隧道初期支护装置及施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道初期支护装置及施工方法，包括支撑台车、模板以及气囊组件，支撑台车包括车架和设置在车架底部的走行机构，车架包括多个沿车架长度方向并排设置的门型支撑支架和用于连接门型支撑支架的连接梁，各门型支撑支架之间通过连接梁连接，走行机构设置在位于车架长度方向两端的门型支撑支架的底部，模板为由多个弧形板段铰接而成的拱形结构，弧形板段上分布有若干注浆孔，模板罩在支撑台车上方，模板与门型支撑支架之间设置有液压伸缩杆，气囊组件包括设置在各弧形板段侧面的气囊I和设置在位于模板下部的弧形板段底部的气囊II。本发明能够避免隧道初期支护喷射混凝土作业，减少环境污染，且可实现快速施工，提升隧道施工进度。
【专利说明】
隧道初期支护装置及施工方法
技术领域
[0001]本发明涉及隧道工程装置领域，特别涉及一种隧道初期支护装置及施工方法。
【背景技术】
[0002]目前，钻爆法隧道工程开挖时，每一循环开挖后，需在开挖岩面施作初期支护喷射混凝土。现有技术中的施工方式，通常是采用混凝土喷射栗将预拌喷射料直接喷射在开挖岩面上，由于一般喷射作业需要多次才能完成，这样在喷射过程中，往往会产生大量粉尘，影响作业人员身体健康，而且喷射作业速度较为缓慢，影响隧道的施工进度。
[0003]因此，急需开发一种能够避免隧道初期支护喷射混凝土作业，减少环境污染，且可实现快速施工，提升隧道施工进度的隧道初期支护装置。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种隧道初期支护装置及施工方法，能够避免隧道初期支护喷射混凝土作业，减少环境污染，且可实现快速施工，提升隧道施工进度。
[0005]本发明的隧道初期支护装置，包括支撑台车、模板以及气囊组件，所述支撑台车包括车架和设置在车架底部的走行机构，所述车架包括多个沿车架长度方向并排设置的门型支撑支架和用于连接门型支撑支架的连接梁，各门型支撑支架之间通过连接梁连接，所述走行机构设置在位于车架长度方向两端的门型支撑支架的底部，所述模板为由多个弧形板段铰接而成的拱形结构，所述弧形板段上分布有若干注浆孔，所述模板罩在支撑台车上方，所述模板与门型支撑支架之间设置有液压伸缩杆，所述气囊组件包括设置在各弧形板段侧面的气囊I和设置在位于模板下部的弧形板段底部的气囊II。
[0006]进一步，所述门型支撑支架包括上门型支架和下门型支架，上门型支架由对称设置的立柱I和设置在两立柱I之间的横梁I组成，下门型支架由对称设置的立柱I1、设置在两立柱II之间的横梁II以及设置在立柱II与横梁II之间的斜支撑杆组成，所述上门型支架的立柱I焊接固定在下门型支架的横梁II上。
[0007]进一步，位于车架长度方向两端的门型支撑支架的各立柱II底部分别设置有走行机构，所述走行机构包括万向轮和用于固定车架位置的定位支撑腿，所述定位支撑腿顶部设有可沿立柱II纵向滑动的滑套，所述滑套上设置有定位销。
[0008]进一步，所述模板包括位于模板上部的弧形板段1、位于模板中部且相互对称的弧形板段II以及位于模板下部且相互对称的弧形板段III，所述弧形板段I的两端分别通过活动铰I与所对应的弧形板段II的一端铰接，各弧形板段II另一端分别通过活动铰II与所对应的弧形板段III的一端铰接。
[0009]进一步，所述弧形板段1、弧形板段II和弧形板段III的两侧侧面均设置有气囊I，各弧形板段III的底部分别设置有气囊II。
[0010]进一步，所述弧形板段1、弧形板段II和弧形板段III上均分布有若干呈矩阵布置的注浆孔，各注浆孔之间的横向间距和纵向间距均为I?2m。
[0011]进一步，所述弧形板段1、弧形板段II和弧形板段III的内弧面与门型支撑支架之间均设置有液压伸缩杆。
