一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法

1.本发明涉及隧道换拱技术领域，尤其是涉及一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法。


背景技术：

2.目前公路隧道设计采用新奥法，即在开扢过程中充分利用围岩自身的承载能力，先在开扢时施作初期支护限制围岩变形，并和围岩一起受力，共同变形，钢拱架作为初期支护中限制围岩变形的最主要方式。由于软弱围岩地质条件较差，而造成隧道的倾限制，更严重的是拱部和侧墙同时侵限。隧道变形过大，超过二次衬砌厚度最小容许值后，为保证结构安全，就须进行换拱作业，处理这种问题传统的方法是把初期支护爆破炸掉，再次进行初期支护施工。
3.当前，一般公路隧道换拱作业流程是支撑、变形钢拱架拆除与更换，然而在这其中存在一些困难：
4.1.在没有新奥法设计的年代，地下巷道与隧道的支撑方法为刚性木支撑即先做好新支撑，然后拆除旧支撑。矿山法是一个重要、常用的施工理念和施工工艺，先进行模筑衬砌(先拱后墙法)，木支撑不能留在混凝土里，当混凝土浇筑到支撑位置后即拆除支撑，将荷载传递至模板和拱架上。这样方法运用在公路软岩隧道换拱实际操作中却有新旧钢架的节点薄弱、拆除困难、钢架纵向连接实现困难等诸多弊端。
5.2.发生严重变形的钢拱架拆除方法一般是通过爆破拆除或者人工拆除，但爆破拆除会对围岩再次进行扰动，极有可能造成坍塌的发生。人工拆除时现场施工人员采用机械方式拆除钢拱架，而所谓机械拆除在目前主要是指冲击锤，冲击锤的震动不一定比爆破小；更重要的是，司机坐在驾驶室内，视线难以达到嵌槽，这就可能造成误操作，凿到钢架，形成安全隐患。并且，人工进行位于人体上方的拆除作业时，脱落的物体都会直接砸到人体上，安全性同样难以得到保障。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种公路软岩隧道局部换拱装置，解决现有的软岩隧道换拱操作劳动强度大、效率低，安全性差的问题。本发明的另一个目的是提供一种公路软岩隧道局部换拱装置的换拱方法。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种公路软岩隧道局部换拱装置，包括支撑装置和更换装置，支撑装置设置在更换装置的两侧，支撑装置用于对需要换拱的钢拱架前后两侧进行局部临时支撑；所述支撑装置包括上支架一和下支架一，上支架一的两侧与下支架一的两侧滑动连接，上支架一上设置有上横梁一，上横梁一上设置有竖支撑，竖支撑的两侧设置有斜支撑；所述更换装置包括上支架二和下支架二，上支架二上设置有带动上钢拱架升降的升降臂，升降臂上设置有卡设钢拱架的卡槽，上支架二上设置有上横梁二，上横梁二上设置有升降平台，上横梁二上设置有带动升降平台沿着上横梁二滑动的动力元件。
8.优选的，所述下支架一上设置有下横梁一，下横梁一与上横梁一平行设置。
9.优选的，所述支撑装置外侧设置有注浆导管，注浆导管均匀的呈辐射状插设在隧道上的岩体内，用于对岩体进行加固。
10.优选的，所述上支架一的两侧底部设置有套管，套管套设在下支架一顶部，套管与下支架一滑动连接，下支架一上设置有若干个调节孔，螺钉穿过调节孔将套管与下支架一连接。
11.优选的，所述下支架一的底部设置有方便移动的滚轮，隧道内设置有对下支架一具有支撑作用的锚固台。
12.优选的，所述下支架二上设置有下横梁二，下横梁二与上横梁二平行设置；下支架二的底部设置有方便移动的滚轮，隧道内设置有对下支架二具有支撑作用的锚固台。
13.优选的，所述卡槽为长条形结构，钢拱架上设置有防止钢拱架下滑的限位块，钢拱架在卡槽内向上、向左、向右滑动。
14.优选的，所述升降平台包括伸缩铰链，伸缩铰链的底部两端设置有滑块，上横梁二上设置有对滑块的滑动具有导向作用的导轨，伸缩铰链的顶端设置有支撑钢拱架的支撑平台。
15.优选的，所述动力元件为液压缸，液压缸设置在横梁二上，液压缸的伸缩杆与伸缩铰链连接。
16.上述公路软岩隧道局部换拱装置的换拱方法，包括以下步骤：
17.s1、在需要换拱的钢拱架段的两侧进行钻孔，然后将注浆导管插入钻孔内，通过注浆导管对隧道岩体进行径向注浆加固；
18.s2、将支撑装置推动到换拱段的两侧，调整支撑装置的上支架一和下支架一，直到竖支撑和斜支撑对隧道进行有效的支撑，拧紧螺丝；
19.s3、将钢拱架安装在升降臂的卡槽内，钢拱架放置在呈收缩状态的支撑平台上，将更换装置推动到换拱段，通过更换装置上设置的操控平台控制升降臂上升，将钢拱架上升到预设位置，然后通过操控平台控制伸缩铰链升降和升降平台沿着上横梁二的滑动，将钢拱架推送到设定位置，进行换拱操作。
20.本发明所述的一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法的优点和积极效果是：
21.1、在采用更换装置对钢拱架进行换拱，更换装置的两侧通过支撑装置对换拱段两端的隧道进行加固、支撑，有利于提高隧道的强度，减小换拱操作时，对隧道的扰动，提高安全性能。
22.2、更换装置和支撑装置的底部设置有滚轮，便于移动，通过伸缩铰链和液压缸实现钢拱架位置的调整，省时省力，有利于提高换拱的效率。
23.3、采用注浆导管首先对换工段两端的隧道进行注浆加固，有利于提高隧道的强度，提高施工的安全性。
24.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
25.图1为本发明一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法实施例的结构示意图；
26.图2为本发明一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法实施例的支撑装置结构
