CN116044461A - 一种隧道开挖大变形强支护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道支护技术领域，具体公开了一种隧道开挖大变形强支护装置，包括：杆体，杆体的端部设有钻头，钻头的表面开设有注浆孔，杆体远离钻头的一端设有紧固螺母，紧固螺母的一侧设有抵接在墙面上的垫板；疏导机构，疏导机构安装在钻头的内部，疏导机构对注入钻头内的混凝土疏导至杆体与墙体之间；排堵机构，排堵机构安装在钻头与疏导机构之间，排堵机构在钻头注浆孔堵塞后，本发明可以在自进式锚杆打入围岩内部时疏导浆液的流出，减小堵塞的可能性，而且，在注浆孔堵塞时可以通过排堵机构自动将注浆孔疏通，减小锚杆抽出后疏通的时间，缩短对大变形围岩支护的时间，方便施工人员及时的支护。

Description

一种隧道开挖大变形强支护装置

技术领域

本发明涉及隧道支护技术领域，具体为一种隧道开挖大变形强支护装置。

背景技术

隧道在施工过程中，由于开挖活动导致隧道周边的应力重新分布，围岩承受的压力大于围岩的承受力，初期支护会产生变形，变形的不可控因素在于，变形段的岩石处于断裂状态，开挖时岩体呈碎块状并伴有渗水，从而会导致隧道施工初期支护大变形。

在隧道初期支护大变形后，通常会首先采用锚杆固定法，减缓岩层的变形，在及时的增加新钢架等方式重新固定，进而减缓岩层的大变形，锚杆固定法为了缩短施工时间，通常会直接使用自进式锚杆直接打入围岩内部，从而起到快速支撑的作用，自进式锚杆就是将钻头直接安装在锚杆的端部，在锚杆打入围岩内的同时向锚杆内灌注浆液，浆液从钻头的端部喷出，边钻边注浆。

在自进式锚杆使用时，由于钻头的端部的注浆孔处于敞开式，在钻头钻入围岩内时，部分碎渣可以直接将钻头端部的注浆孔堵塞，需要工作人员将钻机停止后，再将钻头位置处的注浆孔清理疏通后，才能继续使用，但是，由于围岩大变形的时间往往一个小时就会变形3-10CM，打入锚杆的时间较为紧急，隧道的大小只能容纳单个锚杆钻机进行操作，导致锚杆的疏通耽误较多的时间，影响施工人员及时的支护，为此，我们提出一种隧道开挖大变形强支护装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道开挖大变形强支护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道开挖大变形强支护装置，包括：

杆体，杆体的端部设有钻头，钻头的表面开设有注浆孔，杆体远离钻头的一端设有紧固螺母，紧固螺母的一侧设有抵接在墙面上的垫板；

疏导机构，疏导机构安装在钻头的内部，疏导机构对注入钻头内的混凝土疏导至杆体与墙体之间；

排堵机构，排堵机构安装在钻头与疏导机构之间，排堵机构在钻头注浆孔堵塞后，使得疏导机构相对钻头滑动后将堵塞物从注浆孔内去除。

优选的，疏导机构包括安装在杆体外侧的套环，套环与杆体螺纹连接，套环的内部设有顶块，顶块与套环之间通过连接杆连接。

优选的，排堵机构包括安装在钻头与套环之间的转动环一，转动环一的一侧设有转动环二，转动环一与转动环二之间通过弹簧一连接，钻头与套环之间设有限位件，限位件在浆液压力增大后将钻头与套环之间脱离，钻头的内壁开设有弧形槽，顶块的一侧固定连接有插入弧形槽内的插杆。

优选的，弧形槽的端部开设有移动槽，插杆位于移动槽内，顶块与连接杆之间设有滑杆，滑杆一端与连接杆固定连接，滑杆另一端与顶块滑动连接。

优选的，限位件包括安装在钻头内的套筒，套筒与钻头固定连接，套筒的内部滑动连接有活塞，活塞的顶部固定连接有活塞杆，活塞杆的端部固定连接有定位杆，活塞与套筒之间设有弹簧二，套环的外表面开设有多个限位槽，定位杆插入限位槽内。

