基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构及方法与流程

1.本技术涉及隧道施工的技术领域，尤其是涉及基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构及方法。


背景技术：

2.随着隧道、煤矿、水利等地下工程不断发展，越来越多的地下工程进入规划和施工阶段，目前，隧道的开挖有多种方法，隧道的开挖需要根据隧道长度、断面大小、结构形式、工期要求，机械设备和地质条件选择适宜的开挖方案。
3.常见的隧道施工方法包括有全断面开挖法，在隧道的加工过程中，按隧道的实际情况设计开挖断面，一次开挖到位的施工方法，主要的工序为：使用移动式钻孔台车全断面一次性钻孔，然后进行装药连线，接着将钻孔台车退至安全地点，接着起爆、并一次爆破成型，当完成爆破后，将钻孔台车推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环。
4.在实际应用过程中，软弱破碎围岩的隧道工程中，隧道的开挖使得支撑隧道洞身的围岩被挖掉，掌子面后方出现临空，围岩应力重新分布，导致围岩向隧道净空方向变形，这种变形包括掌子面面内竖向、横向变形和面外纵向变形，进而使得围岩多风化破碎，稳定性差，严重时会形成软弱围岩大变形等地质灾害，在施工中易塌方和变形，无法保障隧道施工的顺利进行和作业人员的人身安全。


技术实现要素：

5.为了提高隧道开挖过程中的围岩工作面的稳定性，本技术提供基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构及方法，能够提高作业人员施工过程中的安全系数。
6.本技术提供的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构，采用如下的技术方案：基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构，包括导向座和转动柱，所述转动柱转动连接在所述导向座上，所述转动柱的中部螺纹连接有升降螺杆，所述转动柱的一侧设置有用于驱动所述升降螺杆沿转动柱中心轴线方向运动的高度调整驱动组件，所述升降螺杆远离所述导向座的一端固定有安装框，所述安装框的一侧设置有固定框，所述安装框内设置有用于对所述固定框进行角度调整的角度调整驱动组件，所述固定框上安装有插杆座，所述插杆座的中部活动设置有锚杆，所述锚杆的头部指向隧道的围岩，所述固定框内安装有用于驱动所述插杆座沿指向所述围岩的方向进行移动的打孔驱动组件。
7.通过采用上述技术方案，在高度调整驱动组件的作用下，转动柱能够进行转动，由于安装框固定在升降螺杆上，使升降螺杆可以带动安装框沿着转动柱中心轴线的方向进行运动，完成对安装框高度位置的调整，由于固定框设置在安装框的一侧，在角度调整驱动组件的作用下，可以实现对固定框角度的调整，作业人员可根据隧道弧度的实际情况而对固定框的角度进行调整，作业人员把锚杆活动安装在插杆座的中部，使锚杆的头部指向隧道的围岩，在打孔驱动组件的作用下，可以把锚杆贯入隧道的围岩内，完成锚杆的贯入后，再
对锚杆进行分离，使锚杆稳定贯入在围岩内，实现对围岩工作面的加固，以此依次循环进行，若干个锚杆贯入至围岩后，在围岩处形成管棚，可以有效地稳固围岩，起到减少掌子面受力过大而发生变形，提高了作业人员施工过程中的安全系数。
8.优选的，所述导向座的底部滑动连接有导轨，所述导向座的一侧安装有驱动所述导向座沿导轨的长度方向进行移动的距离调整驱动组件。
9.通过采用上述技术方案，在距离调整驱动组件的作用下，使导向座可以沿着导轨的长度方向进行移动，使作业人员可以便捷地对导向座与隧道围岩之间的距离进行调整，一定程度上有利于提高加固机构往围岩贯入锚杆的便捷性。
10.优选的，所述距离调整驱动组件包括：固定在所述导轨上的直齿条；转动连接在所述导向座中部的第一传动轴；安装在所述第一传动轴上的主动齿轮；以及设置在所述导向座外壁的第一驱动件，其中，所述第一驱动件的输出端与所述第一传动轴相装配，所述主动齿轮与所述直齿条相啮合。
