CN210264756U - 隧道开挖变形的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道开挖变形控制装置，其包括：钢拱架；内部支撑机构，其包括两个第一部和多个第二部；多个锚杆，其均匀间隔设置，任一锚杆的一端依次穿过内部支撑机构和所述钢拱架并延伸至隧道的岩土内部，另一端突出于内部支撑机构的内壁，内部支撑机构不限制任一锚杆沿其轴线方向的移动。本实用新型在钢拱架内部设置内部支撑机构，隧道开挖从中部开始，本实用新型在开挖过程中可随着开挖进度，实时调节内部支撑机构与钢拱架的相对位置，为隧道的变形提供更加稳固的支撑，避免开挖过程中，隧道的形变幅度过大，导致钢拱架的变形，使得隧道的施工质量和安全得到保证。

Description

隧道开挖变形的控制装置

技术领域

本实用新型涉及隧道施工设备技术领域。更具体地说，本实用新型涉及一种隧道开挖变形的控制装置。

背景技术

随着社会经济的快速发展，各行各业对交通的多样化、交通的运输速度有了更高的要求，在交通开发领域，隧道为最节省路线的一种施工方式。隧道建设过程中，需要在隧道的洞口设置支护结构，以防止隧道开挖过程中隧道围岩的变形，隧道的围岩一般较柔软、松散，在开挖过程中，隧道内部会出现较大幅度的形变，传统的支护结构通常是紧贴于围岩内壁上，结构较薄弱，对隧道的变形控制力度较弱，在开挖过程中极易造成支护结构的扭曲变形，甚至对隧道的施工质量和安全产生严重影响，进而导致施工工期的延误。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种隧道开挖变形控制装置，其在钢拱架内部设置内部支撑机构，隧道开挖从中部开始，本实用新型在开挖过程中可随着开挖进度，实时调节内部支撑机构与钢拱架的相对位置，为隧道的变形提供更加稳固的支撑，避免开挖过程中，隧道的形变幅度过大，导致钢拱架的变形，使得隧道的施工质量和安全得到保证。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种隧道开挖变形控制装置，其包括：

钢拱架，其紧贴于隧道围岩内壁；

内部支撑机构，其设于所述钢拱架内，且与所述钢拱架形状一致，所述内部支撑机构包括两个竖直的第一部和弧形结构的第二部，所述第二部包括多个依次弹性连接的弧形板体；

多个锚杆，其均匀间隔设置，任一锚杆的一端依次穿过内部支撑机构和所述钢拱架并延伸至隧道的岩土内部，另一端突出于内部支撑机构的内壁，内部支撑机构不限制任一锚杆沿其轴线方向的移动。

优选的是，所述的隧道开挖变形的控制装置，所述内部支撑机构与所述钢拱架之间设有缓冲层，所述缓冲层为充气气囊，其充气后的形状与所述钢拱架形状一致，所述充气气囊上间隔设有多个第一通孔，一个锚杆对应设置一个第一通孔，所述充气气囊上设有进气阀和卸压阀。

优选的是，所述的隧道开挖变形的控制装置，所述内部支撑机构与所述钢拱架之间设有缓冲层，所述缓冲层包括泡沫混凝土以及将泡沫混凝土包覆的钢筋网。

优选的是，所述的隧道开挖变形的控制装置，所述第一部上间隔设有多个贯穿的第二通孔，任一弧形板体设有贯穿的第三通孔，任一锚杆的一端依次穿过相对应的第二通孔/第三通孔和所述钢拱架，并延伸至隧道的岩土内，任一第二通孔和任一第三通孔的内壁上设有耐磨层。

