隧道支护装置和隧道的支护方法与流程

本技术涉及隧道，尤其涉及一种隧道支护装置和隧道的支护方法。

背景技术：

1、隧道开挖之后需要及时对围岩进行支护，防止产生大变形造成围岩坍塌。传统支护多采用喷射混凝土、锚杆、工字钢以及格栅钢架作为初支护结构，但该施工模式工序繁琐，需要的人员设备过多，自动化程度低，不能及时有效的提供支护力，如遇砂岩夹黏土岩富水地层等复杂地况下施工，往往几天甚至几十天掘进一米，极易因开挖扰动发生突泥涌水地质灾害，严重延误施工进度，给隧道及施工人员安全、经济等造成巨大损失。

2、基于此，隧道逐步推广波纹钢拱片作为初支护结构，其构造简单、安装方便，拱型结构使涵洞整体受力均匀，高抗变形能力使其适用于不同环境施工，且具有成本低、耐久性好等优势。

3、但现有波纹钢施工容易受到围岩扰动，如拼装或注浆工序等发生波纹钢拱顶沉降问题。目前解决此问题的方式为cd（center diaphragm）法（也称中隔壁法）施工或布设拱顶临时支撑。目前cd法施工以及临时支撑结构存在占据隧道空间、增加施工工序、延误施工进度等问题，现急需要一种隐蔽式拱顶支撑结构，对拱顶起到临时支撑作用的同时，充分发挥波纹钢的结构特性。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本说明书提供了一种隧道支护装置和隧道的支护方法，可有效支撑围岩。

2、根据本技术的第一方面，提供一种隧道支护装置，包括：

3、支护板，用于支撑围岩；

4、套筒，连接于所述支护板靠近围岩的一侧，所述套筒的轴线与隧道的轴线垂直；

5、支撑设备，用于安装在隧道的拱脚处，所述支撑设备包括电机、连接于所述电机输出端的卷轴和缠绕于所述卷轴的拉力绳；

6、定滑轮，连接于所述支护板靠近围岩的一侧，所述定滑轮用于支撑所述拉力绳并改变所述拉力绳上力的方向；

7、其中，所述套筒的内腔用于供所述拉力绳穿设；

8、所述拉力绳在穿设完所述套筒后，其自由端固定于所述支护板；

9、所述电机用于控制所述拉力绳拉紧或放松。

10、在本技术一些示例性实施例中，所述支护板为波纹钢板，所述套筒连接于所述波纹钢板的波谷。

11、在本技术一些示例性实施例中，所述支撑设备还包括张力传感器，用于监测所述拉力绳的张力，所述张力传感器套设于所述拉力绳。

12、在本技术一些示例性实施例中，所述张力传感器包括固定件、调节件和应变传感元件；

13、所述固定件连接于所述应变传感元件，所述固定件上贯穿设有第一限位槽，所述拉力绳穿过所述第一限位槽，所述调节件活动连接于所述固定件，用于将所述拉力绳限定在所述应变传感元件上，以使所述拉力绳的张力变化可传递至所述应变传感元件。

14、在本技术一些示例性实施例中，所述支护板包括至少两块相互拼接的子支护板；

15、所述支撑设备包括第一支撑设备和第二支撑设备，所述第一支撑设备和所述第二支撑设备均包括所述电机、所述卷轴和所述拉力绳；

16、所述第一支撑设备和所述第二支撑设备关于隧道的中轴线轴对称分布。

17、根据本技术第二个方面，提供一种隧道的支护方法，采用如第一方面所述的隧道支护装置；所述支护板具有贯穿孔和固定点，所述支护板的贯穿孔用于供所述拉力绳穿过，所述支护板的固定点用于固定所述拉力绳的自由端；

18、所述隧道支护方法包括：

19、将所述支护板支撑于隧道的围岩上，所述支护板的贯穿孔位于隧道的拱脚处；

20、将所述支撑设备安装在隧道的拱脚处，并将所述支撑设备的拉力绳穿过所述支护板的贯穿孔后进一步穿入所述套筒中；

21、待所述拉力绳穿设完所述套筒后，将所述拉力绳的自由端固定于所述支护板的固定点；

22、调整所述拉力绳的张力，使得所述支护板发生目标形变。

23、在本技术一些示例性实施例中，所述支护板包括上台阶支护板，所述上台阶支护板用于支护隧道的上台阶围岩；

24、所述支撑设备包括第一支撑设备和第二支撑设备，所述第一支撑设备和所述第二支撑设备均包括所述电机、所述卷轴和所述拉力绳；

25、隧道上台阶的支护方法包括：

26、将所述上台阶支护板支撑于隧道上台阶的围岩上；

27、将所述第一支撑设备和所述第二支撑设备安装在隧道上台阶的两个拱脚处，并将所述第一支撑设备的拉力绳和所述第二支撑设备的拉力绳分别穿过各自对应的所述上台阶支护板的贯穿孔后再进一步穿入所述套筒中；