11.通过采用上述技术方案，在第一驱动件的作用下，使第一传动轴能够进行转动，使安装在第一传动轴上的主动齿轮可以在直齿条上进行滚动，从而使得导向座可以轻松地沿着导轨上移动，有利于对导向座与隧道围岩之间的距离进行调整，提高了导向座运动的便捷性和效率。
12.优选的，所述高度调整驱动组件包括：安装在所述转动柱外壁的蜗轮；设置在所述导向座顶面的固定座；转动连接在所述固定座一侧的蜗杆；以及设在所述固定座外壁的第二驱动件，其中，所述第二驱动件的输出端与所述蜗杆相装配，所述蜗杆与所述蜗轮相啮合。
13.通过采用上述技术方案，在第二驱动件的作用下，可以驱使蜗杆进行转动，进而使蜗轮带动转动柱进行转动，使得升降螺杆可以沿着转动柱中心轴线的方向进行运动，完成对安装框高度位置的调整，提高了升降螺杆运动的便捷性和效率。
14.优选的，所述角度调节驱动组件包括：转动连接在所述安装框内的第二传动轴；以及设置在所述安装框外壁的第三驱动件，其中，所述第三驱动件的输出端与所述第二传动轴相装配，所述固定框固定在所述第二传动轴远离所述第三驱动件的一端。
15.通过采用上述技术方案，由于固定框安装在第二传动轴的一端，在第三驱动件的作用下，可以使第二传动轴带动固定框进行转动，作业人员可根据隧道弧度的实际情况而对固定框的角度进行调整，固定框采用自动化角度定位，可以提高固定框角度的定位精度。
16.优选的，所述打孔驱动组件包括：转动连接在所述固定框中部的传动螺杆；螺纹连接在所述传动螺杆上的移动座；以及安装在所述固定框外壁的第四驱动件，其中，所述第四驱动件的输出端与所述传动螺杆相装配，所述插杆座固定在所述移动座的底壁。
17.通过采用上述技术方案，在第四驱动件的作用下，传动螺杆能够进行转动，由于插杆座固定在移动座的底壁，使移动座可以带动插杆座沿传动螺杆往靠近隧道的方向进行移动，进而把锚杆贯入至隧道的围岩内，并且，当锚杆贯入完毕后，移动座带动插杆座往远离隧道的方向进行移动，实现锚杆与插杆座的分离，提高了隧道开挖过程中的围岩工作面的稳定性，并且，有利于减少作业人员手动贯入锚杆的工序，降低了作业人员的劳动强度。
18.优选的，所述插杆座的中部开设有插杆孔，所述插杆座靠近所述插杆孔输出端的位置处安装有若干个弹性锁紧片，若干所述弹性锁紧片均匀分布在所述插杆座的内侧壁
上，所述锚杆活动穿插在若干所述弹性锁紧片的中心位置处。
19.通过采用上述技术方案，作业人员把锚杆活动穿插在若干个弹性锁紧片的中心位置处，在锚杆穿插在插杆座的过程中，若干个弹性锁紧片的设置可以减少锚杆的端部与插杆座内侧壁发生碰撞，以达到减少锚杆损坏的目的，此外，若干个弹性锁紧片可以对穿插在插杆孔内的锚杆进行锁定，有利于减少锚杆从插杆孔内脱出的现象，提高了锚杆安装在插杆孔内的稳定性。
20.优选的，所述弹性锁紧片包括有第一缓冲弹簧和弧形压板，所述第一缓冲弹簧的一端与所述插杆座的内侧壁相装配、另一端与所述弧形压板的侧壁相装配，所述弧形压板的开口指向背离插杆孔中心轴线的一端。
21.通过采用上述技术方案，第一缓冲弹簧和弧形压板的配合作用下，可以使锚杆与插杆座之间形成软连接，可以减少锚杆的端部与插杆座内侧壁发生碰撞，并且，弧形压板的开口指向背离插杆孔中心轴线的一端，使得弧形压板与锚杆相抵押的部分可以平滑过渡，一定程度上可以保证锚杆穿插在插杆座过程中的质量。
22.优选的，所述插杆座内部固定有弹性止位块，所述弹性止位块布设在所述插杆座的内底壁上，所述锚杆的端部抵压在所述弹性止位块的侧壁上。
23.通过采用上述技术方案，弹性止位块的设置，可以为锚杆穿插在插杆孔内提供缓冲作用，减少了锚杆端部直接与插杆座内底壁发生碰撞的现象，有利于保证锚杆穿插在插杆座过程中的质量，并且，当锚杆贯入到围岩时，弹性止位块内部积聚的弹性势能转变为动能，使锚杆可以轻松地从插杆座内脱出，进而提高了锚杆的脱杆效率。
