一种浅埋偏压隧道围岩破碎段开挖防护装置及防护方法与流程

1.本发明涉及隧道防护装置的技术领域，具体为一种浅埋偏压隧道围岩破碎段开挖防护装置及防护方法。


背景技术：

2.着我国大规模、现代化、高标准的城市道路与交通运输工程建设，隧道工程的数量和建设规模不断扩大，不可避免地会遇到软弱围岩地层。软弱围岩对其描述性定义为结构松散、胶结程度差、破碎、膨胀、风化、强度低、孔隙大、受结构面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的岩体；软弱围岩的特点是自稳能力差，强度低。在这一类岩层中开挖的隧道，我们称为软弱围岩隧道，在开挖过程中需要预先设置防护装置，以免工程中发生意外。
3.目前大部分防护装置均采用混凝土喷射锚杆的方式进行固定，而使用的锚杆其结构较为简单，锚杆的锚固力需要在混凝土凝固后方可实现牢固的连接作用，因此具有延时性，不便于后续工序的进行，降低了施工效率，且锚杆与支护结构之间的连接强度较差，不便于整个防护装置稳定的连接与隧道中。
4.综上所述，目前现有的支护防护装置还存在防护装置与锚杆之间连接强度低的技术、锚杆结构简单的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种浅埋偏压隧道围岩破碎段开挖防护装置及方法，以解决目前现有的防护装置与锚杆之间连接强度低、锚杆结构简单的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
7.一种浅埋偏压隧道围岩破碎段开挖防护的方法，包括以下步骤：
8.在隧道侧壁用钻机打孔布置超前钻孔，所述中心孔的钻孔方向和隧道侧壁外接圆切线方向垂直，所述钻孔的内腔安装有具有锁定效果的锚杆，以使锚杆牢固的锁定在钻孔中，安装好后对钻孔进行混黏土浇筑，以使锚杆完全固定在隧道侧壁上，再在施工现场构建基础内框架模型，根据待施工的隧道规格选择合适的钢板，将三块钢板焊接形成一个顶部呈圆拱形的洞口结构，并使基础内框架模型稳定的于所述锚杆连接，以形成一个对隧道侧壁支撑的支护结构；
9.其中，所述三块钢板上均开设有孔洞，三块所述钢板上贴于所述隧道侧壁侧壁的一侧的孔洞与钻孔对齐分布，以便于所述锚杆的贯穿连接；
10.在所述基础内框架模型的构建基础上安装钢筋，所述钢筋按序的插入到位于隧道侧壁两侧的所述钢板的孔洞中，所述钢筋与伸出所述钢板的锚杆纵横交错的连接，且钢筋与锚杆的连接处通过铁丝捆绑固定，以形成支护结构的外框架模型，并在外框架模型的边缘处用木工板进行密封，
11.在所述外框架模型中浇筑混凝土，浇筑过程中，所述基础内框架模型与锚杆、钢筋
和混凝土之间形成一个向上拱起支撑防护结构；
12.浇筑完成后，待混凝土完全成型凝固后拆除用于密封的木工板。
13.作为本发明的一种优选方案，所述基础内框架模型包括两个l形钢板与一个弧形钢板，所述弧形钢板焊接于两个所述l形钢板的竖直端顶部，两个所述l形钢板与隧道的两个侧壁相贴合，所述弧形钢板与隧道的顶部相贴合，以形成一个对隧道支撑的防护节结构；
14.两个所述l形钢板与所述弧形钢板上均开设有有数个等间距安装孔，两个所述l形钢板的竖直段上的安装孔与所述弧形钢板上的安装孔均与所述钻孔之间均插接有锚杆，并两个所述l形钢板的横段上的安装孔中连接有钢筋，在所述钢筋与锚杆配合作用下以使基础内框架模型固定在隧道侧壁上。
15.作为本发明的一种优选方案，所述l形钢板竖直段上的安装孔与所述弧形钢板上的安装孔位于同一条弧线上，所述l形钢板竖直段上的安装孔与横段上的安装孔处于外切的状态，以便于钢筋与锚杆之间的交错连接。