优选的是，所述的隧道开挖变形的控制装置，所述充气气囊外部包覆有土工布层。

优选的是，所述的隧道开挖变形的控制装置，任一锚杆的另一端设有螺母，螺母和与其相对应的锚杆螺纹连接且抵接于第一部/第二部的内壁。

优选的是，所述的隧道开挖变形的控制装置，任一弹性件为弹簧。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、本实用新型在钢拱架内部设置内部支撑机构，隧道开挖从中部开始，本实用新型在开挖过程中可随着开挖进度，实时调节内部支撑机构与钢拱架的相对位置，为隧道的变形提供更加稳固的支撑，避免开挖过程中，隧道的形变幅度过大，导致钢拱架的变形，使得隧道的施工质量和安全得到保证；钢拱架和内部支撑机构对隧道起到双重支撑，钢拱架和内部支撑机构之间设置缓冲机构，当隧道的围岩变形时，缓冲机构的变形来适应围岩的变形，避免单薄的钢拱架在围岩形变应力过大时，造成其内部应力无法释放而断裂的问题；

2、本实用新型在施工时，先安装钢拱架，使得钢拱架紧贴于隧道的围岩内壁，然后在钢拱架内部设置内部支撑机构，隧道开挖之前，任一弹性件处于自然伸长状态，此时内部支撑机构与钢拱架之间的距离为最大，然后将多个锚杆依次打入至隧道的岩土内，将钢拱架与内部支撑机构相对固定，即完成本实用新型的安装；

3、为提高本实用新型对隧道变形的控制力度，在钢拱架和内部支撑机构之间设置了缓冲机构，安装时，在设置内部支撑机构之前，将充气气囊紧贴于钢拱架的内壁，在完成内部支撑机构和多个锚杆的固定后，通过气泵与充气气囊的进气阀连通向充气气囊中充入气体，使得充气气囊将钢拱架和内部支撑机构之间的空隙完全占据；充有气体的充气气囊具有一定的挤压弹性；

4、在隧道开挖时，首先从内部支撑机构的内部的区域开挖，当内部支撑机构内部区域挖好以后，通过卸压阀，将充气气囊内部的气体排出一部分，使得内部支撑机构与充气气囊之间有点一定距离，随后将内部支撑机构的两个第一部朝着靠近钢拱架的方向移动至与充气气囊紧贴(两个第一部相向移动)，多个第二部朝着靠近钢拱架的方向同步移动至与充气气囊紧贴，两个第一部和多个第二部不受锚杆的限制，可相对锚杆移动，内部支撑机构的内部空间增大，且圈定一部分环形的外开挖的围岩，内部支撑机构和钢拱架之间的距离缩小，多个弹性件被拉伸，然后敲打锚杆的另一端，使得锚杆的另一端的端面接近第一部/第二部的内壁，继续开挖圈定的一部分隧道围岩，同理，每挖一部分，就排出一部分气体，随后将内部支撑机构挪动一定的距离，直至整个隧道的围岩开挖完成；

5、将开挖区域限定在内部支撑机构内，将钢拱架隔离，降低开挖时机械振动力对钢拱架的影响；开挖过程中，充气气囊起到缓冲的作用，减少对钢拱架的震动影响，进而减少钢拱架的形变量，同时内部支撑机构可承受一部分的变形应力，内部支撑机构和缓冲机构双重作用，相较于现有技术，本实用新型可大大降低钢拱架的变形量，避免钢拱架直接承受较大的形变应力造成钢拱架断裂的事故发生，进而达到保证隧道施工质量和施工安全的目的。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型在一个实施例中所述的隧道开挖变形的控制装置的结构示意图；

图2为本实用新型在另一个实施例中所述的隧道开挖变形的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，并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实用新型的限制。

如图1～2所示，本实用新型提供一种隧道开挖变形的控制装置，其包括：

钢拱架1，其紧贴于隧道围岩内壁；

内部支撑机构，其设于所述钢拱架1内，且与所述钢拱架1形状一致，所述内部支撑机构包括两个竖直的第一部21和弧形结构的第二部22，所述第二部22包括多个依次弹性连接的弧形板体；位于两端的第二部22的自由端分别与两个第一部21的上端连接，可为一体成型设计；