24.本技术还公开一种加固结构的使用方法，适用于基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构，包括以下步骤：s1：导向座水平定位：所述第一驱动件驱动所述第一传动轴进行转动，所述主动齿轮在所述直齿条上滚动，所述导向座沿所述导轨向靠近隧道围岩的方向进行移动。
25.s2：安装框高度定位：所述第二驱动件驱动所述蜗杆进行转动，所述蜗轮、所述转动柱同时进行转动，所述升降螺杆带动所述安装框沿转动柱的中心轴线方向运动。
26.s3：固定框角度定位：所述第三驱动件驱动所述第二传动轴进行转动，所述固定框绕第二传动轴的轴心线旋转。
27.s4：锚杆贯入隧道：所述第四驱动件驱动所述传动螺杆进行转动，所述移动座沿传动螺杆向靠近隧道围岩的方向进行移动，所述锚杆贯入所述隧道内。
28.s5：锚杆与插杆座分离：所述第四驱动件驱动所述传动螺杆进行转动，所述移动座沿传动螺杆向远离隧道围岩的方向进行移动，所述锚杆从所述插杆座内脱出。
29.通过采用上述技术方案，依次进行导向座水平定位、安装框高度定位、固定框角度定位、锚杆贯入隧道、以及锚杆与插杆座分离，并以此依次循环进行，若干个锚杆贯入至围岩后，在围岩处形成管棚，可以有效地稳固围岩，起到减少掌子面受力过大而发生变形，提高了作业人员施工过程中的安全系数。
30.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1、在高度调整驱动组件的作用下，转动柱能够进行转动，由于安装框固定在升降螺杆上，使升降螺杆可以带动安装框沿着转动柱中心轴线的方向进行运动，完成对安装框高度位置的调整，由于固定框设置在安装框的一侧，在角度调整驱动组件的作用下，可以实
现对固定框角度的调整，作业人员可根据隧道弧度的实际情况而对固定框的角度进行调整，作业人员把锚杆活动安装在插杆座的中部，使锚杆的头部指向隧道的围岩，在打孔驱动组件的作用下，可以把锚杆贯入隧道的围岩内，完成锚杆的贯入后，再对锚杆进行分离，使锚杆稳定贯入在围岩内，实现对围岩工作面的加固，以此依次循环进行，若干个锚杆贯入至围岩后，在围岩处形成管棚，可以有效地稳固围岩，起到减少掌子面受力过大而发生变形，提高了作业人员施工过程中的安全系数；2、作业人员把锚杆活动穿插在若干个弹性锁紧片的中心位置处，在锚杆穿插在插杆座的过程中，若干个弹性锁紧片的设置可以减少锚杆的端部与插杆座内侧壁发生碰撞，以达到减少锚杆损坏的目的，此外，若干个弹性锁紧片可以对穿插在插杆孔内的锚杆进行锁定，有利于减少锚杆从插杆孔内脱出的现象，提高了锚杆安装在插杆孔内的稳定性；3、弹性止位块的设置，可以为锚杆穿插在插杆孔内提供缓冲作用，减少了锚杆端部直接与插杆座内底壁发生碰撞的现象，有利于保证锚杆穿插在插杆座过程中的质量，并且，当锚杆贯入到围岩时，弹性止位块内部积聚的弹性势能转变为动能，使锚杆可以轻松地从插杆座内脱出，进而提高了锚杆的脱杆效率。
附图说明
31.图1是本技术实施例的整体结构示意图。
32.图2是图1的全剖视图。
33.图3是图1中a的放大图。
34.图4是图2中b的放大图。
35.图5是本技术实施例中插杆座与锚杆的配合示意图。
36.附图标记说明：1、隧道；11、围岩；12、掌子面；2、导轨；21、直齿条；22、导向座；31、转动柱；32、第一传动轴；33、主动齿轮；34、第一驱动电机；4、升降螺杆；41、滑条；5、固定座；51、配合滑槽；52、蜗轮；53、蜗杆；54、第二驱动电机；6、安装框；71、第二传动轴；72、第三驱动电机；8、固定框；91、传动螺杆；92、移动座；93、插杆座；931、锚杆；932、插杆孔；933、弹性锁紧片；9331、弧形压板； 934、弹性止位块；9341、止位挡板；9342、第二缓冲弹簧；94、第四驱动电机。
具体实施方式
37.以下结合附图1-5对本技术作进一步详细说明。
38.本技术实施例公开基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构。
