本申请涉及一种围岩防坍塌装置及施工方法，具体涉及一种防隧道洞口围岩坍塌装置及施工方法。
背景技术：
隧道洞口围岩的结构一般较松弱，根据围岩分级的理念，常为ⅳ级、ⅴ级，属于较差的围岩，需要较强的支护，以抵抗围岩的沉降；另一方面，隧道洞口经常受雨水冲刷，进一步降低的围岩的强度；现有技术中，常采用超前导管、锚杆、初期支护和二次衬砌等方面对隧道洞口围岩的进行加强，但还是会出现围岩沉降、漏水、裂缝、甚至坍塌等情况，其原因在于支护强度不够。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种防隧道洞口围岩坍塌装置及施工方法，具有多重支护、安全稳定、结构简单、安装方便的特点，并具有排水、随时监控的功能，能有效避免围岩坍塌。
本发明的具体技术方案是这样实现的：
一种防隧道洞口围岩坍塌装置包括最先打入围岩的超前注浆锚杆，以及之后安装的多层支护装置，依次为：第一防护层、防水层、加强导管、第二防护层、加强支架层、二次衬砌层、拱脚加固层；
第一防护层由钢筋网和喷射混凝土构成；
防水层采用高分子复合防水材料；
加强导管，加强导管安装在遂道拱腰的侧壁上，加强导管采用双层钢套的形式，内钢套同心地设置在外钢套内部，外钢套与内钢套之间间隔出注浆空间，且外钢套与内钢套通过连接杆焊接在一起；外钢套与内钢套的前端部相对应的位置的圆周上均匀开设至少两个孔，至少两个钢杆钉安装在孔内；当加强导管未装入遂道拱腰的侧壁上时，钢杆钉不突出于外钢套，当加强导管装入遂道拱腰的侧壁上时，采用圆锥形钢棒从内钢套伸入，钢杆钉的头部受到圆锥形钢棒外周面的径向挤压从而钢杆钉的尾部突出于外钢套，随着圆锥形钢棒逐渐深入，钢杆钉主体扎入遂道围岩内，之后圆锥形钢棒退出，通过注浆机对加强导管的内钢套的空间及外钢套与内钢套之间的空间内注射混凝土；随后加强导管焊接在第二防护层的钢拱架上；
第二防护层由格栅式钢拱架组成，其形状与开挖面截面的弧度相匹配；格栅式钢拱架为多段式设计，需要安装时，隧道内将各分段式格栅式钢拱架组装起来；
加强支架层由四根钢管依次连接，包括两根倒“l”形钢管和两根斜支撑钢管；两根倒“l”形钢管对称布置在遂道洞口的两侧，每根倒“l”形钢管的一端垂直插入隧道底部，另一端插入遂道的拱腰和拱顶之间的侧壁内，对倒“l”形钢管插入隧道底部的部分设置锁脚锚杆；两根斜支撑钢管的一端在隧道拱顶的正中间相连接，且均抵靠在拱顶顶部，并以拱顶的中轴线为对称轴，对称分布于遂道洞口的两侧，两根斜支撑钢管的另一端分别与倒“l”形钢管上端部的弯角处连接；在隧道深度方向上，加强支架层可并列设有多组，两组之间通过交叉式钢管连接，交叉式钢管与倒“l”形钢管的焊接；
在第一防护层、防水层、加强导管、第二防护层、加强支架层铺设完成后，在隧道底部设置仰拱，随后对隧道整体铺设二次衬砌层，为了防止拱脚下沉失稳，再在拱脚喷射混凝土构成拱脚加固层。
所述装置还包括排水系统，排水系统具体包括纵向引水管、横向引水管及排水渠；纵向引水管设置在隧道底部两侧的隧道拱脚处，纵向引水管通过横向引水管接入隧道底部下方的排水渠。
所述装置还包括监测报警系统，监测报警系统由流量传感器、压力位移组合传感器、控制器、显示装置、报警装置组成，流量传感器设置在纵向引水管上，用于监测管内的水量，水量即能反映围岩的松软情况，压力位移组合传感器分布在拱顶、拱腰、拱脚以及倒“l”形钢管上，用于监测关键部分的围岩沉降情况；显示装置布置在洞口较为明显处，根据流量传感器和压力位移组合传感器监测结果，对应显示相关数据，若监测结果显示出围岩有坍塌风险，即启动报警装置，通过光或声发出警报。