[0012]进一步，所述弧形板段1、弧形板段II和弧形板段III的外弧面上均设置有用于安装支撑钢架的H型支撑块。
[0013]进一步，所述车架的长度为4?7m，各门型支撑支架之间的间距为I?1.5m。
[0014]本发明还公开了一种隧道初期支护装置的施工方法，包括以下步骤:
[0015]a.清除隧道爆破钻渣，并测量放出隧道掌子面中线及标高；
[0016]b.将支撑台车移动至掌子面位置，待支撑台车就位后，通过定位支撑腿对支撑台车位置进行锁定；
[0017]c.向气囊组件中充气，气囊组件充气后与模板和围岩开挖面之间形成封闭的注浆空间；
[0018]d.将注浆栗的栗管与模板上的注浆孔连通，通过注浆栗向注浆空间中注入砂浆，待气囊组件与围岩开挖面之间的缝隙渗出砂浆时停止注浆；
[0019]e.当注浆料凝固后，将气囊组件放气，并拆除模板，通过定位支撑腿对支撑台车位置解锁，将支撑台车移动至下一钻进位置，重复步骤a?d，直至完成所施工隧道的所有支护施工。
[0020]本发明的有益效果:本发明的隧道初期支护装置，结构简单，使用方便，能够避免隧道初期支护喷射混凝土作业，减少环境污染，且可实现快速施工，提升隧道施工进度，本发明的施工方法适用于隧道IV级及以上围岩，可有效提高施工效率，缩短施工时间，保证施工质量。
【附图说明】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
[0022]图1为本发明的结构不意图；
[0023]图2为本发明支撑台车的结构简图；
[0024]图3为本发明弧形板段的结构示意图；
[0025]图4为图3的A向局部不意图；
[0026]图5为本发明支撑块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]图1为本发明的结构示意图，图2为本发明支撑台车的结构简图，图3为本发明弧形板段的结构示意图，图4为图3的A向局部示意图，图5为本发明支撑块的结构示意图，如图所示:本实施例的隧道初期支护装置，包括支撑台车、模板以及气囊组件，所述支撑台车包括车架和设置在车架底部的走行机构，所述车架包括多个沿车架长度方向并排设置的门型支撑支架和用于连接门型支撑支架的连接梁I，各门型支撑支架之间通过连接梁I连接，结构牢靠，支撑强度高;所述走行机构设置在位于车架长度方向两端的门型支撑支架的底部，便于支撑台车移动，使用方便;所述模板2为由多个弧形板段(弧形板段121、弧形板段1122和弧形板段III23)铰接而成的拱形结构，使其与隧道岩面结构相适应，更加便于施工，且各弧形板段之间采用铰接固定，也便于对模板进行调整和收起，所述弧形板段(弧形板段121、弧形板段1122和弧形板段III23)上分布有若干注浆孔3，用于连接注浆栗的栗管，便于注浆操作;所述模板2罩在支撑台车上方，所述模板2与门型支撑支架之间设置有液压伸缩杆4，通过液压伸缩杆4实现对模板位置的调整，便于使用；所述气囊组件包括设置在各弧形板段(弧形板段121、弧形板段1122和弧形板段III23)侧面的气囊15和设置在位于模板I下部的弧形板段(即弧形板段III23)底部的气囊116，通过设置气囊组件，使气囊组件充气后能够与模板和围岩开挖面之间形成封闭的注浆空间，以供注浆，而注浆完成后，可通过对气囊组件放气，完成模板拆除，从而能够有效避免隧道初期支护喷射混凝土作业，减少环境污染，且可实现快速施工，提升隧道施工进度。