示意图；
27.图3为本发明一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法实施例的更换装置结构示意图；
28.图4为本发明一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法实施例的升降平台结构示意图。
29.附图标记
30.1、支座；2、滚轮；3、上支架一；4、下支架一；5、竖支撑；6、上支架二；7、下支架二；8、升降平台；9、斜支撑；10、上横梁一；11、下横梁一；12、注浆导管；13、锚固台；14、上横梁二；15、下横梁二；16、钢拱架；17、升降臂；18、卡槽；19、导轨；20、滑块；21、伸缩铰链；22、支撑平台。
具体实施方式
31.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
32.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
33.实施例
34.图1为本发明一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法实施例的结构示意图。如图所示，一种公路软岩隧道局部换拱装置，包括支撑装置和更换装置，支撑装置设置在更换装置的两侧。支撑装置用于对需要换拱的钢拱架16前后两侧进行局部临时支撑，提高换拱段两侧软岩隧道的强度，减小变形和扰动。
35.图2为本发明一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法实施例的支撑装置结构示意图。如图所示，支撑装置包括上支架一3和下支架一4，上支架一3和下支架一4采用刚性材料制成，可以选用钢板或钢管拼装而成。上支架一3的两侧底部设置有套管，套管套设在下支架一4顶部，套管与下支架一4滑动连接。下支架一4上设置有若干个调节孔，套管上设置有连接孔，螺钉穿过调节孔和连接孔将套管与下支架一4连接。通过选择不同的调节孔可以调节上支架一3的高度。
36.上支架一3上设置有上横梁一10，下支架一4上设置有下横梁一11，下横梁一11与上横梁一10平行设置。横梁一和横梁二有利于提高支撑装置的强度。上横梁一10的中部上设置有竖支撑5，竖支撑5的两侧设置有斜支撑，斜支撑在竖支撑5的两侧对称分布。竖支撑5和斜支撑用于对软岩隧道进行支撑。
37.下支架一4的底部设置有支座1，支座1上设置有方便移动的滚轮2，便于将支撑装置送入隧道内。隧道内设置有对支座1具有支撑作用的锚固台13，支座1放置在锚固台13上，能够将支撑装置的受力通过锚固台13传递至隧道的地面。
38.支撑装置外侧设置有注浆导管12，注浆导管12均匀的呈辐射状插设在隧道上的岩体内，用于对岩体进行加固。通过注浆导管12对软岩隧道进行加固，提高隧道的强度，减小施工过程中对隧道的扰动，提高施工的安全性。
39.图3为本发明一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法实施例的更换装置结构示意图。如图所示，更换装置包括上支架二6和下支架二7，上支架二6上设置有带动上钢拱架16升降的升降臂17，升降臂17选用现有的结构，升降臂17可以选用现有的液压缸。升降臂17上设置有卡设钢拱架16的卡槽18。卡槽18为长条形结构，钢拱架16上设置有防止钢拱架16下滑的限位块，钢拱架16在卡槽18内向上、向左、向右滑动，便于钢拱架16位置的调整。
40.图4为本发明一种公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法实施例的升降平台结构示意图。如图所示，上支架二6上设置有上横梁二14，上横梁二14上设置有升降平台8。升降平台8包括伸缩铰链21，伸缩铰链21为现有的结构，通过液压缸的升降带动伸缩铰链21伸长或收缩。伸缩铰链21的底部两端设置有滑块20，上横梁二14上设置有对滑块20的滑动具有导向作用的导轨19，滑块20位于导轨19内并与导轨19滑动连接。伸缩铰链21的顶端设置有支撑钢拱架16的支撑平台22。
41.上横梁二14上设置有带动升降平台8沿着上横梁二14滑动的动力元件。动力元件为液压缸，液压缸铰接在横梁二上，液压缸的伸缩杆与伸缩铰链21的一端转动连接。通过液压缸带动升降平台8在横梁二上移动，从而对钢拱架16进行微调。
42.下支架二7或上支架二6上设置有调控升降臂17和液压缸的调控平台，便于对钢拱架16位置的调整进行操作。升降臂17及液压缸与调控平台采用现有的技术进行电性连接。
43.下支架二7上设置有下横梁二15，下横梁二15与上横梁二14平行设置。支座1的底部设置有方便移动的滚轮2，下支架二7设置在支座1上。隧道内设置有对支座1具有支撑作用的锚固台13。
44.上述公路软岩隧道局部换拱装置的换拱方法，包括以下步骤：
45.s1、在需要换拱的钢拱架16段的两侧进行钻孔，然后将注浆导管12插入钻孔内，通过注浆导管12对隧道岩体进行径向注浆加固。
46.s2、将支撑装置推动到换拱段的两侧，调整支撑装置的上支架一3和下支架一4，直到竖支撑5和斜支撑对隧道进行有效的支撑，拧紧螺丝。
47.s3、将钢拱架16安装在升降臂17的卡槽18内，钢拱架16放置在呈收缩状态的支撑平台22上，将更换装置推动到换拱段，通过更换装置上设置的操控平台控制升降臂17上升，将钢拱架16上升到预设位置，然后通过操控平台控制伸缩铰链21升降和升降平台8沿着上横梁二14的滑动，将钢拱架16推送到设定位置，进行换拱操作。
48.因此，本发明采用上述公路软岩隧道局部换拱装置及换拱方法，能够解决现有的软岩隧道换拱操作劳动强度大、效率低，安全性差的问题。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。