可伸缩的顶撑组件、底部分别固定设有一个移动组件；位于整个支护装置最外侧的两个侧部支撑单元相背一侧的侧部上均固定设有至少一个可伸缩的侧撑组件。

作为进一步的实现方式，所述中间支撑单元由同轴设置的第一支撑杆、丝杆和顶杆组成，丝杆转动设置在第一支撑杆的顶部，顶杆转动设置在丝杆的顶部，第一支撑杆与丝杆之间固定设有安装板，安装板上固定设有用于驱动丝杆转动的驱动组件。

作为进一步的实现方式，所述安装板上固定设有轴承，丝杆的底部与轴承的内圈固定连接，丝杆的顶部固定设有轴承座，丝杆的顶部与轴承座内的轴承内圈固定连接，顶杆固定设置在轴承座上。

作为进一步的实现方式，所述驱动组件由固定设置在安装板上的驱动电机、安装在驱动电机上的第一齿轮、安装在丝杆上的第二齿轮组成，第一齿轮与第二齿轮相啮合。

作为进一步的实现方式，所述丝杆上设有套块和固定块，固定块位于套块上方，固定块固定设置，套块与丝杆之间螺纹配合，固定块、套块的两侧均通过折叠伸缩单元与邻近的侧部支撑单元连接，所述侧部支撑单元由第二支撑杆和设置在第二支撑杆上的滑块、铰接块组成，所述铰接块固定设置，铰接块位于滑块的上方。

作为进一步的实现方式，所述折叠伸缩单元由两个交叉设置且相互铰接的连接杆组成，连接杆的两端分别与邻近的滑块/铰接块/套块/固定块铰接。

作为进一步的实现方式，所述移动组件由固定设置在中间支撑单元/侧部支撑单元底部的固定板、固定设置在固定板上的第一液压缸、转动设置在固定板底部的移动轮以及设置在第一液压缸下方的底板组成，底板与第一液压缸的伸缩杆固定连接，底板上开设有允许移动轮穿过的圆孔。

作为进一步的实现方式，所述侧撑组件由固定设置在侧部支撑单元侧部的第二液压缸和固定设置在第二液压缸伸缩杆上的侧防护板组成；所述顶撑组件由竖向固定设置在对应的中间支撑单元/侧部支撑单元顶部的第三液压缸、固定设置在第三液压缸伸缩杆上的连接板、位于连接板上方的顶防护板组成，顶防护板与连接板之间通过若干缓冲弹簧连接。

第二方面，本发明提供了一种隧道施工用支护系统，包括第一方面所述的隧道施工用支护装置和支护板，支护板固定设置在隧道本体的内壁上。

第三方面，本发明提供了一种支护方法，具体如下：

将支护板安装在隧道本体内壁上，将拉伸支撑机构移动进隧道内，启动第一支撑杆上的第一液压缸，使得对应底板与地面贴合，启动驱动电机使套块做线性上下移动以通过连接杆扩大相邻支撑单元之间的间距，调节完成后启动每个侧部支撑单元上的第一液压缸以推动对应的底板与地面接触；

拉伸支撑机构定位后，启动所有的第二液压缸、第三液压缸，使得所有的侧防护板、顶防护板与支护板接触；

施工完成后，将底板收回使得移动轮与地面接触，启动驱动电机使套块做线性上下移动以收回侧部支撑单元，同时缩回第二液压缸和第三液压缸，将支护装置移出隧道并拆除支护板。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过联动的折叠伸缩单元将相邻的支撑单元连接，可通过折叠伸缩单元的伸缩运动改变相邻支撑单元之间的间距，能够适应不同规格的隧道，适用性强，并在每个支撑单元的顶部设置一个顶撑组件、底部设置一个移动组件，同时在整个支护装置最外侧的两个侧部支撑单元相背一侧的侧部上固定设置侧撑组件，可同时对隧道的顶部以及侧部进行支撑，使用完后无需拆卸，通过折叠伸缩单元即可将装置回收并在移动组件的作用下移动支护装置，整体使用方便。

(2)本发明通过丝杆与套块的配合驱动连接杆的运动，驱动电机设置在中间支撑单元上，整体结构简单、紧凑，无需设置过多的伸缩电机，大大降低了使用成本。

(3)本发明丝杆的顶部以及底部均设有轴承结构，在保证丝杆绕轴转动的同时，避免了对顶杆的影响，进而有效防止了顶撑组件的转动，有效避免了支护过程中对隧道内壁的磨损。

(4)本发明底板上设有允许移动轮穿过的孔洞，当底板与地面接触时，可取消移动轮与地面的接触，从而有效实现了支护装置整体的定位，保证了支护的稳定性。

(5)本发明缓冲弹簧的设置不仅能够起到缓冲作用，避免支护过程中因第三液压缸的伸缩杆伸出过长而对隧道本体挤压损坏，更加便于支护的控制，还能有效保证顶防护板与隧道本体的紧密贴合，提高支护效果。