[0028]本实施例中，所述门型支撑支架包括上门型支架7和下门型支架8，上门型支架由对称设置的立柱171和设置在两立柱171之间的横梁172组成，下门型支架8由对称设置的立柱1181、设置在两立柱1181之间的横梁1182以及设置在立柱1181与横梁1182之间的斜支撑杆83组成，所述上门型支架7的立柱171焊接固定在下门型支架8的横梁1182上，结构简单，整体强度高。本实施例的各门型支撑支架的上门型支架7的横梁172之间通过上连接梁连接，各门型支撑支架的下门型支架8的横梁1182之间通过中连接梁连接，各门型支撑支架的下门型支架8的立柱1181底部之间通过下连接梁连接，以保证门型支撑支架的支撑强度。
[0029]本实施例中，位于车架长度方向两端的门型支撑支架的各立柱1181底部分别设置有走行机构，所述走行机构包括万向轮9和用于固定车架位置的定位支撑腿10，所述定位支撑腿10顶部设有可沿立柱1181纵向滑动的滑套11，所述滑套11上设置有定位销12，通过松开定位销12，使滑套11能够向上滑动并带动定位支撑腿10上移，待定位支撑腿10上移到不会干涉万向轮9移动的高度时，即可通过定位销12将滑套11锁定在立柱1181上，实现支撑台车的移动；当支撑台车移动到位后，通过再次松开定位销12，使滑套11向下滑动并带动定位支撑腿10下移，待定位支撑腿10完全落在地面上后，即可锁紧定位销，阻止万向轮9移动，以固定支撑台车的位置。
[0030]本实施例中，所述模板2包括位于模板2上部的弧形板段121、位于模板I中部且相互对称的弧形板段1122以及位于模板I下部且相互对称的弧形板段11123，所述弧形板段121的两端分别通过活动铰I13a与所对应的弧形板段1122的一端铰接，各弧形板段1122另一端分别通过活动铰II13b与所对应的弧形板段III23的一端铰接，以便于对模板I进行微调，更加便于使用，且结构简单，便于加工制作，成本低。
[0031]本实施例中，所述弧形板段121、弧形板段1122和弧形板段III23的两侧侧面均设置有气囊15，各弧形板段III3的底部分别设置有气囊116，使气囊15和气囊116充气后能够与模板I和围岩开挖面之间形成封闭的注浆空间，以便于注浆操作。
[0032]本实施例中，所述弧形板段121、弧形板段1122和弧形板段III23上均分布有若干呈矩阵布置的注浆孔3，各注浆孔3之间的横向间距和纵向间距均为I?2m，便于快速注浆，提高施工效率，且能够有效避免隧道初期支护喷射混凝土作业，减少环境污染，利于环保。
[0033]本实施例中，所述弧形板段121、弧形板段1122和弧形板段III23的内弧面与门型支撑支架之间均设置有液压伸缩杆4，更加便于液压伸缩杆4对模板I的位置进行调整和控制，方便使用。
[0034]本实施例中，所述弧形板段121、弧形板段1122和弧形板段III23的外弧面上均设置有用于安装支撑钢架的H型支撑块14，用于安放初期支护支撑钢架，使支撑钢架能够预先安放在模板I上，并随模板I 一起移动就位。
[0035]本实施例中，所述车架的长度为4?7m，各门型支撑支架之间的间距为I?1.5m，车架的长度根据各门型支撑支架之间的间距进行设定，而门型支撑支架的数量根据实际使用需要而定，以适应所施工隧道的使用要求。
[0036]本发明还公开了一种利用隧道初期支护装置进行隧道初期支护施工的施工方法，包括以下步骤:
[0037]a.清除隧道爆破钻渣，并测量放出隧道掌子面中线及标高；
[0038]b.将支撑台车移动至掌子面位置，待支撑台车就位后，通过定位支撑腿10对支撑台车位置进行锁定；
[0039]c.向气囊组件中充气，气囊组件充气后与模板2和围岩开挖面之间形成封闭的注浆空间；
[0040]d.将注浆栗的栗管与模板2上的注浆孔3连通，通过注浆栗向注浆空间中注入砂浆，待气囊组件与围岩开挖面之间的缝隙渗出砂浆时停止注浆；
[0041]e.当注浆料凝固后，将气囊组件放气，并拆除模板2，通过定位支撑腿10对支撑台车位置解锁，将支撑台车移动至下一钻进位置，重复步骤a?d，直至完成所施工隧道的所有支护施工;本施工方法适用于隧道IV级及以上围岩，可有效提高施工效率，缩短施工时间，保证施工质量。
