CN220285780U - 一种隧洞开挖快速支护装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及隧道支护装置的领域，尤其是涉及一种隧洞开挖快速支护装置，其包括支护板和至少两组顶撑组件，支护板贴合于隧洞的顶壁，顶撑组件包括顶撑座和用于为支护板提供支撑的支架，顶撑座设置于支架上；顶撑座上设置有安装孔，支护板上设置有安装块，安装块可拆卸嵌合于安装孔内。本申请的支护装置安装方便、迅速，能够实现对隧洞的快速支护，同时能够根据隧洞高度进行自适应高度调节。

Description

一种隧洞开挖快速支护装置

技术领域

本发明涉及隧道支护装置的领域，尤其是涉及一种隧洞开挖快速支护装置。

背景技术

隧道开挖是通过盾构机将山体打穿，形成一个通道，隧道开挖会破坏地层的初始应力平衡，容易产生围岩应力释放和洞室变形，严重影响到隧道结构的安全和施工效率；例如，在软弱破碎围岩洞段，尤其是地下水发育的碳质板岩地质条件下，易出现爆破后隧洞顶部含水率较高的松散岩土体不时掉落的情况，如不及时处理，可能造成较大损失。因此，为实现对围岩应力的释放速率和洞室变形量的严格控制，需要在隧道开挖时增加初期支护结构。

目前，常用的初期支护结构有钢筋网片—钢拱架、钢筋网片、锚杆—钢拱架等，架立后及时固定并喷射混凝土；若是岩层自稳性较好，可使用柔性的初期支护结构，初期支护结构可与围岩共同变形；若是四级围岩以上，软弱易塌，可采用刚性拱架，并在开挖土方前采用超前小导管注浆等方式进行预加固。

公开号为CN215108964U的中国专利，公开了一种软岩隧洞临时支护结构，通过在软岩隧道的边墙位置设置混凝土挡板，并在混凝土挡板上设置预应力锚杆，以提高边墙底部位置的支护能力；此外，还可通过在顶拱位置设置纵向连接钢筋、在底脚位置设置对撑连接杆等方式，进一步提高支护结构的抗变形能力。该装置在安装需要进行大量的焊接、锚固过程，较为麻烦，影响施工进度。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种隧洞开挖快速支护装置，该支护装置安装方便、迅速，能够实现对隧洞的快速支护。

本申请提供的一种隧洞开挖快速支护装置采用如下的技术方案：

一种隧洞开挖快速支护装置，包括支护板和至少两组顶撑组件，所述支护板贴合于所述隧洞的顶壁，所述顶撑组件包括顶撑座和用于为支护板提供支撑的支架，所述顶撑座设置于所述支架上；所述顶撑座上设置有安装孔，所述支护板上设置有安装块，所述安装块可拆卸嵌合于所述安装孔内。

通过采用上述技术方案，在隧洞掘进工程中，将安装块插入安装孔内，可实现支架和支护板的快速组装，然后将支护板与隧洞顶壁贴合，可实现对隧洞的快速支护，施工进度较快。

可选的，所述顶撑座上设置有顶撑面，所述顶撑面贴合于所述支护板；所述顶撑面设置为圆弧面，所述顶撑面的轴线与所述隧洞的轴线共线。

通过采用上述技术方案，支护板同时贴合于隧洞的顶壁以及顶撑座，当隧洞的顶部围岩发生坍落、塌方时，坍落的岩土对支护板施加压力，该压力通过支护板依次传递至顶撑座、支架，由于支护板与隧洞顶壁和顶撑块的贴合面均为圆弧面，则该压力在传递过程中被分散，从而可提高该支护装置的稳固性。

可选的，所述安装块包括第一限位部和第二限位部，所述安装孔包括第一槽和第二槽，所述第一限位部嵌合于所述第一槽内，能够限制所述支护板沿竖直方向的移动；所述第二限位部嵌合于所述第二槽内，能够限制所述支护板沿水平方向的移动。