还涉及一种防隧道洞口围岩坍塌装置的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：采用钻机将超前注浆锚杆打入围岩，采用注浆机对超前注浆锚杆注浆，在超前注浆锚杆的支护下，开挖隧道；
步骤2：在已开挖隧道拱腰的侧壁上钻孔，方便之后的加强导管的安装；在拱腰和拱顶之间侧壁上钻孔，方便倒“l”形钢管上端部插入；
步骤3：在隧道表面布置钢筋网，喷射混凝土，，喷射时留出步骤2中的钻孔，从而构成第一防护层；
步骤4：铺设防水层；
步骤5：安装预制好的加强导管安装在孔内，圆锥形钢棒从内钢套伸入，其端部经敲到受力，利用圆锥形钢棒外周面的径向挤压力使得钢杆钉的尾部突出于外钢套，随着圆锥形钢棒逐渐深入，钢杆钉主体扎入遂道围岩内，之后圆锥形钢棒退出，然后，对加强导管注浆；随后加强导管焊接在第二防护层的钢拱架上；
步骤6：安装加强支架层；将倒“l”形钢管一端垂直插入隧道底部，另一端插入遂道的拱腰和拱顶之间的侧壁内，对倒“l”形钢管插入隧道底部的部分设置锁脚锚杆；两根斜支撑钢管的一端在隧道拱顶的正中间相连接，且均抵靠在拱顶顶部，两根斜支撑钢管的另一端分别与倒“l”形钢管上端部的弯角处连接；
步骤7：隧道底部两侧的隧道拱脚处纵向引水管，在纵向引水管内安装流量传感器在隧道底部挖排水渠，纵向引水管与排水渠通过横向引水管相连通；
步骤8：在隧道底部设置仰拱，随后对隧道整体铺设二次衬砌层，再在拱脚喷射混凝土构成拱脚加固层；
步骤9：安装监测报警系统，压力位移组合传感器分布在拱顶、拱腰、拱脚以及倒“l”形钢管上；显示装置布置在洞口较为明显处，根据流量传感器和压力位移组合传感器监测结果，对应显示相关数据，若监测结果显示出围岩有坍塌风险，即启动报警装置，通过光或声发出警报。
本发明与现有技术相比，其有益的技术效果为：
(1)设置有加强导管，采用双层钢套的形式，内钢套同心地设置在外钢套内部，能够注浆稳固围岩的同时，其尾部的钢杆钉能沿隧道的纵向扎入遂道围岩内，使得围岩被挤压的更紧实，另外，加强导管本身的强度高，其与格栅式钢拱架焊接在一块，增加了格栅式钢拱架与围岩的连接强度。
(2)设置有加强支架层，包括连接在一起的两根倒“l”形钢管和两根斜支撑钢管，对拱顶、拱腰和拱顶之间的主要承力点，做了支撑，缓解了格栅式钢拱架的压力，加强了防护作用。
(3)压力位移组合传感器分布在拱顶、拱腰、拱脚以及倒“l”形钢管上，对关键受力点进行监测，及时反馈围岩沉降情况，对坍塌提前预防。
(4)隧道底部两侧的隧道拱脚处纵向引水管，在纵向引水管内安装流量传感器在隧道底部挖排水渠，纵向引水管与排水渠通过横向引水管相连通；一方面将围岩内的渗水排出，一方面能通过排水量了解围岩的状况。
附图说明
图1是本发明装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施案例加以说明：
一种防隧道洞口围岩坍塌装置包括最先打入围岩的超前注浆锚杆1，以及之后安装的多层支护装置，依次为：第一防护层2、防水层3、加强导管4、第二防护层5、加强支架层6、二次衬砌层、拱脚加固层；
第一防护层2由钢筋网和喷射混凝土构成；
防水层3采用高分子复合防水材料；
加强导管4，加强导管4安装在遂道拱腰的侧壁上，加强导管4采用双层钢套的形式，内钢套同心地设置在外钢套内部，外钢套与内钢套之间间隔出注浆空间，且外钢套与内钢套通过连接杆焊接在一起；外钢套与内钢套的前端部相对应的位置的圆周上均匀开设至少两个孔，至少两个钢杆钉安装在孔内；当加强导管4未装入遂道拱腰的侧壁上时，钢杆钉不突出于外钢套，当加强导管4装入遂道拱腰的侧壁上时，采用圆锥形钢棒从内钢套伸入，钢杆钉的头部受到圆锥形钢棒外周面的径向挤压从而钢杆钉的尾部突出于外钢套，随着圆锥形钢棒逐渐深入，钢杆钉主体扎入遂道围岩内，之后圆锥形钢棒退出，通过注浆机对加强导管的内钢套的空间及外钢套与内钢套之间的空间内注射混凝土；随后加强导管4焊接在第二防护层的钢拱架上；