多个锚杆4，其均匀间隔设置，任一锚杆4的一端依次穿过内部支撑机构和所述钢拱架1并延伸至隧道的岩土内部，另一端突出于内部支撑机构的内壁，内部支撑机构不限制任一锚杆4沿其轴线方向的移动。

在上述技术方案中，本实用新型在钢拱架1内部设置内部支撑机构，隧道开挖从中部开始，本实用新型在开挖过程中可随着开挖进度，实时调节内部支撑机构与钢拱架1的相对位置，为隧道的变形提供更加稳固的支撑，避免开挖过程中，隧道的形变幅度过大，导致钢拱架1的变形，使得隧道的施工质量和安全得到保证；钢拱架1和内部支撑机构对隧道起到双重支撑，钢拱架1和内部支撑机构之间设置缓冲机构3，当隧道的围岩变形时，缓冲机构3的变形来适应围岩的变形，避免单薄的钢拱架1在围岩形变应力过大时，造成其内部应力无法释放而断裂的问题；

本实用新型在施工时，先安装钢拱架1，使得钢拱架1紧贴于隧道的围岩内壁，然后在钢拱架1内部设置内部支撑机构，然后将多个锚杆4依次打入至隧道的岩土内，将钢拱架1与内部支撑机构相对固定，即完成本实用新型的安装。多个弹性件为内部支撑机构预留形变量。

在另一种技术方案中，所述的隧道开挖变形的控制装置，所述内部支撑机构与所述钢拱架1之间设有缓冲层，所述缓冲层为充气气囊，其充气后的形状与所述钢拱架1形状一致，所述充气气囊上间隔设有多个第一通孔，一个锚杆4对应设置一个第一通孔，所述充气气囊上设有进气阀31和卸压阀32。

在上述技术方案中，为提高本实用新型对隧道变形的控制力度，在钢拱架1和内部支撑机构之间设置了缓冲机构3，安装时，在设置内部支撑机构之前，将充气气囊紧贴于钢拱架1的内壁，在完成内部支撑机构和多个锚杆4的固定后，通过气泵与充气气囊的进气阀31连通向充气气囊中充入气体，使得充气气囊将钢拱架1和内部支撑机构之间的空隙完全占据；充有气体的充气气囊具有一定的挤压弹性。

在另一种技术方案中，所述的隧道开挖变形的控制装置，所述内部支撑机构与所述钢拱架1之间设有缓冲层，所述缓冲层包括泡沫混凝土5以及将泡沫混凝土包覆的钢筋网。泡沫混凝土的密度小于等于900kg/m³，弹性模量为小于等于300MPa。泡沫混凝土具有较好的协调变形能力，可减少钢拱架1形变应力。

在另一种技术方案中，所述的隧道开挖变形的控制装置，所述第一部21上间隔设有多个贯穿的第二通孔，任一弧形板体设有贯穿的第三通孔，任一锚杆4的一端依次穿过相对应的第二通孔/第三通孔和所述钢拱架1，并延伸至隧道的岩土内，任一第二通孔和任一第三通孔的内壁上设有耐磨层。耐磨层避免内部支撑机构相对锚杆4移动，或锚杆4相对内部支撑机构移动时，锚杆4对第一部21、第二部22造成摩擦损伤，延长内部支撑机构的使用寿命。

在另一种技术方案中，所述的隧道开挖变形的控制装置，所述充气气囊外部包覆有土工布层。增加充气气囊的抗压强度。土工布层具有一定的弹性，能够随充气气囊的撑大与缩小形变。

在另一种技术方案中，所述的隧道开挖变形的控制装置，任一锚杆4的另一端设有螺母41，螺母41和与其相对应的锚杆4螺纹连接且抵接于第一部21/第二部22的内壁。螺母41将内部支撑机构与钢拱架1进行相对固定，避免开挖过程中内部支撑机构发生位移。