通过采用上述技术方案，将支架支撑在地面上，能够限制支护板沿水平方向和竖直方向的移动，从而可实现对支护板的定位。

可选的，还包括压力检测设备，所述压力检测设备安装于所述第二槽的侧壁上，所述第二限位部嵌合于所述第二槽内时，所述第二限位部与所述压力检测设备的感应端紧贴。

通过采用上述技术方案，隧洞顶壁施加于支护板的作用力，可通过第二限位部与压力检测设备的接触，被压力检测设备检测到，施工人员可根据压力检测设备检测到的压力数据，判断支护板是否与隧洞顶壁贴紧，从而判断支护板是否支护到位，同时，当隧洞顶部围岩发生坍落时，压力检测设备检测到的压力数据会发生变化，以便于施工人员及时做出措施。

可选的，至少两组所述顶撑组件分别设置在所述隧洞的轴线两侧，所述隧洞的轴线两侧分别设置至少一个压力检测设备，所述压力检测设备用于检测水平方向的压力。

通过采用上述技术方案，由于支护板与隧洞顶壁的形状匹配，支护板也呈拱形，支护板顶部受力易发生形变，导致支护板位于隧洞轴线两侧的部分在水平方向产生位移；当隧洞顶壁某一位置发生坍落、塌方现象时，支护板对应坍落处的部分受到挤压，导致支护板产生形变，施工人员通过两侧压力检测设备检测到的压力数据变化，可判断坍落方位，以便后续处理。

可选的，所述支架的底部设置有伸缩件，所述伸缩件的伸缩端连接于所述支架，且能够带动所述支架上下移动。

通过采用上述技术方案，支架通过伸缩件支撑在地面上，通过伸缩件可控制支架和支护板升降，以使该支护装置能够适应不同高度的隧洞。

可选的，还包括控制器，所述控制器连接于所述压力检测设备以及所述伸缩件。

通过采用上述技术方案，压力检测设备可将检测到的压力数据传递至控制器，控制器可向伸缩件发出信号，以控制伸缩件启闭，从而更便于对支护板高度的控制。

可选的，所述顶撑座上设置有加固组件，所述加固组件包括滑动安装于所述顶撑座上的加固杆，所述安装块上设置加固孔，所述加固杆插合于所述加固孔内。

通过采用上述技术方案，加固杆对安装块进一步限位，以使得顶撑座与支护板连接更为稳固，该支护装置对隧洞顶壁的支护更加稳固。

可选的，所述顶撑座上设置有弹力件，所述弹力件能够对所述加固杆施加朝向所述加固孔的作用力。

通过采用上述技术方案，在弹力件作用下，当安装块嵌合在安装孔内时，加固孔随之与加固杆对齐，加固杆在弹力件作用下可自动插入加固孔内，操作更加方便。

可选的，所述支架的底部设置有行走轮，所述隧洞底部沿所述隧洞的掘进方向设置有滑轨，所述行走轮沿所述滑轨移动。

通过采用上述技术方案，该支护装置主要用于对掌子面后端的隧洞顶壁进行支护，随着隧洞掘进的持续施工，该支护装置需随之移动，通过设置行走轮，使得该支护装置移动更加方便。

附图说明

图1是本申请实施例隧洞开挖快速支护装置的整体结构示意图。

图2是本申请实施例中支护板和顶撑座的爆炸结构示意图。

图3是本申请实施例中安装块与顶撑座的连接结构示意图。

附图标记说明：

1、顶壁；11、滑轨；2、支护板；21、安装块；211、第一限位部；212、第二限位部；213、加固孔；3、顶撑组件；31、顶撑座；311、顶撑面；312、安装孔；3121、第一槽；3122、第二槽；313、滑孔；314、容纳孔；315、盖板；32、支架；321、连接板；4、伸缩件；5、行走轮；6、加固组件；61、加固杆；611、挡片；612、导向面；62、弹力件；63、控制杆；71、压力传感器；72、数显屏幕；73、控制器。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种隧洞开挖快速支护装置，参照图1，隧洞呈拱形，隧道掘进方向所开挖的工作面为掌子面，该支护装置主要用于对掌子面后端的隧洞进行支护；隧洞的顶壁1为圆弧面，该圆弧面的轴线为隧洞的轴线；隧洞地面上沿掘进方向设置有“U”形滑轨11，滑轨11用于供隧道台车滑移行走。