39.参照图1和图2，基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构，包括有导轨2，导轨2安装在工作地面上，导轨2的延伸方向与隧道1的开挖方向相一致，在导轨2的顶部滑动连接有导向座22，导向座22为倒“凹”字型的座体。
40.具体地，在导轨2的顶面固定有直齿条21，直齿条21的延伸方向与导轨2的延伸方向相一致，对应地，导向座22的中部转动连接有第一传动轴32，第一传动轴32的中间位置处固定有主动齿轮33，主动齿轮33与直齿条21相啮合，此外，在导向座22的外壁设置有第一驱动电机34，第一驱动电机34的输出端与第一传动轴32相装配，在第一驱动电机34的作用下，第一传动轴32能够进行转动，使固定在第一传动轴32上的主动齿轮33可以在直齿条21上进
行滚动，进而可以带动导向座22沿导轨2的长度方向进行移动，作业人员根据实际情况可以对导向座22的水平位置进行定位。
41.参照图2和图3，导向座22的顶面转动连接有转动柱31，在本技术实施例中，转动柱31为中空圆形柱，在转动柱31的外壁固定有蜗轮52，转动柱31的中部螺纹连接有升降螺杆4，升降螺杆4的延伸方向与导轨2的延伸方向相垂直，升降螺杆4远离导向座22的一端固定有安装框6。
42.另外，在导向座22的顶面固定有固定座5，固定座5布设在靠近蜗轮52的位置处，固定座5的侧壁转动连接有蜗杆53，蜗杆53与蜗轮52相啮合，并且，在固定座5的外壁安装有第二驱动电机54（参照图1），第二驱动电机54的输出端与蜗杆53相装配。
43.在第二驱动电机54的作用下，蜗杆53能够进行转动，使得蜗轮52带动转动柱31旋转，进而使升降螺杆4沿转动柱31中心轴线的方向进行运动，作业人员根据实际情况可以对安装框6的高度位置进行定位。
44.为了进一步提高升降螺杆4运动过程中的稳定性，在升降螺杆4的外壁固定有滑条41，滑条41布设在升降螺杆4靠近安装框6的位置处，滑条41指向固定座5的侧壁，对应地，固定座5靠近滑条41的一侧开设有配合滑槽51，滑条41与配合滑槽51之间相适配滑动连接，当升降螺杆4沿转动柱31中心轴线的方向进行运动时，滑条41同时在配合滑槽51内滑动，有利于提高升降螺杆4运动过程的稳定性，以保证升降螺杆4可以沿着同一条直线运动。
45.参照图2和图4，在安装框6内转动连接有第二传动轴71，第二传动轴71靠近隧道1的一端固定有固定框8，在安装框6的外壁安装有第三驱动电机72，第三驱动电机72的输出端与第二传动轴71相装配，在第三驱动电机72的作用下，第二传动轴71能够进行转动，可以带动固定在第二传动轴71上的固定框8绕第二传动轴71的轴心线旋转，实现对固定框8角度的调整与定位。
46.为了对隧道1的围岩11贯入锚杆931，在固定框8的中部转动连接有传动螺杆91，传动螺杆91的延伸方向与导轨2的延伸方向相一致，传动螺杆91的外壁上螺纹连接有移动座92，移动座92的底壁固定有插杆座93，移动座92与插杆座93之间固定有连接杆，插杆座93通过连接杆与移动座92进行固定，插杆座93的中部开设有插杆孔932，使插杆座93的开口指向靠近隧道1的一侧，在插杆座93的中部活动设置有锚杆931，使锚杆931的头部指向隧道1的围岩11。
47.并且，移动座92与插杆座93之间并列布设，使移动座92与插杆座93之间留有空间，以减少锚杆931贯入围岩11的过程中与移动座92发生干涉，固定框8外壁安装有第四驱动电机94，第四驱动电机94的输出端与传动螺杆91相装配，在第四驱动电机94的作用下，传动螺杆91能够进行转动，使移动座92带动插杆座93沿传动螺杆91进行运动。
48.当移动座92带动插杆座93沿传动螺杆91向靠近围岩11的方向进行运动时，可以把锚杆931贯入到围岩11内，当锚杆931贯入完毕后，移动座92带动插杆座93沿传动螺杆91向远离围岩11的方向进行运动，实现插杆座93与锚杆931的分离，并使锚杆931留在围岩11内，依次循环。