优选的，杆体的尾端螺纹连接有内环，内环与连接杆之间设有钢丝绳，杆体的内螺纹与外螺纹方向相反。

优选的，内环的内部设有顶出环，顶出环与钢丝绳连接，顶出环与内环之间设有弹簧三，弹簧三的两端分别与顶出环和内环固定连接。

优选的，内环的外侧固定连接有定位环，定位环的外侧滑动连接有辅助筒，辅助筒的内表面与紧固螺母的外表面相适配。

优选的，顶出环的端部延伸至定位环的外侧，顶出环的横截面为方形，定位环内部的凹槽为方形。

本发明至少具备以下有益效果：

通过疏导机构对浆液进行疏导，通过排堵机构对堵塞在钻头注浆孔内的堵塞物去除，相对于现有技术中，由于围岩大变形的时间往往一个小时就会变形-CM，打入锚杆的时间较为紧急，隧道的大小只能容纳单个锚杆钻机进行操作，导致锚杆的疏通耽误较多的时间，影响施工人员及时的支护，本发明可以在自进式锚杆打入围岩内部时疏导浆液的流出，减小堵塞的可能性，而且，在注浆孔堵塞时可以通过排堵机构自动将注浆孔疏通，减小锚杆抽出后疏通的时间，缩短对大变形围岩支护的时间，方便施工人员及时的支护。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明另一视角结构图；

图3为本发明局部爆炸图；

图4为本发明钻头局部剖视图；

图5为本发明排堵机构局部剖视图；

图6为本发明局部平面图；

图7为本发明实施例二和实施例三结构图。

图中：1-杆体；2-钻头；3-注浆孔；4-紧固螺母；5-垫板；6-疏导机构；61-套环；62-顶块；63-连接杆；64-滑杆；65-研磨块；66-弹簧四；7-排堵机构；70-转动环一；71-转动环二；72-弹簧一；73-弧形槽；74-插杆；75-移动槽；8-限位件；81-套筒；82-活塞；83-活塞杆；84-定位杆；85-弹簧二；86-限位槽；9-内环；10-钢丝绳；11-顶出环；12-弹簧三；13-定位环；14-辅助筒。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：

实施例一，

一种隧道开挖大变形强支护装置，包括：

杆体1，杆体1的端部设有钻头2，钻头2的表面开设有注浆孔3，杆体1远离钻头2的一端设有紧固螺母4，紧固螺母4的一侧设有抵接在墙面上的垫板5；

疏导机构6，疏导机构6安装在钻头2的内部，疏导机构6对注入钻头2内的混凝土疏导至杆体1与墙体之间，疏导机构6可以对钻头2和杆体1内的混凝土疏导，进而方便混凝土从钻头2内排出；

排堵机构7，排堵机构7安装在钻头2与疏导机构6之间，排堵机构7在钻头2注浆孔3堵塞后，使得疏导机构6相对钻头2滑动后将堵塞物从注浆孔3内去除，排堵机构7可以在钻头2的注浆孔3堵塞时，钻头2后移，钻头2的注浆孔3与排堵机构7挤压，进而将注浆孔3内的堵塞物去除，从而方便钻头2的再次使用，不需要将杆体1和钻头2从围岩内取出进行疏导，节约了支护时间，减小大变形进一步形变的可能性，方便后续对围岩的固定。

疏导机构6包括安装在杆体1外侧的套环61，套环61与杆体1螺纹连接，套环61的内部设有顶块62，顶块62与套环61之间通过连接杆63连接，顶块62固定在连接杆63上，连接杆63固定在套环61上，在浆液进入杆体1后，浆液流经顶块62处，浆液会顺着顶块62的顶部疏导并进入注浆孔3内，从而从钻头2内注入钻开的孔隙内，其次，连接杆63会将浆液中可能存在的固体杂质阻挡，减小浆液对注浆孔3内部堵塞的可能性。

排堵机构7包括安装在钻头2与套环61之间的转动环一70，转动环一70与钻头2转动连接，转动环一70的一侧设有转动环二71，转动环二71与套环61转动连接，转动环一70与转动环二71之间通过弹簧一72连接，弹簧一72的两端分别与转动环一70和转动环二71固定连接，钻头2与套环61之间设有限位件8，限位件8在浆液压力增大后将钻头2与套环61之间脱离，钻头2的内壁开设有弧形槽73，顶块62的一侧固定连接有插入弧形槽73内的插杆74，在钻头2内部发生堵塞时，随着钻机持续将浆液灌入杆体1内，此时钻头2内的浆液压力增大，增大的压力会直接作用在限位件8上，进而限位件8脱离套环61，套环61可以相对钻头2转动，钻头2由于处于围岩内，钻头2不发生转动，套环61在转动时会带动插杆74转动，插杆74在弧形槽73内转动时会带动顶块62向外顶出，进而不断插入注浆孔3内，注浆孔3内的堵塞物被顶块62顶出，进而可以恢复灌浆，弹簧一72被压缩，在浆液恢复后，向外抽出一截杆体1，此时限位件8会重新将套环61和钻头2限位，钻头2可以继续使用，浆液也持续注入，进而减小疏通时间。