参照图1，隧洞开挖快速支护装置包括支护板2和两组顶撑组件3，支护板2与隧洞的顶壁1配合，两组顶撑组件3分别设置在隧洞的轴线两侧，两组顶撑组件3可为支护板2提供支撑，从而实现对隧洞顶壁1的初期支护。

支护板2呈圆弧板状，且能够与隧洞的顶壁1贴合，从而实现对掌子面后端的隧洞顶壁1的支护，降低隧洞掌子面附近的围岩发生塌方的风险；并且，支护板2与隧洞的顶壁1贴合时，支护板2的轴线与隧洞的轴线共线。

为便于描述，下文以一组顶撑组件3与支护板2之间的连接为例。

参照图1，顶撑组件3包括顶撑座31和支架32，支架32竖直支撑在地面上，用于为支护板2提供支撑；支架32底部设置有伸缩件4，本实施例中伸缩件4可设置为液压推杆，液压推杆竖直安装，液压推杆的伸缩端朝上设置，液压推杆的伸缩端可通过螺栓与支架32固定；通过控制液压推杆的伸缩，可控制支护板2的高度，使得支护板2可适应不同高度的隧洞。液压推杆的缸体设置在下方，且该缸体底部设置有行走轮5，液压缸的缸体通过行走轮5支撑，行走轮5嵌入滑轨11内，可沿滑轨11滑移，以便实现该支护装置的快速转移；并且，液压推杆和滑轮可沿隧洞的长度方向均匀设置多个，从而可为支护板2提供稳定支撑。

参照图1和图2，支架32顶部焊接有连接板321，连接板321呈矩形板状，且其长度方向平行于隧洞的轴线，顶撑座31通过焊接或者螺栓连接的方式固定连接板321上；顶撑座31呈柱状，且沿隧洞的轴线方向延伸，顶撑座31的一个侧面为顶撑面311，顶撑面311设置为圆弧面，顶撑面311的直径与支护板2的下侧面的直径相等，顶撑座31通过顶撑面311与支护板2的下侧面贴合；支护板2与隧洞顶壁1贴合时，顶撑座31与支护板2贴合时，隧洞的轴线、顶撑面311的轴线、支护板2下侧面的轴线三者共线；顶撑座31与支护板2通过弧面接触，隧洞顶壁1给予支护板2的作用力通过弧面传递至顶撑座31，该作用力被分散，支撑更加稳固。

参照图2，为便于顶撑座31与支护板2相互定位，由顶撑座31的顶撑面311向下开设有三个安装孔312，支护板2的下侧面焊接固定有三个安装块21，安装孔312和安装块21一一对应，安装块21与安装孔312插合，即可实现顶撑座31与支护板2的连接，操作较为方便，能够实现对隧洞的快速支护。

参照图3，安装块21包括一体设置的第一限位部211和第二限位部212，第一限位部211呈三角状，第二限位部212呈矩形体状，第一限位部211贴合且以焊接的方式固定在支护板2的下侧面上，第二限位部212远离隧洞轴线的侧壁与第一限位部211的下侧壁形成直角；安装孔312与安装块21的形状相匹配，安装孔312包括相互连通的第一槽3121和第二槽3122，第一槽3121设置在第二槽3122上方，第一槽3121向上延伸至顶撑面311；安装块21可插入安装孔312内，且第一限位部211配合在第一槽3121内，第一限位部211的下侧面与第一槽3121的水平侧壁抵接，可阻挡支护板2沿竖直方向向下移动；第二限位部212配合在第二槽3122内，第二限位部212与第二槽3122间隙配合，第二槽3122的四个竖直侧壁可对第二限位部212的四个竖直侧壁限位，以限制支护板2沿水平方向的移动；从而可实现支护板2与顶撑座31的连接，且操作较为简单。

