一种软弱围岩隧道支护装置的制作方法

本发明涉及支护技术领域，具体为一种软弱围岩隧道支护装置。

背景技术：

软岩是指在工程力作用下能产生显著塑性变形的工程岩体，具有软、弱、松、散等低强度的特点，承受荷载的能力极低，软弱围岩隧道通常表现为围岩变形大。

钢带在隧道支护中配合锚杆金属网、钢架使用。通过钢带将锚杆连成一个整体，锚杆承受拉力，钢带承受顶板压力，两者相互作用共同受力，扩大了受力面积，可以使顶板压力均匀分布，防止局部受力过大损坏支护结构。

然而，现有技术中的钢带环向多为一字型连接，与锚杆形成条形支护结构，在纵向方向，各钢带之间无法有效连接，在软弱围岩隧道变形大的情况下，对围岩支护控制不理想，抗变形能力弱，钢带发生破坏甚至撕裂，造成一系列安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种软弱围岩隧道支护装置，一方面通过环向钢带和纵向钢带组成网状支护结构，增加了现有支护结构的支护面积，增强了钢带的力学性能，可以有效控制围岩的形变量，而且还可以对金属网发挥悬吊作用，提升了支护强度，另一方面通过柔性连接，允许围岩适度变形，通过这两方面保证了隧道结构安全与稳定。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种软弱围岩隧道支护装置，包括均可布设于隧道壁上的环向线路和纵向线路，所述环向线路和所述纵向线路垂直交叉连接形成网状结构；所述环向线路包括至少三根环向钢带，所述纵向线路包括至少三根纵向钢带，在所述环向线路上至少有一组相邻的所述环向钢带柔性连接，在所述纵向线路上至少有一组相邻的所述纵向钢带柔性连接。

进一步，两根所述环向钢带之间通过第一连接结构柔性连接，两根所述纵向钢带之间通过第二连接结构柔性连接。

进一步，任一所述第一连接结构和任一所述第二连接结构均包括第一连接体、第二连接体以及弹簧，所述弹簧一端安装在所述第一连接体上，另一端安装在所述第二连接体上，所述第一连接结构的弹簧沿所述环向钢带的长度方向延伸，所述第二连接结构的弹簧沿所述纵向钢带的长度方向延伸；相邻的两根所述环向钢带的两端分别安装在所述第一连接结构的第一连接体和第二连接体上，相邻的两根所述纵向钢带的两端分别安装在所述第二连接结构的第一连接体和第二连接体上。

进一步，所述第一连接结构和所述第二连接结构还均包括外管、可于所述外管内滑动的活塞以及安装在所述活塞上的内管，所述外管安装在所述第一连接体上，所述内管安装在所述第二连接体上，所述外管、所述内管以及所述活塞组成活塞结构，所述弹簧套设在所述外管和所述内管外，所述第一连接结构的外管和内管均沿所述环向钢带的长度方向延伸，所述第二连接结构的外管和内管均沿所述纵向钢带的长度方向延伸。

进一步，所述活塞将所述外管分隔成装有液压油的油室以及与外界连通的气室。

进一步，所述环向钢带与所述纵向钢带刚性连接，沿所述纵向线路，刚性连接和柔性连接交叉设置。

进一步，每一所述环向钢带均包括供所述纵向钢带固定安装的安装沿，刚性连接处的纵向钢带的数量与所述安装沿的数量相同且一一对应。

进一步，任一所述环向钢带还包括沿所述环向钢带长度方向延伸的第一凹槽，所述第一凹槽内设有至少一个供预应力让压锚杆安装的第一锚杆孔。

进一步，任一所述纵向钢带包括沿所述纵向钢带的长度方向延伸的第二凹槽，所述第二凹槽内设有至少一个供预应力让压锚杆安装的第二锚杆孔。

进一步，还包括用于监测围岩的状态信息的监测装置以及可安装在任一所述环向钢带或任一所述纵向钢带上的固定装置，所述监测装置安装在所述固定装置上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种软弱围岩隧道支护装置，一方面通过环向钢带和纵向钢带组成网状支护结构，增加了现有支护结构的支护面积，增强了钢带的力学性能，可以有效控制围岩的形变量，而且还可以对金属网发挥悬吊作用，提升了支护强度，另一方面通过柔性连接，允许围岩适度变形，通过这两方面保证了隧道结构安全与稳定。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种软弱围岩隧道支护装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种软弱围岩隧道支护装置的第一连接结构或第二连接结构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种软弱围岩隧道支护装置的监测装置的结构示意图；