弧形槽73的端部开设有移动槽75，插杆74位于移动槽75内，顶块62与连接杆63之间设有滑杆64，滑杆64一端与连接杆63固定连接，滑杆64另一端与顶块62滑动连接，在限位件8解除与套环61之间的限位后，此时插杆74在移动槽75内先向注浆孔3位置处移动，冲击力将堵塞在注浆孔3内的阻塞物顶开，弹簧四66始终处于挤压状态，弹簧四66方便顶块62相对滑杆64滑动时再由弧形槽73的导向持续将堵塞物疏通，直至完全将堵塞物疏通，限位件8复位。

限位件8包括安装在钻头2内的套筒81，套筒81与钻头2固定连接，套筒81的内部滑动连接有活塞82，活塞82的顶部固定连接有活塞杆83，活塞杆83的端部固定连接有定位杆84，活塞82与套筒81之间设有弹簧二85，套环61的外表面开设有多个限位槽86，定位杆84插入限位槽86内。

在工作人员将杆体1装入锚杆钻机后，此时工作人员对围岩表面开始打孔，在打孔的同时将浆液注入锚杆与围岩之间，当钻头2端部的注浆孔3被围岩内的碎石子等堵塞物堵塞时，不需要停止锚杆钻机，位于钻头2与杆体1内的浆液压力逐渐增大，浆液会推动活塞82在套筒81内滑动，进而推动活塞杆83上升，在活塞杆83上升时弹簧二85会被挤压，此时定位杆84脱离限位槽86，钻头2与套环61之间的限位解除，锚杆钻机持续对杆体1施压，钻头2由于围岩的阻挡，钻头2不发生转动，杆体1和套环61相对钻头2转动，钻头2在锚杆钻机的压力下会相对套环61移动，弹簧一72被挤压，在移动的同时注浆孔3靠近顶块62，顶块62对注浆孔3内的堵塞物顶出，在套环61转动时同步带动插杆74在弧形槽73内转动，顶块62呈现向外不断的伸缩，进而将位于注浆孔3内的堵塞物进一步去除，在堵塞物去除时，此时浆液可以继续从注浆孔3内流出，活塞82受到的压力降低，弹簧二85复位，推动定位杆84移动，工作人员发现浆液持续流出，而锚杆不前进时，此时可以将锚杆钻机后移20CM，此时在弹簧一72的复位作用下，钻头2相对套环61反向移动，定位杆84会直接插入套环61外的限位槽86内，进而可以将钻头2与套环61相对限位，工作人员继续使用锚杆钻机钻探，此外，在抽出锚杆的同时，喷出的浆液方便将钻头2堵塞时未及时填充的围岩区域填充，更加方便锚杆对围岩的锚固，减小锚杆外侧浆液填充不完全的可能性，此外，定位杆84在被顶出时，作用在围岩的表面，起到对钻头2进一步限位的作用，进一步减小钻头2打滑转动的可能性，方便套环61相对钻头2的转动。

根据上述实施例，实施例二，

杆体1的尾端螺纹连接有内环9，内环9与连接杆63之间设有钢丝绳10，杆体1的内螺纹与外螺纹方向相反。

内环9的内部设有顶出环11，顶出环11与钢丝绳10连接，顶出环11与内环9之间设有弹簧三12，弹簧三12的两端分别与顶出环11和内环9固定连接。

在杆体1完全钻入围岩后，此时，将垫板5套在杆体1与围岩表面之间，再将固定螺栓与杆体1旋紧，同时转动内环9，内环9会带动多股钢丝绳10之间卷曲，从而形成一股钢丝绳10，顶出环11处于顶出状态，在遭遇围岩再次变形时，若是杆体1与外侧的混凝土层断裂时，此时钢丝绳10起到进一步拉紧的作用，可以阻止岩体完全断开，钢丝绳10被拉紧后，顶出环11会向杆体1内移动，进而工作人员只需观察顶出环11的状态就可以判断岩体是否还存在变形，工作人员无需借助探测设备探测，方便工作人员及时的发现围岩大变形，减小工作人员的探测时间，便于工作人员及时的做出防护措施。