(6)本发明支护板能够提高支撑强度，避免支护过程对隧道本体1的损害，同时还可扩大支护面积，提高支护效果，有效避免防止碎石的掉落。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种隧道施工用支护系统的整体结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的拉伸支撑机构的结构示意图；

图3是图2所示结构的A处局部放大示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的移动组件的结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、隧道本体；2、支护板；3、拉伸支撑机构；31、第一支撑杆；32、安装板；33、丝杆；34、驱动组件；341、驱动电机；342、第一齿轮；343、第二齿轮；35、套块；36、轴承座；37、顶杆；38、固定块；39、连接杆；310、第二支撑杆；311、滑块；312、铰接块；4、移动组件；41、固定板；42、第一液压缸；43、底板；44、移动轮；5、侧撑组件；51、第二液压缸；52、侧防护板；6、顶撑组件；61、第三液压缸；62、连接板；63、缓冲弹簧；64、顶防护板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，目前在隧道施工过程中需要进行支护，但是现有的支护装置多是对隧道的顶部进行支撑，并未考虑隧道侧壁的坍塌、落石问题，且支护装置适用性较差，无法适用于不同尺寸的隧道施工支撑防护需求，同时，现有的支护装置整体结构复杂，安装拆卸移除困难，使用并不方便的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种隧道施工用支护装置、支护系统及支护方法。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出一种隧道施工用支护装置，包括，拉伸支撑机构3、移动组件4、侧撑组件5以及顶撑组件6，其中，移动组件4固定设置在拉伸支撑机构3的底部，以用于带动拉伸支撑机构3移动并固定位置；侧撑组件5固定设置在拉伸支撑机构3的两侧，用于对隧道侧壁的支撑；顶撑组件6固定设置在拉伸支撑机构3的顶部，用于对隧道顶部进行支撑。

拉伸支撑机构3由中间支撑单元和侧部支撑单元组成，中间支撑单元的左右两侧分别至少设有一个侧部支撑单元，相邻支撑单元之间通过联动的折叠伸缩单元连接，以改变相邻支撑单元之间的间距，中间支撑单元两侧的侧部支撑单元数量相同，具体的，折叠伸缩单元由相互铰接的连接杆39组成，中间支撑单元左右两侧均通过连接杆39与侧部支撑单元连接，以通过连接杆39带动侧部支撑单元做远离/靠近中间支撑单元的运动。

如图2-图3所示，中间支撑单元由第一支撑杆31、丝杆33、驱动组件34、套块35、顶杆37以及固定块38组成，其中，第一支撑杆31、丝杆33、顶杆37从下向上依次设置，且第一支撑杆31、丝杆33、顶杆37之间同轴设置。

具体的，丝杆33转动设置在第一支撑杆31的顶部，顶杆37转动设置在丝杆33的顶部，其中，第一支撑杆31的顶部固定设有一个水平设置的安装板32，丝杆33的底部转动设置在安装板32上。

可以理解的是，丝杆33与安装板32的转动连接通过轴承实现，即，轴承固定设置在安装板32上且与第一支撑杆31同轴设置，丝杆33的底部与轴承的内圈固定连接，从而丝杆33可相对于第一支撑杆31、安装板32实现绕轴转动。

驱动组件34固定设置在安装板32上，以用于驱动丝杆33的转动，具体的，驱动组件34由驱动电机341、第一齿轮342以及第二齿轮343组成，驱动电机341固定设置在安装板32上，第一齿轮342固定设置在驱动电机341的输出轴上，第二齿轮343固定设置在丝杆33上且与第一齿轮342相啮合，驱动电机341可通过第一齿轮342、第二齿轮343驱动丝杆33绕轴线顺时针转动/逆时针转动。

丝杆33的顶部设有一个轴承座36，丝杆33的顶部与轴承座36内的轴承内圈固定连接，顶杆37固定设置在轴承座36上，在轴承座36的作用下，可有效避免丝杆33带动顶杆37转动。

套块35套设在丝杆33上，且套块35与丝杆33之间螺纹配合，当丝杆33绕轴转动时可在螺纹配合下带动套块35沿丝杆33的轴向移动；固定块38固定设置在顶杆37上。

其中，套块35、固定块38的左右两侧均连接有一个连接杆39，位于同一侧的两个连接杆39之间交叉设置且交叉位置处铰接，连接杆39与套块35、固定块38之间铰接，连接杆39的另一端与侧部支撑单元铰接。

侧部支撑单元由第二支撑杆310、滑块311、铰接块312组成，第二支撑杆310的高度与中间支撑单元的整体高度相同，滑块311套设在第二支撑杆310并与第二支撑杆310滑动连接，铰接块312固定设置在第二支撑杆310上，铰接块312位于滑块311的上方，滑块311、铰接块312的侧部均与邻近的连接杆39铰接。