在另一种技术方案中，所述的隧道开挖变形的控制装置，任一弹性件23为弹簧。弹簧廉价易得，易于安装，形变灵活。

施工过程：本实用新型首先从内部支撑机构的内部的区域开挖，当内部支撑机构内部区域挖好以后，通过卸压阀32，将充气气囊内部的气体排出一部分，使得内部支撑机构与充气气囊之间有点一定距离，随后将内部支撑机构的两个第一部21朝着靠近钢拱架1的方向移动至与充气气囊紧贴(两个第一部21相向移动)，多个第二部22朝着靠近钢拱架1的方向同步移动至与充气气囊紧贴，两个第一部21和多个第二部22不受锚杆4的限制，可相对锚杆4移动，内部支撑机构的内部空间增大，且圈定一部分环形的外开挖的围岩，内部支撑机构和钢拱架1之间的距离缩小，多个弹性件23被拉伸，然后敲打锚杆4的另一端，使得锚杆4的另一端的端面接近第一部21/第二部22的内壁，继续开挖圈定的一部分隧道围岩，同理，每挖一部分，就排出一部分气体，随后将内部支撑机构挪动一定的距离，直至整个隧道的围岩开挖完成；

将开挖区域限定在内部支撑机构内，将钢拱架1隔离，降低开挖时机械振动力对钢拱架1的影响；开挖过程中，充气气囊起到缓冲的作用，减少对钢拱架1的震动影响，进而减少钢拱架1的形变量，同时内部支撑机构可承受一部分的变形应力，内部支撑机构和缓冲机构3双重作用，相较于现有技术，本实用新型可大大降低钢拱架1的变形量，避免钢拱架1直接承受较大的形变应力造成钢拱架1断裂的事故发生，进而达到保证隧道施工质量和施工安全的目的。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.隧道开挖变形的控制装置，其特征在于，其包括：

钢拱架，其紧贴于隧道围岩内壁；

内部支撑机构，其设于所述钢拱架内，且与所述钢拱架形状一致，所述内部支撑机构包括两个竖直的第一部和弧形结构的第二部，所述第二部包括多个依次弹性连接的弧形板体；

多个锚杆，其均匀间隔设置，任一锚杆的一端依次穿过内部支撑机构和所述钢拱架并延伸至隧道的岩土内部，另一端突出于内部支撑机构的内壁，内部支撑机构不限制任一锚杆沿其轴线方向的移动。

2.如权利要求1所述的隧道开挖变形的控制装置，其特征在于，所述内部支撑机构与所述钢拱架之间设有缓冲层，所述缓冲层为充气气囊，其充气后的形状与所述钢拱架形状一致，所述充气气囊上间隔设有多个第一通孔，一个锚杆对应设置一个第一通孔，所述充气气囊上设有进气阀和卸压阀。

3.如权利要求1所述的隧道开挖变形的控制装置，其特征在于，所述内部支撑机构与所述钢拱架之间设有缓冲层，所述缓冲层包括泡沫混凝土以及将泡沫混凝土包覆的钢筋网。

4.如权利要求1所述的隧道开挖变形的控制装置，其特征在于，所述第一部上间隔设有多个贯穿的第二通孔，任一弧形板体设有贯穿的第三通孔，任一锚杆的一端依次穿过相对应的第二通孔/第三通孔和所述钢拱架，并延伸至隧道的岩土内，任一第二通孔和任一第三通孔的内壁上设有耐磨层。

5.如权利要求2所述的隧道开挖变形的控制装置，其特征在于，所述充气气囊外部包覆有土工布层。

6.如权利要求1所述的隧道开挖变形的控制装置，其特征在于，任一锚杆的另一端设有螺母，螺母和与其相对应的锚杆螺纹连接且抵接于第一部/第二部的内壁。

7.如权利要求1所述的隧道开挖变形的控制装置，其特征在于，任一弹性件为弹簧。

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