28、待所述拉力绳穿设完所述套筒后，将所述拉力绳的自由端固定于所述上台阶支护板的固定点，所述上台阶支护板的固定点位于隧道拱顶处；

29、调整所述第一支撑设备和所述第二支撑设备的拉力绳的张力，使得所述上台阶支护板发生目标形变。

30、在本技术一些示例性实施例中，所述支护板还包括中台阶支护板和下台阶支护板，所述中台阶支护板用于支护隧道的中台阶围岩，所述下台阶支护板用于支护隧道的下台阶围岩；

31、隧道中台阶的支护方法包括：

32、将所述中台阶支护板支撑于隧道中台阶的围岩上；

33、将所述第一支撑设备和所述第二支撑设备安装在隧道中台阶的两个拱脚处，并将所述第一支撑设备的拉力绳和所述第二支撑设备的拉力绳分别穿过各自对应的所述中台阶支护板的贯穿孔后再进一步穿入所述套筒中；

34、待所述拉力绳穿设完所述套筒后，将所述拉力绳的自由端固定于所述中台阶支护板的固定点，所述中台阶支护板的固定点位于所述中台阶支护板靠近所述上台阶支护板的一端；

35、调整所述第一支撑设备和所述第二支撑设备的拉力绳的张力，使得所述中台阶支护板发生目标形变；

36、隧道下台阶的支护方法包括：

37、将所述下台阶支护板支撑于隧道下台阶的围岩上；

38、将所述第一支撑设备和所述第二支撑设备安装在隧道下台阶的两个拱脚处，并将所述第一支撑设备的拉力绳和所述第二支撑设备的拉力绳分别穿过各自对应的所述下台阶支护板的贯穿孔后再进一步穿入所述套筒中；

39、待所述拉力绳穿设完所述套筒后，将所述拉力绳的自由端固定于所述下台阶支护板的固定点，所述下台阶支护板的固定点位于所述下台阶支护板靠近所述中台阶支护板的一端；

40、调整所述第一支撑设备和所述第二支撑设备的拉力绳的张力，使得所述下台阶支护板发生目标形变。

41、在本技术一些示例性实施例中，步骤调整所述第一支撑设备和所述第二支撑设备的拉力绳的张力，使得所述中台阶支护板发生目标形变之前，所述隧道中台阶的支护方法还包括：

42、将所述拉力绳穿设在所述上台阶支护板的贯穿孔的一端固定于所述中台阶支护板的固定点；

43、步骤调整所述第一支撑设备和所述第二支撑设备的拉力绳的张力，使得所述下台阶支护板发生目标形变之后，所述隧道下台阶的支护方法还包括：

44、将所述拉力绳穿设在所述中台阶支护板的贯穿孔的一端固定于所述下台阶支护板的固定点。

45、在本技术一些示例性实施例中，所述支护板包括至少两块相互拼接的子支护板；

46、步骤调整所述拉力绳的张力，使得所述支护板发生目标形变之后，所述隧道的支护方法还包括：

47、将连接钢块连接于相邻两块所述子支护板的连接处。

48、本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：

49、本技术提供的隧道支护装置，采用套筒设置在支护板靠近围岩的一侧，拉力绳可穿设在套筒内。支撑设备的电机将电能转换为机械能，带动拉力绳在套筒内拉紧或放松。在拉力绳的预紧力作用下，支护板发生形变，使其跟随隧道预弯成适应于涵洞的拱板形状。这样设计可以解决支护板拱顶沉降问题，增强支护板对围岩失稳变形的承载能力，从而提供施工过程中的安全保障。

50、支撑设备安装在隧道的拱脚处，其不占用空间，具有隐蔽性，不影响后续隧道的开挖以及其他进程，操作简单，施工迅速，有助于加快施工进程。此外，支撑设备自动化程度高，可提升支护板的安装速率，能及时有效的对隧道起到支撑作用。

51、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。