根据上述实施例，实施例三，

内环9的外侧固定连接有定位环13，定位环13的外侧滑动连接有辅助筒14，辅助筒14的内表面与紧固螺母4的外表面相适配。

顶出环11的端部延伸至定位环13的外侧，顶出环11的横截面为方形，定位环13内部的凹槽为方形。

在内环9完全固定在杆体1内时，此时拉动辅助筒14，辅助筒14会直接套在紧固螺母4外侧，在钢丝绳10被旋转时会产生反向转动力，反向转动力会作用在辅助筒14上，进而反向转动力会阻止紧固螺母4松开的可能性，在围岩再次产生大变形将杆体1压断时，钢丝绳10受到围岩的压力，会延长，从而产生较大的回转力，回转力直接作用在辅助筒14上，辅助筒14作用在紧固螺母4上，紧固螺母4将垫板5压紧在墙面上，减小墙面松动的可能性，减小围岩表面破碎的可能性，减小工作人员在施工时被砸伤的可能性。

其次顶块62的外侧还固定连接有多个研磨块65，多个研磨块65在浆液进入钻头2内部时还可以方便将浆液进一步的搅拌，方便浆液持续进入注浆孔3内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种隧道开挖大变形强支护装置，包括：

杆体(1)，所述杆体(1)的端部设有钻头(2)，所述钻头(2)的表面开设有注浆孔(3)，所述杆体(1)远离钻头(2)的一端设有紧固螺母(4)，所述紧固螺母(4)的一侧设有抵接在墙面上的垫板(5)；

其特征在于：

疏导机构(6)，所述疏导机构(6)安装在钻头(2)的内部，所述疏导机构(6)对注入钻头(2)内的混凝土疏导至杆体(1)与墙体之间；

排堵机构(7)，所述排堵机构(7)安装在钻头(2)与疏导机构(6)之间，所述排堵机构(7)在钻头(2)注浆孔(3)堵塞后，使得疏导机构(6)相对钻头(2)滑动后将堵塞物从注浆孔(3)内去除。

2.根据权利要求1所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述疏导机构(6)包括安装在杆体(1)外侧的套环(61)，所述套环(61)与杆体(1)螺纹连接，所述套环(61)的内部设有顶块(62)，所述顶块(62)与套环(61)之间通过连接杆(63)连接。

3.根据权利要求2所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述排堵机构(7)包括安装在钻头(2)与套环(61)之间的转动环一(70)，所述转动环一(70)的一侧设有转动环二(71)，所述转动环一(70)与转动环二(71)之间通过弹簧一(72)连接，所述钻头(2)与套环(61)之间设有限位件(8)，所述限位件(8)在浆液压力增大后将钻头(2)与套环(61)之间脱离，所述钻头(2)的内壁开设有弧形槽(73)，所述顶块(62)的一侧固定连接有插入弧形槽(73)内的插杆(74)。

4.根据权利要求3所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述弧形槽(73)的端部开设有移动槽(75)，所述插杆(74)位于移动槽(75)内，所述顶块(62)与连接杆(63)之间设有滑杆(64)，所述滑杆(64)一端与连接杆(63)固定连接，所述滑杆(64)另一端与顶块(62)滑动连接。

5.根据权利要求3所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述限位件(8)包括安装在钻头(2)内的套筒(81)，所述套筒(81)与钻头(2)固定连接，所述套筒(81)的内部滑动连接有活塞(82)，所述活塞(82)的顶部固定连接有活塞杆(83)，所述活塞杆(83)的端部固定连接有定位杆(84)，所述活塞(82)与套筒(81)之间设有弹簧二(85)，所述套环(61)的外表面开设有多个限位槽(86)，所述定位杆(84)插入限位槽(86)内。

6.根据权利要求1所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述杆体(1)的尾端螺纹连接有内环(9)，所述内环(9)与连接杆(63)之间设有钢丝绳(10)，所述杆体(1)的内螺纹与外螺纹方向相反。

7.根据权利要求6所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述内环(9)的内部设有顶出环(11)，所述顶出环(11)与钢丝绳(10)连接，所述顶出环(11)与内环(9)之间设有弹簧三(12)，所述弹簧三(12)的两端分别与顶出环(11)和内环(9)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述内环(9)的外侧固定连接有定位环(13)，所述定位环(13)的外侧滑动连接有辅助筒(14)，所述辅助筒(14)的内表面与紧固螺母(4)的外表面相适配。

9.根据权利要求8所述的一种隧道开挖大变形强支护装置，其特征在于：所述顶出环(11)的端部延伸至定位环(13)的外侧，所述顶出环(11)的横截面为方形，所述定位环(13)内部的凹槽为方形。

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