参照图3，为进一步提高顶撑座31与支护板2连接的稳固性，在顶撑座31上设置有加固组件6，加固组件6与安装块21一一对应。加固组件6包括加固杆61和弹力件62，加固杆61呈圆柱状，加固杆61水平设置，且沿自身长度方向滑动安装在顶撑座31上靠近隧洞轴线的位置，顶撑座31上开设有用于供加固杆61滑动的滑孔313，滑孔313与安装孔312连通；安装块21靠近隧洞轴线的侧壁开设有加固孔213，安装块21插入安装孔312内后，加固孔213可与加固杆61对齐，加固杆61滑动能够插入加固孔213内，从而阻挡支护板2向上脱离顶撑座31。

参照图3，本实施例中弹力件62可设置为弹簧，弹簧套设在加固杆61上，顶撑座31靠近隧洞轴线的竖直侧壁上开设有容纳孔314，顶撑座31开设有容纳孔314的侧壁上固定有盖板315，盖板315可形成容纳孔314的一个侧壁；加固杆61上固定套设有挡片611，挡片611滑动安装在容纳孔314内，弹簧安装在容纳孔314内，且位于挡片611远离加固孔213的一侧，弹簧处于压缩状态，弹簧对挡片611有朝向加固孔213的作用力，使得加固杆61始终具有向加固孔213的方向滑动的趋势。

此外，加固杆61靠近加固孔213的一端上侧设置有导向面612，导向面612由上至下向靠近加固孔213的方向倾斜，安装块21由上至下插入安装孔312内时，安装孔312的下端可与导向面612抵接，并驱使加固杆61向滑孔313内移动，当安装块21安装到位后，加固孔213与加固杆61对齐，加固杆61在弹簧作用下可自动插入加固孔213内，操作较为方便。

参照图2和图3，为便于拆卸支护板2和支架32，在加固杆61远离加固孔213的一端焊接有控制杆63，控制杆63连接于同一顶撑座31上的三个加固杆61，将控制杆63向远离加固杆61的方向移动，可同时控制三个加固杆61脱离加固孔213，拆卸较为方便。

参照图3，当隧洞顶壁1发生坍落时，为能够检测出坍落点的方位，在支护板2下方的两个顶撑座31上均安装有压力检测设备，本实施例中压力检测设备可设置为压力传感器71；压力传感器71安装于中间位置的安装孔312内，具体地，压力传感器71嵌入第二槽3122远离隧洞轴线的侧壁上，且压力传感器71的感应端凸出于第二槽3122的侧壁；第二限位部212远离隧洞轴线的侧壁与压力传感器71的感应端贴合，压力传感器71可检测第二限位部212给予第二槽3122内壁的水平挤压力。

参照图1，在其中一个支架32上设置有数显屏幕72，数显屏幕72与压力传感器71电连接，数显屏幕72上可显示压力传感器71的受力竖直。

参照图3，通过上述设置在隧洞轴线两侧的两个压力传感器71，当围岩坍落点发生在支护板2轴线上方时，支护板2上方的围岩坍落土层对支护板2施加向下的压力，使得支护板2发生向两端挤压的推力，两侧的安装块21对压力传感器71的挤压力随之增大，并反馈在数显屏幕72上；当围岩坍落点发生在支护板2的某一侧时，会施加给支护板2施加一个侧向推力，此时，靠近坍落点的压力传感器71受力变小，远离坍落点的压力传感器71受力变大，施工人员通过观测数显屏幕72可判断坍落点的方位，从而便于后续施工人员对于隧洞顶壁1的加固施工。

