软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统及其支护方法
【专利摘要】本发明公开了一种软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，包括支护装置、开挖安装机具以及注浆装置；所述支护装置包括一个或多个由多段预制的支护环节组成的支护体，所述支护体为倒置U形结构；所述支护环节沿隧道纵向设有用于注浆或安装锚杆的纵向通孔；所述开挖安装机具包括可自主移动的机体、设置于机体的机械臂以及由所述机械臂带动的挖掘头和安装插头；所述注浆装置包括由所述机械臂带动用于向所述纵向通孔内注浆的注浆嘴以及用于将浆液加压输送至注浆嘴的注浆泵,本发明能够对隧道软弱围岩地段进行快速安全支护。
【专利说明】
软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统及其支护方法
技术领域
[0001]本发明涉及隧道工程装置领域，特别涉及一种软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统及其支护方法。
【背景技术】
[0002]隧道工程施工时，多会遇到软弱围岩地段，如开挖措施不当，常常会引起塌方，甚至造成工程施工事故。现有的隧道软弱围岩地段施工方法，无论是CRD法、双侧壁导坑法或是环形分部开挖法，多工序较多，施工进度较慢，所以，施工单位为加快施工进度，只有在不得以情况下采用。
[0003]因此，需研制开发一种隧道软弱围岩地段快速安全的施工机具及方法已显得非常必要而紧迫。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种能够对隧道软弱围岩地段进行快速安全支护的软弱围岩隧道分段环形开挖支护装置及支护方法。
[0005]本发明的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，包括支护装置、开挖安装机具以及注浆装置;所述支护装置包括一个或多个由多段预制的支护环节组成的支护体，所述支护体为倒置U形结构;所述支护环节沿隧道纵向设有用于注浆或安装锚杆的纵向通孔;所述开挖安装机具包括可自主移动的机体、设置于机体的机械臂以及由所述机械臂带动的挖掘头和安装插头;所述注浆装置包括由所述机械臂带动用于向所述纵向通孔内注浆的注浆嘴以及用于将浆液加压输送至注浆嘴的注浆栗；
[0006]进一步，所述支护体关于隧道纵向中心面对称且组成所述支护体的支护环节自上而下分别为拱顶环节、拱腰环节和边墙环节；
[0007]进一步，所述支护环节为扇形块体，支护环节周向侧壁垂直于隧道内壁；
[0008]进一步，相邻所述支护环节之间通过凹凸插接配合，所述支护环节沿隧道纵向的侧面为斜面；
[0009]进一步，所述支护环节沿径向设有用于使钻杆穿过并安装锚杆的径向通孔；
[0010]进一步，所述支护环节的外弧面设有封盖；
[0011]进一步，所述挖掘头、注浆嘴和安装插头均以可拆卸的方式与机械臂连接；
[0012]本发明的软弱围岩隧道分段环形开挖支护方法，包括以下步骤:步骤一，在上台阶所在掌子面的底部开挖出关于隧道纵向中心面对称的两个腰部扇形槽，开挖完成后，在两个所述腰部扇形槽内装入所述拱腰环节;步骤二，在两所述腰部扇形槽上方分别开挖出拱部扇形槽，开挖完成后，在两个所述拱部扇形槽内装入所述拱顶环节;步骤三，在两所述拱部扇形槽之间开挖出拱顶扇形槽，开挖完成后，在该拱顶扇形槽内装入所述拱顶环节，使上台阶形成闭合支护环;步骤四，利用钻杆穿过所述支护环节纵向通孔进行钻孔，并向纵向通孔内安装锚杆，固定支护环节;步骤五，在支护环节纵向通孔中安装注浆嘴，向支护环节与围岩内注楽，以稳固支护环节；步骤六，开挖上台阶核心岩土，形成上台阶隧道空间；步骤七，利用钻杆穿过所述支护环节的径向通孔进行钻孔，并向径向通孔内安装锚杆。