49.为了提高锚杆931安装在插杆座93上的便捷性，参照图4和图5，在插杆座93靠近插杆孔932输出端的位置处安装有弹性锁紧片933，弹性锁紧片933的数量视情况而定，在本技术实施例中，弹性锁紧片933有四个，四个弹性锁紧片933均匀分布在插杆座93的内侧壁上，
弹性锁紧片933包括有弧形压板9331和第一缓冲弹簧（图中未示出），弧形压板9331的截面呈“）”型，第一缓冲弹簧的一端与插杆座93的内侧壁相装配、另一端与弧形压板9331的侧壁相装配，并使弧形压板9331的开口指向背离插杆孔932中心轴线的一端，锚杆931活动穿插在四个弹性锁紧片933的中心位置处。
50.此外，插杆座93内部固定有弹性止位块 934，弹性止位块 934布设在插杆座93的内底壁上，弹性止位块 934包括有止位挡板9341和第二缓冲弹簧9342，第二缓冲弹簧9342的一端与插杆座93的内底壁相装配、另一端与止位挡板9341的侧壁相装配，锚杆931的端部抵压在止位挡板9341的侧壁。
51.当作业人员把锚杆931插入插杆孔932内时，弧形压板9331的侧壁与锚杆931的侧壁相抵压，并使第一缓冲弹簧处于被压缩的状态，锚杆931的端部与止位挡板9341的侧壁相抵压，并使第二缓冲弹簧9342处于被压缩的状态，当完成把锚杆931贯入围岩11后，即，插杆座93与锚杆931相分离，第一缓冲弹簧恢复弹性形变、弧形压板9331复位，第二缓冲弹簧9342恢复弹性形变，止位挡板9341复位。
52.一种加固结构的使用方法，适用于上述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构，包括以下步骤：s1：导向座22水平定位：第一驱动电机34驱动第一传动轴32进行转动，固定在第一传动轴32上的主动齿轮33在直齿条21上滚动，导向座22沿导轨2的长度方向往靠近隧道1围岩11的方向进行移动，完成对导向座22水平位置的定位。
53.s2：安装框6高度定位：第二驱动电机54驱动蜗杆53进行转动，蜗轮52、转动柱31同时进行转动，升降螺杆4带动安装框6沿转动柱31的中心轴线方向运动，完成对安装框6高度位置的定位。
54.s3：固定框8角度定位：第三驱动电机72驱动第二传动轴71进行转动，固定框8绕第二传动轴71的轴心线旋转，实现对固定框8角度的定位。
55.s4：锚杆931贯入隧道1：第四驱动电机94驱动传动螺杆91进行转动，移动座92沿传动螺杆91向靠近隧道1围岩11的方向进行移动，锚杆931贯入隧道1内。
56.s5：锚杆931与插杆座93分离：第四驱动电机94驱动传动螺杆91进行转动，移动座92沿传动螺杆91向远离隧道1围岩11的方向进行移动，锚杆931从插杆座93内脱出，依次循环。
57.本技术实施例基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固结构的实施原理为：作业人员把锚杆931插接在插杆座93内，在第一驱动电机34的作用下，第一传动轴32能够进行转动，固定在第一传动轴32上的主动齿轮33在直齿条21上滚动，导向座22沿导轨2的长度方向往靠近隧道1围岩11的方向进行移动，完成对导向座22水平位置的定位。
58.然后，在第二驱动电机54的作用下，蜗杆53能够进行转动，蜗轮52、转动柱31同时进行转动，升降螺杆4带动安装框6沿转动柱31的中心轴线方向运动，完成对安装框6高度位置的定位。
59.其次，在第三驱动电机72的作用下，第二传动轴71能够进行转动，固定框8绕第二传动轴71的轴心线旋转，实现对固定框8角度的定位。
60.接着，在第四驱动电机94的作用下，传动螺杆91能够进行转动，移动座92沿传动螺杆91向靠近隧道1围岩11的方向进行移动，锚杆931贯入隧道1内。
61.最后，第四驱动电机94驱动传动螺杆91进行转动，移动座92沿传动螺杆91向远离隧道1围岩11的方向进行移动，锚杆931从插杆座93内脱出，以此依次循环进行。
62.以上均为本技术的较佳实施例，本实施例仅是对本技术做出的解释，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。