从而当丝杆33转动时可带动套块35朝向远离/靠近第一固定块38的方向移动，进而在套块35的作用下带动同侧的连接杆39相互靠近或远离，进而带动侧部支撑单元朝向靠近/远离中间支撑单元的方向移动，以根据不同宽度的隧道进行调节，实现对不同尺寸隧道的横向支撑防护。

可以理解的是，侧部支撑单元的设置数量一般为偶数个，即两个、四个、六个等，且均匀设置在中间支撑单元的两侧，例如，当侧部支撑单元设有四个时(如图2所示)，中间支撑单元的两侧分别为两个侧部支撑单元，且同侧的侧部支撑单元沿水平方向依次排列，具体的设置数量可根据实际需求进行确定，这里不做过多的限制。

中间支撑单元以及每个侧部支撑单元的底部分别设有一个移动组件4，如图4所示，移动组件4由固定板41、第一液压缸42、底板43以及移动轮44组成，固定板41固定设置在对应的中间支撑单元/侧部支撑单元的底部，第一液压缸42设有两个，两个第一液压缸42相对固定设置在固定板41的顶部；

第一液压缸42竖向设置，第一液压缸42的伸缩杆向下设置，两个第一液压缸42的伸缩杆之间通过底板43固定连接，移动轮44转动设置在固定板41的底部。

其中，底板43上开设有位置与移动轮44相对应的圆孔，圆孔的孔径大于移动轮44的直径；在第一液压缸42缩回使底板43向上移动时，可保证移动轮44从圆孔中穿过并与地面接触。

中间支撑单元以及每个侧部支撑单元的顶部均固定设有一个顶撑组件6，以用于对隧道顶部的支撑；位于整个支护装置最外侧的两个侧部支撑单元相背一侧的侧部上均固定设有至少一个侧撑组件5，以用于对隧道的横向支撑。

如图1所示，侧撑组件5由第二液压缸51和侧防护板52组成，第二液压缸51固定设置在位于整个支护装置最外侧的第二支撑杆310的侧部，侧防护板52固定设置在第二液压缸51的伸缩杆上。

可以理解的是，当每个侧部支撑单元上设有多个侧撑组件5时，多个侧撑组件5沿侧部支撑单元的轴向间隔设置。

顶撑组件6由第三液压缸61、连接板62、缓冲弹簧63以及顶防护板64组成，第三液压缸61竖向固定设置在对应的中间支撑单元(顶杆37)/侧部支撑单元(第二支撑杆310)的顶部，连接板62固定设置在第三液压缸61的伸缩杆上，顶防护板64位于连接板62的上方，顶防护板64与连接板62之间通过若干缓冲弹簧63连接。

缓冲弹簧63的设置不仅能够起到缓冲作用，避免支护过程中因第三液压缸61的伸缩杆伸出过长而对隧道本体1挤压损坏，更加便于支护的控制，还能有效保证顶防护板64与隧道本体1的紧密贴合，提高支护效果。

实施例2

本发明的另一种典型的实施方式中，提出一种隧道施工用支护系统，包括支护板2以及拉伸支撑机构3，其中支护板2的形状与隧道本体1的横截面相同，支护板2由不锈钢材料制成，主要用于提高支撑强度，避免支护过程对隧道本体1的损害，同时还可扩大支护面积，提高支护效果，有效避免防止碎石的掉落，支护板2固定设置在隧道本体1的内壁上，拉伸支撑机构3上的侧防护板52、顶防护板64均与支护板2相贴合。

实施例3

本发明的另一种典型的实施方式中，提出一种隧道施工支护方法，具体如下：

首先将支护板2安装在隧道本体1内壁上，再通过设置的移动轮44将拉伸支撑机构3移动进隧道内，启动第一支撑杆31连接的移动组件4上的两个第一液压缸42以推动对应的底板43向下移动，使得底板43与地面相贴合进行固定并顶起移动轮44，然后通过设置的驱动电机341带动第一齿轮342，第一齿轮342通过啮合的第二齿轮343带动丝杆33转动，转动的丝杆33可使套块35做线性上下移动，套块35在向上移动时，通过左右交叉且相互铰接的两个连接杆39推动第二支撑杆310撑开，使的相邻第二支撑杆310之间以及第二支撑杆310与中间支撑单元之间的距离变大，进而可根据隧道的宽度进行适当调节，调节完成后，通过每个第二支撑杆310底端设置的移动组件4上设置的第一液压缸42推动对应的底板43向下移动与地面接触，进而对拉伸支撑机构3位置进行定位；