16.作为本发明的一种优选方案，相邻两个所述钢筋与锚杆之间形成一个矩形结构，所述矩形结构的各个顶角处连接均连接有横向设置的加强筋，以与所述钢筋与锚杆之间形成一个交错的支撑加强网。
17.作为本发明的一种优选方案，所述锚杆伸入所述钻孔的一端设置有外弹锁定机构，所述外弹锁定机构包括铰接在锚杆圆周外侧的锁定支翼、以及推动所述锁定支翼外翻或内收的支撑柱，所述支撑柱的一端与所述锁定支翼相铰接，所述支撑柱的另一端与所述锚杆的侧壁相滑动连接；
18.所述锚杆的外侧壁上开设有供所述支撑柱滑动的滑槽，所述支撑柱的滑动端与所述滑槽的内腔安装伸缩弹簧，在所述伸缩弹簧的弹性形变的作用下推动所述支撑柱朝着滑槽滑动，以使所述锚杆时刻处于外翻的状态。
19.作为本发明的一种优选方案，所述滑槽的端部一直延伸到所述锚杆的杆尾处，所述滑槽的一端开口一端封闭，所述滑槽的内腔沿自长度方向上安装有导向杆，所述导向杆上分别滑动有两个滑动块，其中一个滑动块与所述锁定支翼相铰接，另一个所述滑动块与所述支撑柱相铰接；两个滑动块之间连接有套设在所述导向杆上的伸缩弹簧；
20.与所述锁定支翼相连接的所述滑动块与所述锚杆之间能通过螺钉相固定连接，以使所述锁定支翼位置的固定。
21.作为本发明的一种优选方案，所述锁定支翼至少设置有两组，每组均至少包括三个所述锁定支翼，两组所述锁定支翼分别设置在锚杆的杆尾处于锚杆靠近钻孔的开口处；
22.位于同组中的三个所述锁定支翼均固定在所述锚杆的同一位置上，且相邻两个所述锁定支翼之间的夹角相同。
23.作为本发明的一种优选方案，两个所述l形钢板与所述弧形钢板贴近所述隧道侧壁的一端的安装孔均安装有弹性缓冲组件，所述弹性缓冲组件的内腔开设有供所述锚杆穿过的孔道，所述锚杆穿过所述弹性缓冲组件与所述安装孔的一端设置有螺纹段，所述螺纹段上螺接有固定螺母，在固定螺母的固定作用下以使所述l形钢板与所述弧形钢板紧贴在所述隧道侧壁上，且在挤压过程中，所述弹性缓冲组件发生弹性形变。
24.作为本发明的一种优选方案，所述弹性缓冲组件包括固定座与伸缩座，所述伸缩座滑动连连接在所述固定座的内腔，所述固定座固定连接在所述所述l形钢板或所述弧形
钢板上，所述固定座的内腔底部与伸缩座的底部之间连接有套设在所述锚杆上的弹簧。
25.作为本发明的一种优选方案，利用一种浅埋偏压隧道围岩破碎段开挖防护的方法制作的防护装置，
26.所述防护装置包括固定在所述隧道侧壁的锚杆、两个所述l形钢板与所述弧形钢板，两个所述l形钢板与所述弧形钢板之间形成一个顶部呈圆拱形的基础内框架模型，所述基础内框架模型与锚杆之间固定连接；
27.所述两个所述l形钢板与所述弧形钢板上均开设有供所述锚杆与钢筋插接的安装孔，在所述锚杆与钢筋的交错连接作用下以形成一个配合隧道洞口形状的外框架，并在所述混凝土的浇筑的作用下以使基础内框架模型和外框架与隧道侧壁上锁定的锚杆固定。
28.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
29.本发明通过在锚杆上设置外弹锁定机构使锚杆快速锁定在钻孔中，在浇筑混凝土时，无需混凝土凝固后即可进行下一道工序，施工效率高，且该锚杆通过与钢筋交错编织的方式与支护装置的外框架连接，连接强度高，且整个外框架的两端分别抵触在隧道顶部与底部，进而提高了整个支护装置的支护强度。
30.同时该装置通过弹性缓冲组件来缓冲装置受到的隧道的应力形变，避免了防护装置开裂的可能。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
32.图1为本发明提供的装置整体结构示意图；
33.图2为本发明提供的图1中的a部分放大结构示意图；