附图标记中：1-环向钢带；10-安装沿；11-第一凹槽；110-第一锚杆孔；2-纵向钢带；20-第二凹槽；201-第二锚杆孔；30-第一连接体；31-第二连接体；32-弹簧；33-外管；34-内管；35-活塞；36-油室；37-气室；4-第一连接结构；5-第二连接结构；60-钢弦式传感器；61-伸缩弹簧；62-安装区间；64-滑槽；65-无线传输装置；66-连接线；67-立方体；68-阻挡件；69-界限；73-焊接点；80-第一固定组件；81-第二固定组件。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明实施例提供一种软弱围岩隧道支护装置，包括均可布设于隧道壁上的环向线路和纵向线路，所述环向线路和所述纵向线路垂直交叉连接形成网状结构；所述环向线路包括至少三根环向钢带1，所述纵向线路包括至少三根纵向钢带2，在所述环向线路上至少有一组相邻的所述环向钢带1柔性连接，在所述纵向线路上至少有一组相邻的所述纵向钢带2柔性连接。在本实施例中，在隧道壁上布设环向线路和纵向线路，二者垂直交叉连接形成网状结构，增加了支护面积，而且由于环向线路包括有环向钢带1，纵向线路包括有纵向钢带2，可使该网状结构具有较强的支护能力，而且将钢带连成这种网状结构，也增强了钢带的力学性能，可有效控制围岩的变形量，另外网状钢带支护结构还能够对金属网发挥悬吊作用。另一方面，在布设很环向钢带1和纵向钢带2时，通过柔性连接，如此可以使整个网状支护系统在具有较高强度的同时还具有一定的柔度，可以允许围岩适度变形。

以下为具体实施例：

优化上述方案，请参阅图1，两根所述环向钢带1之间通过第一连接结构4柔性连接，两根所述纵向钢带2之间通过第二连接结构5柔性连接。在本实施例中，为了便于区分和描述，定义了第一连接结构和第二连接结构，实际上，二者可以是相同的结构。两根环向钢带1之间通过第一连接结构来实现柔性连接，两根纵向钢带2之间通过第二连接结构来实现柔性连接。

进一步优化上述方案，请参阅图1-2，任一所述第一连接结构和任一所述第二连接结构均包括第一连接体30、第二连接体31以及弹簧32，所述弹簧32一端安装在所述第一连接体30上，另一端安装在所述第二连接体31上，所述第一连接结构的弹簧32沿所述环向钢带1的长度方向延伸，所述第二连接结构的弹簧32沿所述纵向钢带2的长度方向延伸；相邻的两根所述环向钢带1的两端分别安装在所述第一连接结构的第一连接体30和第二连接体31上，相邻的两根所述纵向钢带2的两端分别安装在所述第二连接结构的第一连接体30和第二连接体31上。在本实施例中，第一连接结构和第二连接结构均由第一连接体30、第二连接体31以及弹簧32组成，为了便于区分，将与环向钢带1连接的第一连接体30称之为第一连接结构的第一连接体30，将与纵向钢带2连接的第一连接体30称之为第二连接结构的第一连接体30，第二连接体31亦然。弹簧32主要是起到伸缩的作用，因此其延伸的方向是顺着纵向钢带2的长度方向或环向钢带1的长度方向的，当然除此以外，还可以采用其他的柔性连接的方式，例如橡胶接头、波纹管等弹性接头、特殊结构的管件以及柔性填料等，它们均能够从不同角度适应围岩适度的变形。

进一步优化上述方案，请参阅图1-2，所述第一连接结构和所述第二连接结构还均包括外管33、可于所述外管33内滑动的活塞35以及安装在所述活塞35上的内管34，所述外管33安装在所述第一连接体30上，所述内管34安装在所述第二连接体31上，所述外管33、所述内管34以及所述活塞35组成活塞35结构，所述弹簧32套设在所述外管33和所述内管34外，所述第一连接结构的外管33和内管34均沿所述环向钢带1的长度方向延伸，所述第二连接结构的外管33和内管34均沿所述纵向钢带2的长度方向延伸。在本实施例中，在上述连接结构的基础上，再设一活塞35结构，它具有一段行程段，当围岩变形过大时，连接杆被拉伸，当达到该行程段的最大限度时将不可再运动，由此可以限制围岩变形。外管33、内管34以及活塞35的运动方向也均应与其对应的环向钢带1和纵向钢带2的长度方向一致。