[0042]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】
1.一种隧道初期支护装置，其特征在于:包括支撑台车、模板以及气囊组件，所述支撑台车包括车架和设置在车架底部的走行机构，所述车架包括多个沿车架长度方向并排设置的门型支撑支架和用于连接门型支撑支架的连接梁，各门型支撑支架之间通过连接梁连接，所述走行机构设置在位于车架长度方向两端的门型支撑支架的底部，所述模板为由多个弧形板段铰接而成的拱形结构，所述弧形板段上分布有若干注浆孔，所述模板罩在支撑台车上方，所述模板与门型支撑支架之间设置有液压伸缩杆，所述气囊组件包括设置在各弧形板段侧面的气囊I和设置在位于模板下部的弧形板段底部的气囊II。2.根据权利要求1所述的隧道初期支护装置，其特征在于:所述门型支撑支架包括上门型支架和下门型支架，上门型支架由对称设置的立柱I和设置在两立柱I之间的横梁I组成，下门型支架由对称设置的立柱I1、设置在两立柱II之间的横梁II以及设置在立柱II与横梁II之间的斜支撑杆组成，所述上门型支架的立柱I焊接固定在下门型支架的横梁II上。3.根据权利要求2所述的隧道初期支护装置，其特征在于:位于车架长度方向两端的门型支撑支架的各立柱II底部分别设置有走行机构，所述走行机构包括万向轮和用于固定车架位置的定位支撑腿，所述定位支撑腿顶部设有可沿立柱II纵向滑动的滑套，所述滑套上设置有定位销。4.根据权利要求1所述的隧道初期支护装置，其特征在于:所述模板包括位于模板上部的弧形板段1、位于模板中部且相互对称的弧形板段II以及位于模板下部且相互对称的弧形板段III，所述弧形板段I的两端分别通过活动铰I与所对应的弧形板段II的一端铰接，各弧形板段II另一端分别通过活动铰II与所对应的弧形板段III的一端铰接。5.根据权利要求4所述的隧道初期支护装置，其特征在于:所述弧形板段1、弧形板段II和弧形板段III的两侧侧面均设置有气囊I，各弧形板段III的底部分别设置有气囊II。6.根据权利要求5所述的隧道初期支护装置，其特征在于:所述弧形板段1、弧形板段II和弧形板段III上均分布有若干呈矩阵布置的注浆孔，各注浆孔之间的横向间距和纵向间距均为I?2m。7.根据权利要求6所述的隧道初期支护装置，其特征在于:所述弧形板段1、弧形板段II和弧形板段III的内弧面与门型支撑支架之间均设置有液压伸缩杆。8.根据权利要求7所述的隧道初期支护装置，其特征在于:所述弧形板段1、弧形板段II和弧形板段III的外弧面上均设置有用于安装支撑钢架的H型支撑块。9.根据权利要求1所述的隧道初期支护装置，其特征在于:所述车架的长度为4?7m，各门型支撑支架之间的间距为I?1.5m。10.—种利用权利要求1至9中任一权利要求所述的隧道初期支护装置进行隧道初期支护施工的施工方法，其特征在于包括以下步骤: a.清除隧道爆破钻渣，并测量放出隧道掌子面中线及标高； b.将支撑台车移动至掌子面位置，待支撑台车就位后，通过定位支撑腿对支撑台车位置进行锁定； c.向气囊组件中充气，气囊组件充气后与模板和围岩开挖面之间形成封闭的注浆空间； d.将注浆栗的栗管与模板上的注浆孔连通，通过注浆栗向注浆空间中注入砂浆，待气囊组件与围岩开挖面之间的缝隙渗出砂浆时停止注浆；e.当注浆料凝固后，将气囊组件放气，并拆除模板，通过定位支撑腿对支撑台车位置解锁，将支撑台车移动至下一钻进位置，重复步骤a?d，直至完成所施工隧道的所有支护施工。
【文档编号】E21D11/10GK106089258SQ201610716126
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】王悦, 王清江
【申请人】重庆工商职业学院, 王清江