34.图3为本发明提供的图1中的b部分放大结构示意图；
35.图中的标号分别表示如下：
36.1、l形钢板；2、弧形钢板；3、安装孔；4、钢筋；5、锚杆；6、加强筋；7、外弹锁定机构；8、弹性缓冲组件；
37.71、锁定支翼；72、支撑柱；73、滑槽；74、伸缩弹簧；75、导向杆；76、滑动块；
38.81、固定座；82、伸缩座；83、弹簧。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.如图1所示，一种浅埋偏压隧道围岩破碎段开挖防护的方法，包括以下步骤：
41.在隧道侧壁用钻机打孔布置超前钻孔，所述中心孔的钻孔方向和隧道侧壁外接圆切线方向垂直，所述钻孔的内腔安装有具有锁定效果的锚杆，以使锚杆牢固的锁定在钻孔
中，安装好后对钻孔进行混黏土浇筑，以使锚杆完全固定在隧道侧壁上，再在施工现场构建基础内框架模型，根据待施工的隧道规格选择合适的钢板，将三块钢板焊接形成一个顶部呈圆拱形的洞口结构，并使基础内框架模型稳定的于所述锚杆连接，以形成一个对隧道侧壁支撑的支护结构；
42.其中，所述三块钢板上均开设有孔洞，三块所述钢板上贴于所述隧道侧壁侧壁的一侧的孔洞与钻孔对齐分布，以便于所述锚杆的贯穿连接；
43.在所述基础内框架模型的构建基础上安装钢筋，所述钢筋按序的插入到位于隧道侧壁两侧的所述钢板的孔洞中，所述钢筋与伸出所述钢板的锚杆纵横交错的连接，且钢筋与锚杆的连接处通过铁丝捆绑固定，以形成支护结构的外框架模型，并在外框架模型的边缘处用木工板进行密封，
44.在所述外框架模型中浇筑混凝土，浇筑过程中，所述基础内框架模型与锚杆、钢筋和混凝土之间形成一个向上拱起支撑防护结构；
45.浇筑完成后，待混凝土完全成型凝固后拆除用于密封的木工板。
46.该支护结构的制作方法相对于常规的隧道支护装置来说，该支护装置与隧道内壁的连接强度高，且该支护装置内部的钢筋分布均匀，从而使内部受到的应力更加的均匀，降低了支护装置损坏的可能。
47.具体的，如图1所示，基础内框架模型包括两个l形钢板1与一个弧形钢板2，弧形钢板2焊接于两个l形钢板1的竖直端顶部，两个l形钢板1与隧道的两个侧壁相贴合，弧形钢板2与隧道的顶部相贴合，以形成一个对隧道支撑的防护节结构；
48.两个l形钢板1与弧形钢板2上均开设有有数个等间距安装孔3，两个l形钢板1的竖直段上的安装孔3与弧形钢板2上的安装孔3均与钻孔之间均插接有锚杆5，并两个l形钢板1的横段上的安装孔3中连接有钢筋4，在钢筋4与锚杆5配合作用下以使基础内框架模型固定在隧道侧壁上。
49.通过l形钢板1的连接作用，使l形钢板1的两端分别连接于隧道侧壁与隧道的底部，起到一个基础支撑的效果，进而加强两个l形钢板1与弧形钢板2之间的支撑，通过两个l形钢板1与弧形钢板2的支撑从而加强整个装置的支撑强度，同时等间距的安装孔也有利于钢筋4与锚杆5均匀的分布。
50.由于l形钢板1与弧形钢板2的基础结构架设好后，需与连接在隧道侧壁上的锚杆5连接，且锚杆5预先安装在隧道的钻孔中，锚杆5起到连接基础结构架与隧道壁的作用，因此整个锚杆5的连接强度需要得到保证。
51.具体的，如图1-2所示，端设置有外弹锁定机构7，外弹锁定机构7包括铰接在锚杆5圆周外侧的锁定支翼71、以及推动锁定支翼71外翻或内收的支撑柱72，支撑柱72的一端与锁定支翼71相铰接，支撑柱72的另一端与锚杆5的侧壁相滑动连接；锚杆5的外侧壁上开设有供支撑柱72滑动的滑槽73，支撑柱72的滑动端与滑槽73的内腔安装伸缩弹簧74。