拉伸支撑机构3定位后，通过设置的多个第二液压缸51分别推动相连接的侧防护板52向支护板2一侧进行移动，并与之进行接触对其支撑防护，同时通过设置的多个第三液压缸61向上推动连接板62，使缓冲弹簧63连接的顶防护板64与支护板2接触对其进行支撑防护；

在隧道施工完后，通过第一液压缸42将对应的底板43缩回，使移动轮44与地面接触，再通过驱动电机341驱使第二支撑杆310收缩进行折叠，然后缩回第二液压缸51和第三液压缸61，然后通过移动轮44可将支护装置移出隧道，拆除支护板2。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道施工用支护装置，其特征在于，包括若干支撑单元，所述支撑单元由中间支撑单元和相对设置在中间支撑单元两侧的侧部支撑单元，相邻支撑单元之间通过联动的折叠伸缩单元连接，以改变相邻支撑单元之间的间距，中间支撑单元的两侧分别至少设有一个侧部支撑单元；每个支撑单元的顶部分别固定设有一个可伸缩的顶撑组件、底部分别固定设有一个移动组件；位于整个支护装置最外侧的两个侧部支撑单元相背一侧的侧部上均固定设有至少一个可伸缩的侧撑组件。

2.根据权利要求1所述的一种隧道施工用支护装置，其特征在于，所述中间支撑单元由同轴设置的第一支撑杆、丝杆和顶杆组成，丝杆转动设置在第一支撑杆的顶部，顶杆转动设置在丝杆的顶部，第一支撑杆与丝杆之间固定设有安装板，安装板上固定设有用于驱动丝杆转动的驱动组件。

3.根据权利要求2所述的一种隧道施工用支护装置，其特征在于，所述安装板上固定设有轴承，丝杆的底部与轴承的内圈固定连接，丝杆的顶部固定设有轴承座，丝杆的顶部与轴承座内的轴承内圈固定连接，顶杆固定设置在轴承座上。

4.根据权利要求2所述的一种隧道施工用支护装置，其特征在于，所述驱动组件由固定设置在安装板上的驱动电机、安装在驱动电机上的第一齿轮、安装在丝杆上的第二齿轮组成，第一齿轮与第二齿轮相啮合。

5.根据权利要求2所述的一种隧道施工用支护装置，其特征在于，所述丝杆上设有套块和固定块，固定块位于套块上方，固定块固定设置，套块与丝杆之间螺纹配合，固定块、套块的两侧均通过折叠伸缩单元与邻近的侧部支撑单元连接，所述侧部支撑单元由第二支撑杆和设置在第二支撑杆上的滑块、铰接块组成，所述铰接块固定设置，铰接块位于滑块的上方。

6.根据权利要求5所述的一种隧道施工用支护装置，其特征在于，所述折叠伸缩单元由两个交叉设置且相互铰接的连接杆组成，连接杆的两端分别与邻近的滑块/铰接块/套块/固定块铰接。

7.根据权利要求1所述的一种隧道施工用支护装置，其特征在于，所述移动组件由固定设置在中间支撑单元/侧部支撑单元底部的固定板、固定设置在固定板上的第一液压缸、转动设置在固定板底部的移动轮以及设置在第一液压缸下方的底板组成，底板与第一液压缸的伸缩杆固定连接，底板上开设有允许移动轮穿过的圆孔。

8.根据权利要求1所述的一种隧道施工用支护装置，其特征在于，所述侧撑组件由固定设置在侧部支撑单元侧部的第二液压缸和固定设置在第二液压缸伸缩杆上的侧防护板组成；所述顶撑组件由竖向固定设置在对应的中间支撑单元/侧部支撑单元顶部的第三液压缸、固定设置在第三液压缸伸缩杆上的连接板、位于连接板上方的顶防护板组成，顶防护板与连接板之间通过若干缓冲弹簧连接。

9.一种支护系统，其特征在于，包括了如权利要求1-8中任一项所述的隧道施工用支护装置和支护板，支护板固定设置在隧道本体的内壁上。

10.一种支护方法，利用了权利要求9中所述的隧道施工用支护系统，其特征在于，具体如下：

将支护板安装在隧道本体内壁上，将拉伸支撑机构移动进隧道内，启动第一支撑杆上的第一液压缸，使得对应底板与地面贴合，启动驱动电机使套块做线性上下移动以通过连接杆扩大相邻支撑单元之间的间距，调节完成后启动每个侧部支撑单元上的第一液压缸以推动对应的底板与地面接触；

拉伸支撑机构定位后，启动所有的第二液压缸、第三液压缸，使得所有的侧防护板、顶防护板与支护板接触；

施工完成后，将底板收回使得移动轮与地面接触，启动驱动电机使套块做线性上下移动以收回侧部支撑单元，同时缩回第二液压缸和第三液压缸，将支护装置移出隧道并拆除支护板。

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