参照图1和图3，为防止压力传感器71承受压力过大而造成损坏，在支架32上安装有控制器73，控制器73可设置为PLC控制器73，控制器73同时电连接于压力传感器71和伸缩件4；压力传感器71将检测的压力数据传递至控制器73，当压力传感器71检测到的压力数据超出阈值时，控制器73向伸缩件4发出电信号，控制伸缩件4的伸缩端缩回，以减小支护板2与隧洞顶壁1的挤压力，从而减小压力传感器71的受力。

本申请实施例一种隧洞开挖快速支护装置的实施原理为：通过顶撑座31将支架32和支护板2连接为一个整体，且仅需将支护板2上的安装块21插入顶撑座31上的安装孔312内即可，组装过程较为简单，可迅速实现对隧洞掘进掌子面后端的支护。

该支护装置完成组装后，将该支护装置整体转移至隧洞掘进掌子面后端，通过伸缩件4将支护板2顶升与隧洞掌子面后端的顶壁1贴紧，在此过程中，施工人员需观察数显屏幕72上的读数，当数显屏幕72上的读数开始快速变化时，说明支护板2与隧洞顶壁1之间已经贴紧，此时应当停止伸缩件4工作，降低顶升过度的几率。支护板2与隧洞的顶壁1贴紧后，数显屏幕72的读数保持不变，从而可完成对隧洞顶壁1的快速支护。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：包括支护板（2）和至少两组顶撑组件（3），所述支护板（2）贴合于所述隧洞的顶壁（1），所述顶撑组件（3）包括顶撑座（31）和用于为支护板（2）提供支撑的支架（32），所述顶撑座（31）设置于所述支架（32）上；所述顶撑座（31）上设置有安装孔（312），所述支护板（2）上设置有安装块（21），所述安装块（21）可拆卸嵌合于所述安装孔（312）内。

2.根据权利要求1所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：所述顶撑座（31）上设置有顶撑面（311），所述顶撑面（311）贴合于所述支护板（2）；所述顶撑面（311）设置为圆弧面，所述顶撑面（311）的轴线与所述隧洞的轴线共线。

3.根据权利要求1所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：所述安装块（21）包括第一限位部（211）和第二限位部（212），所述安装孔（312）包括第一槽（3121）和第二槽（3122），所述第一限位部（211）嵌合于所述第一槽（3121）内，能够限制所述支护板（2）沿竖直方向的移动；所述第二限位部（212）嵌合于所述第二槽（3122）内，能够限制所述支护板（2）沿水平方向的移动。

4.根据权利要求3所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：还包括压力检测设备，所述压力检测设备安装于所述第二槽（3122）的侧壁上，所述第二限位部（212）嵌合于所述第二槽（3122）内时，所述第二限位部（212）与所述压力检测设备的感应端紧贴。

5.根据权利要求4所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：至少两组所述顶撑组件（3）分别设置在所述隧洞的轴线两侧，所述隧洞的轴线两侧分别设置至少一个压力检测设备，所述压力检测设备用于检测水平方向的压力。

6.根据权利要求4所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：所述支架（32）的底部设置有伸缩件（4），所述伸缩件（4）的伸缩端连接于所述支架（32），且能够带动所述支架（32）上下移动。

7.根据权利要求6所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：还包括控制器（73），所述控制器（73）连接于所述压力检测设备以及所述伸缩件（4）。

8.根据权利要求1所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：所述顶撑座（31）上设置有加固组件（6），所述加固组件（6）包括滑动安装于所述顶撑座（31）上的加固杆（61），所述安装块（21）上设置加固孔（213），所述加固杆（61）插合于所述加固孔（213）内。

9.根据权利要求8所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：所述顶撑座（31）上设置有弹力件（62），所述弹力件（62）能够对所述加固杆（61）施加朝向所述加固孔（213）的作用力。

10.根据权利要求1所述的隧洞开挖快速支护装置，其特征在于：所述支架（32）的底部设置有行走轮（5），所述隧洞底部沿所述隧洞的掘进方向设置有滑轨（11），所述行走轮（5）沿所述滑轨（11）移动。