[0013]本发明的有益效果:本发明软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统及其支护方法，利用分段安装的支护环节组成支护体对软弱围岩隧道进行支护，可确保施安全，同时，施工快捷，该装置使用方便，安装支护环节所需的扇形槽槽可采用挖掘机具分部开挖，采用本装置及施工方法可确保安全施工，避免了开挖过程中围岩坍塌，造成安全事故等问题。
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0015]图1为本发明的隧道施工断面体示意图；
[0016]图2为本发明的支护环节的示意图；
[0017]图3为本发明的锚杆安装示意图；
[0018]图4为本发明的开挖安装机具正向安装挖掘头的示意图；
[0019]图5为本发明的开挖安装机具反向安装挖掘头的示意图；
图6为本发明的开挖安装机具安装插头的示意图。
【具体实施方式】
[0020]如图所示，本实施例的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，包括支护装置、开挖安装机具以及注浆装置;所述支护装置包括一个或多个由多段预制的支护环节组成的支护体，所述支护体为倒置U形结构;所述支护环节沿隧道纵向设有用于注浆或安装锚杆8的纵向通孔3;所述开挖安装机具包括可自主移动的机体9、设置于机体9的机械臂10以及由所述机械臂10带动的挖掘头11和安装插头12;所述注浆装置包括由所述机械臂10带动用于向所述纵向通孔3内注浆的注浆嘴以及用于将浆液加压输送至注浆嘴的注浆栗;本实施例的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统及其支护方法，利用分段安装的支护环节组成支护体对软弱围岩隧道进行支护，可确保施安全，同时，施工快捷，该装置使用方便，安装支护环节所需的扇形槽槽可采用挖掘机具分部开挖，采用本装置及施工方法可确保安全施工，避免了开挖过程中围岩坍塌，造成安全事故等问题。
[0021]本实施例中，所述支护体关于隧道纵向中心面对称且组成所述支护体的支护环节自上而下分别为拱顶环节4、拱腰环节2和边墙环节I，每个支护环节纵向长度为1.5?3m，隧道每断面环由5?7块环节组成支护体，开挖安装机具的机械臂10包括至少三个折臂铰接而成。
[0022]本实施例中，所述支护环节为扇形块体，支护环节周向侧壁垂直于隧道内壁，支护环节外弧长度大于内弧，支护体拼接完成后，支护环节之间的接触面垂直于隧道内壁，这种方式有利于提高支护体的稳定性。
[0023]本实施例中，相邻所述支护环节之间通过凹凸插接配合，所述支护环节沿隧道纵向的侧面为斜面，支护环节之间通过凹凸插接配合可便于相互连接，支护环节纵向内侧端头为斜面，以方便安装时插入扇形槽内，同时，便于相邻环节间搭接连接。
[0024]本实施例中，所述支护环节沿径向设有用于使钻杆穿过并安装锚杆8的径向通孔7，在最隧道进行支护时，可利用钻杆穿过所述支护环节的径向通孔7进行钻孔，并向径向通孔7内安装销杆8，以提高支护环节的稳定性。
[0025]本实施例中，所述支护环节的外弧面设有封盖，该封盖在注浆完成后可用于封堵孔洞，该封盖通过一扭簧铰接在支护环节外弧面上，封盖在扭簧的作用下处于封闭状态，可避免浆液回流，而在注浆过程中，浆液能够克服扭簧的弹性力将封盖打开，使浆液通过径向通孔注入到支护环节与隧道岩壁之间。
[0026]本实施中，所述挖掘头11、注浆嘴和安装插头12均以可拆卸的方式与机械臂10连接;所述弧形槽的开挖与支护环节的安装均采用同一机械，根据需要在机械臂10上安装挖掘头U、注浆嘴或安装插头12，开挖扇形槽可采用正铲向下的挖掘头11或反铲向上的挖掘头11 ο
[0027]本实施例的软弱围岩隧道分段环形开挖支护方法，包括以下步骤:步骤一，在上台阶5所在掌子面的底部开挖出关于隧道纵向中心面对称的两个腰部扇形槽，开挖完成后，在两个所述腰部扇形槽内装入所述拱腰环节2;步骤二，在两所述腰部扇形槽上方分别开挖出拱部扇形槽，开挖完成后，在两个所述拱部扇形槽内装入所述拱顶环节4;步骤三，在两所述拱部扇形槽之间开挖出拱顶扇形槽，开挖完成后，在该拱顶扇形槽内装入所述拱顶环节4，使上台阶5形成闭合支护环;步骤四，利用钻杆穿过所述支护环节纵向通孔3进行钻孔，并向纵向通孔3内安装锚杆8，固定支护环节;步骤五，在支护环节纵向通孔3中安装注浆嘴，向支护环节与围岩内注浆，以稳固支护环节;步骤六，开挖上台阶5核心岩土，形成上台阶5隧道空间；步骤七，利用钻杆穿过所述支护环节的径向通孔7进行钻孔，并向径向通孔7内安装锚杆8 ο