第二防护层5由格栅式钢拱架组成，其形状与开挖面截面的弧度相匹配；格栅式钢拱架为多段式设计，需要安装时，隧道内将各分段式格栅式钢拱架组装起来；
加强支架层6由四根钢管依次连接，包括两根倒“l”形钢管和两根斜支撑钢管；两根倒“l”形钢管对称布置在遂道洞口的两侧，每根倒“l”形钢管的一端垂直插入隧道底部，另一端插入遂道的拱腰和拱顶之间的侧壁内，对倒“l”形钢管插入隧道底部的部分设置锁脚锚杆；两根斜支撑钢管的一端在隧道拱顶的正中间相连接，且均抵靠在拱顶顶部，并以拱顶的中轴线为对称轴，对称分布于遂道洞口的两侧，两根斜支撑钢管的另一端分别与倒“l”形钢管上端部的弯角处连接；在隧道深度方向上，加强支架层6可并列设有多组，两组之间通过交叉式钢管连接，交叉式钢管与倒“l”形钢管的焊接；
在第一防护层2、防水层3、加强导管4、第二防护层5、加强支架层6铺设完成后，在隧道底部设置仰拱7，随后对隧道整体铺设二次衬砌层，为了防止拱脚下沉失稳，再在拱脚喷射混凝土构成拱脚加固层。
所述装置还包括排水系统，排水系统具体包括纵向引水管8、横向引水管及排水渠；纵向引水管设置在隧道底部两侧的隧道拱脚处，纵向引水管通过横向引水管接入隧道底部下方的排水渠。
所述装置还包括监测报警系统，监测报警系统由流量传感器、压力位移组合传感器、控制器、显示装置、报警装置组成，流量传感器设置在纵向引水管8上，用于监测管内的水量，水量即能反映围岩的松软情况，压力位移组合传感器分布在拱顶、拱腰、拱脚以及倒“l”形钢管上，用于监测关键部分的围岩沉降情况；显示装置布置在洞口较为明显处，根据流量传感器和压力位移组合传感器监测结果，对应显示相关数据，若监测结果显示出围岩有坍塌风险，即启动报警装置，通过光或声发出警报。
还涉及一种防隧道洞口围岩坍塌装置的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：采用钻机将超前注浆锚杆打入围岩，采用注浆机对超前注浆锚杆1注浆，在超前注浆锚杆1的支护下，开挖隧道；
步骤2：在已开挖隧道拱腰的侧壁上钻孔，方便之后的加强导管4的安装；在拱腰和拱顶之间侧壁上钻孔，方便倒“l”形钢管上端部插入；
步骤3：在隧道表面布置钢筋网，喷射混凝土，从而构成第一防护层2；
步骤4：铺设防水层3；
步骤5：安装预制好的加强导管4安装在孔内，圆锥形钢棒从内钢套伸入，其端部经敲到受力，利用圆锥形钢棒外周面的径向挤压力使得钢杆钉的尾部突出于外钢套，随着圆锥形钢棒逐渐深入，钢杆钉主体扎入遂道围岩内，之后圆锥形钢棒退出，然后，对加强导管4注浆；随后加强导管4焊接在第二防护层5的钢拱架上；
步骤6：安装加强支架层；将倒“l”形钢管一端垂直插入隧道底部，另一端插入遂道的拱腰和拱顶之间的侧壁内，对倒“l”形钢管插入隧道底部的部分设置锁脚锚杆；两根斜支撑钢管的一端在隧道拱顶的正中间相连接，且均抵靠在拱顶顶部，两根斜支撑钢管的另一端分别与倒“l”形钢管上端部的弯角处连接；
步骤7：隧道底部两侧的隧道拱脚处纵向引水管8，在纵向引水管内安装流量传感器在隧道底部挖排水渠，纵向引水管与排水渠通过横向引水管相连通；
步骤8：在隧道底部设置仰拱，随后对隧道整体铺设二次衬砌层，再在拱脚喷射混凝土构成拱脚加固层；
步骤9：安装监测报警系统，压力位移组合传感器分布在拱顶、拱腰、拱脚以及倒“l”形钢管上；显示装置布置在洞口较为明显处，根据流量传感器和压力位移组合传感器监测结果，对应显示相关数据，若监测结果显示出围岩有坍塌风险，即启动报警装置，通过光或声发出警报。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。