进一步优化上述方案，请参阅图1-2，所述活塞35将所述外管33分隔成装有液压油的油室36以及与外界连通的气室37。在本实施例中，通过在油室36中填充液压油后，在围岩进行形变时，会拉动内管34，外管33会带动活塞35在内管34中滑动，由于液压油在密闭的油室36中，使得内管34仅具有一定的行程量，例如被压缩时，由于气压的原因，液压油在油缸中会产生巨大的抵抗力，使得活塞35不可再进一步运动，再例如被拉伸时，同理，由于气压的原因，活塞35不能被拉伸很多，就会被油缸中的气压吸住，使得活塞35不可再进一步运动。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，所述环向钢带1与所述纵向钢带2刚性连接，沿所述纵向线路，刚性连接和柔性连接交叉设置。在本实施例中，环向钢带1和纵向钢带2之间通过刚性连接，可以提高本网状结构的强度。

优化上述技术方案，请参阅图1，每一所述环向钢带1均包括供所述纵向钢带2固定安装的安装沿10，刚性连接处的纵向钢带2的数量与所述安装沿10的数量相同且一一对应。在本实施例中，环向钢带1具有安装沿10，可以供纵向钢带2固定安装。当纵向钢带2有两根时，如图1所示，安装沿10的数量也有两个，分别供两个纵向钢带2连接。在上述实施例中，是将这两根纵向钢带2当成一根纵向钢带2。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，所述纵向钢带2焊接在所述安装沿10上。在本实施例中，环向钢带1和纵向钢带2之间的安装采用焊接，可以提高抗拉能力。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图2，所述环向钢带1和所述第一连接结构之间以及所述纵向钢带2和所述第二连接结构之间均通过螺栓x连接。在本实施例中，采用螺栓连接，以便于随着隧道的前进再布设安装，也便于拆卸。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1-2，任一所述环向钢带1还包括沿所述环向钢带1长度方向延伸的第一凹槽11，所述第一凹槽11内设有至少一个供预应力让压锚杆安装的第一锚杆孔110。在本实施例中，在第一凹槽11中设第一锚杆孔110，可以便于安装预应力让压锚杆，预应力让压锚杆可以插入到隧道壁内，以进一步提升本锚杆支护体系的稳定性。优选的，所述第一凹槽11位于两个所述安装沿10之间，且所述第一凹槽11以及两个所述安装沿10组成凹型结构，这种凹型结构的钢带便于工程管理控制，有利于钢带支护的质量标准化管理，而且这种钢带可以大大的提高了钢带的抗拉、抗剪力以及抗撕裂能力，同时还有一定变形能力，使围岩变形位移得到释放。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1-2，任一所述纵向钢带2包括沿所述纵向钢带2的长度方向延伸的第二凹槽20，所述第二凹槽20内设有至少一个供预应力让压锚杆安装的第二锚杆孔201。在本实施例中，同第一凹槽11，该第二凹槽20也设有锚杆孔，可以安装预应力让压锚杆。纵向钢带2的形状也可以如环向钢带1的形状。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1-3，本装置还包括用于监测围岩的状态信息的监测装置以及可安装在任一所述环向钢带1或任一所述纵向钢带2上的固定装置，所述监测装置安装在所述固定装置上。在本实施例中，在完成支护后，会过一段时间再来进行二次衬砌，以与初期支护共同组成复合式衬砌。而何时进行二次衬砌需要根据围岩的实际情况而定，现有技术中不能计算出最佳时间，而导致错失最佳支护机会或是得不到最好的支护效果。本实施例通过监测装置可以实时监控围岩的状态信息，它通过固定装置自由安装在环向钢带1或者纵向钢带2上，可以靠近隧道壁，以准确地读取围岩的状态，工作人员能够通过这些状态数据来寻找最佳的支护时间来进行二次衬砌施工。