[0028]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，其特征在于:包括支护装置、开挖安装机具以及注浆装置;所述支护装置包括一个或多个由多段预制的支护环节组成的支护体，所述支护体为倒置U形结构;所述支护环节沿隧道纵向设有用于注浆或安装锚杆的纵向通孔；所述开挖安装机具包括可自主移动的机体、设置于机体的机械臂以及由所述机械臂带动的挖掘头和安装插头;所述注浆装置包括由所述机械臂带动用于向所述纵向通孔内注浆的注浆嘴以及用于将浆液加压输送至注浆嘴的注浆栗。2.根据权利要求1所述的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，其特征在于:所述支护体关于隧道纵向中心面对称且组成所述支护体的支护环节自上而下分别为拱顶环节、拱腰环节和边墙环节。3.根据权利要求2所述的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，其特征在于:所述支护环节为扇形块体，支护环节周向侧壁垂直于隧道内壁。4.根据权利要求3所述的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，其特征在于:相邻所述支护环节之间通过凹凸插接配合，所述支护环节沿隧道纵向的侧面为斜面。5.根据权利要求4所述的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，其特征在于:所述支护环节沿径向设有用于使钻杆穿过并安装锚杆的径向通孔。6.根据权利要求5所述的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，其特征在于:所述支护环节的外弧面设有封盖。7.根据权利要求5所述的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统，其特征在于:所述挖掘头、注浆嘴和安装插头均以可拆卸的方式与机械臂连接。8.—种利用权利要求1-7所述的软弱围岩隧道分段环形开挖支护系统进行隧道支护的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，在上台阶所在掌子面的底部开挖出关于隧道纵向中心面对称的两个腰部扇形槽，开挖完成后，在两个所述腰部扇形槽内装入所述拱腰环节； 步骤二，在两所述腰部扇形槽上方分别开挖出拱部扇形槽，开挖完成后，在两个所述拱部扇形槽内装入所述拱顶环节； 步骤三，在两所述拱部扇形槽之间开挖出拱顶扇形槽，开挖完成后，在该拱顶扇形槽内装入所述拱顶环节，使上台阶形成闭合支护环； 步骤四，利用钻杆穿过所述支护环节纵向通孔进行钻孔，并向纵向通孔内安装锚杆，固定支护环节； 步骤五，在支护环节纵向通孔中安装注浆嘴，向支护环节与围岩内注浆，以稳固支护环-K-T ； 步骤六，开挖上台阶核心岩土，形成上台阶隧道空间； 步骤七，利用钻杆穿过所述支护环节的径向通孔进行钻孔，并向径向通孔内安装锚杆。
【文档编号】E21D20/00GK106089240SQ201610420125
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月14日 公开号201610420125.9, CN 106089240 A, CN 106089240A, CN 201610420125, CN-A-106089240, CN106089240 A, CN106089240A, CN201610420125, CN201610420125.9
【发明人】王清江, 王悦
【申请人】重庆工商职业学院, 王清江