优化上述监测装置，所述监测装置包括可监测围岩压力的钢弦式传感器60，所述固定装置包括安装在任一所述环向钢带1或纵向钢带2上的第一本体以及用于固定所述钢弦式传感器60的第一固定组件80，所述第一固定组件80安装在所述第一本体上。在本实施例中，第一本体可以是一个立方体67，第一固定组件80安装在其内或其上，然后将钢弦式传感器60安装在第一固定组件80上。钢弦式传感器60又可以称之为振弦式位移传感器，它能够监测围岩压力，从而得到围岩压力信息。

细化上述第一固定组件80，请参阅图1-3，所述第一固定组件80包括若干阻挡件68，各所述阻挡件68位于同一圆周上，且各所述阻挡件68围合形成供所述钢弦式传感器60安置的安装区间62，所述第一固定组件80还包括用于推动各所述阻挡件68轴向移动的推动件。在本实施例中，固定方式是夹持，通过推动件驱使各阻挡件68靠拢，以缩小安装区间62的范围，以将钢弦式传感器60夹持在所述安装区间62内。当然除此以外，还可以采用卡扣式、粘接式等等方式来固定钢弦式传感器60，本实施例对此不作限定。上述的阻挡件68优选为铝，以便于钢弦式传感器60的作用。

细化上述推动件，请参阅图1-3，所述推动件包括与各所述阻挡件68对应的若干伸缩弹簧61，每一所述阻挡件68由与其对应的所述伸缩弹簧61推动。在本实施例中，推动件的推动方式是采用伸缩弹簧61来实现，具体的，该伸缩弹簧61为压缩弹簧32，当钢弦式传感器60安置在安装区间62内时，这些伸缩弹簧61会在其弹力的作用下压住钢弦式传感器60，以固定住钢弦式传感器60，安装简单，而且便于拆卸钢弦式传感器60。当然除此以外，上述的推动件也可以采用螺纹杆抵压、电动推杆抵压或是气缸抵压等方式来替代，它们都是可行的方案。

继续优化上述监测装置，所述监测装置还包括可监测围岩位移的位移计监测仪器，所述固定装置还包括安装在任一所述环向钢带1或纵向钢带2上的第二本体以及用于固定所述位移计监测仪器的第二固定组件81，所述第二固定组件81安装在所述第二本体上。在本实施例中，除了上述的可以监测围岩压力外，还可以通过位移计监测仪器来监测围岩位移，工作人员得知该信息后，可以综合上述的围岩压力信息得到最佳支护时间。第二本体具有一个供位移计监测仪器安装的通孔。

进一步优化上述方案，请参阅图1-3，所述第二本体上具有供所述第二固定组件81滑动的滑槽64，所述滑槽64竖直设置。在本实施例中，通过该滑槽64，可以调整第二本体的高度，以便于位移监测。实现方式有很多种，例如第二本体上具有滑块，滑块在滑槽64中滑动，再通过限位件来限位即可。

作为本发明实施例的优化方案，本系统还包括用于将所述监测装置获得的状态信息发送出去的无线传输装置65。在本实施例中，上述状态信息，即围岩压力信息以及围岩位移信息均可通过该无线传输装置65无线实时发送给工作人员，以便于工作人员实时监控这些信息。具体的，上述的钢弦式传感器60以及位移计监测仪器均通过连接线66与所述无线传输装置65连接，无线传输装置65得到它们所传输来的信号后，再通过无线的方式将信号发送出去。

作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1-3，上述的第一固定组件80和第二固定组件81可以共用，即第一本体和第二本体可以是同一结构，例如为一个立方体67，在该立方体67的中心区域具有供钢弦式传感器60安置的区域，该区域可以是一个环形槽或者是在表面划的一个圈，该环形槽的槽壁或该圈的边缘即安装的最大界限69，上述的第一固定组件80以及钢弦式传感器60均可在该环形槽或圈内，而第二固定组件81可以安装在该立方体67的其中一个侧壁上，就不会与第一固定组件80产生任何干涉，该侧壁具有滑槽64，可以供第二固定组件81滑动，而上述的无线传输装置65可以设在该立方体67内部，连接线66也可以在该立方体67内部走线，该立方体67的底部具有若干个焊接点73，可以通过这些焊接点73将本固定装置安装在环向钢带1或纵向钢带2上。另外，上述的钢弦式传感器60、位移计监测仪器以及无线传输装置65均为现有技术中常见的器件，其具体的工作原理以及在本系统中的工作过程就不再详述。

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。