52.在外弹锁定机构7的作用下使伸入钻孔中的锚杆5锁定，在插入锚杆时，位于锚杆5两侧的锁定支翼71在钻孔的挤压下向着靠近锚杆5的方向运动，从而便于锚杆5伸入钻孔中，当锚杆5完全伸入钻孔后，在伸缩弹簧74的弹性形变的作用下推动支撑柱朝着滑槽73滑动，以使锁定支翼71处于外翻的状态，在锁定支翼71的支撑作用下抵触在钻孔的内腔侧壁上，从而实现锚杆5的锁定，且在锚杆5锁定的情况下进行浇筑处理，在钻孔浇筑时，锁定支
翼71也能够起到进一步的支撑连接作用，便于了锚杆5与混凝土之间的连接。
53.由于锁定支翼71能够在锚杆5上翻转，为了加强锁定支翼71与锚杆5之间的连接强度，因此通过支撑柱72支撑的方式进行连接，在支撑柱72的连接作用下使锁定支翼71连接稳定。
54.具体的，如图2所示，滑槽73的端部一直延伸到锚杆5的杆尾处，滑槽73的一端开口一端封闭，滑槽73的内腔沿自长度方向上安装有导向杆75，导向杆75上分别滑动有两个滑动块76，其中一个滑动块76与锁定支翼71相铰接，另一个滑动块76与支撑柱72相铰接；两个滑动块76之间连接有套设在导向杆75上的伸缩弹簧74；与锁定支翼71相连接的滑动块76与锚杆5之间能通过螺钉相固定连接，以使锁定支翼71位置的固定。
55.通过将滑槽73设置为通槽的形式，一方面便于在锚杆5上加工，另一方面也便于了两个滑动块76的安装，在安装时，只需要将两个滑动滑动块76从导向杆75上穿过即可，且伸缩弹簧74连接在两个滑动块76之间，伸缩弹簧74的弹性极限得到限制，有利于保证锁定支翼71位置的稳定性。
56.由于锁定支翼71锁定在钻孔中，钻孔呈圆形形状，为了加强锁定支翼71与隧道侧壁之间的连接强度。
57.具体的，如图2所示，锁定支翼71至少设置有两组，每组均至少包括三个锁定支翼71，两组锁定支翼71分别设置在锚杆5的杆尾处于锚杆5靠近钻孔的开口处；位于同组中的三个锁定支翼71均固定在锚杆5的同一位置上，且相邻两个锁定支翼71之间的夹角相同。
58.在锚杆5与基础框架之间连接好后，需要对钢筋4的布置，由于钢筋4与锚杆5之间交错设置，因此钢筋4的安装位置需要让位于锚杆5。
59.具体的，如图1所示，l形钢板1竖直段上的安装孔3与弧形钢板2上的安装孔3位于同一条弧线上，l形钢板1竖直段上的安装孔3与横段上的安装孔3处于外切的状态，以便于钢筋4与锚杆5之间的交错连接。
60.由于交错设置的钢筋4与锚杆5呈现数组相互平行的片网形式，相邻的两个片网之间相互独立，从而导致整体的结构强度差，为了避免这样的现象。
61.具体的，如图1所示，相邻两个钢筋4与锚杆5之间形成一个矩形结构，矩形结构的各个顶角处连接均连接有横向设置的加强筋6，以与钢筋4与锚杆5之间形成一个交错的支撑加强网。
62.由于支护装置用于对隧道的支撑作用，且隧道在自然状态下，整个隧道的山体也容易发生形变的的情况，发生的形变的情况越明显就对支护结构的破坏性越强，为了降低这样的影响。
63.具体的，如图1与图3所示，两个l形钢板1与弧形钢板2贴近隧道侧壁的一端的安装孔3均安装有弹性缓冲组件8，弹性缓冲组件8的内腔开设有供锚杆5穿过的孔道，锚杆5穿过弹性缓冲组件8与安装孔3的一端设置有螺纹段，螺纹段上螺接有固定螺母，在固定螺母的固定作用下以使l形钢板1与弧形钢板2紧贴在隧道侧壁上，且在挤压过程中，弹性缓冲组件8发生弹性形变。
64.弹性缓冲组件8设置在隧道与支护装置之间，在弹性缓冲组件8的缓冲作用下降低对支护装置的损坏。
65.进一步的，如图3所示，弹性缓冲组件8包括固定座81与伸缩座82，伸缩座82滑动连
连接在固定座81的内腔，固定座81固定连接在l形钢板1或弧形钢板2上，固定座81的内腔底部与伸缩座82的底部之间连接有套设在锚杆5上的弹簧83。
66.利用上述方法制作的防护装置结构结构强度高，且安全性强，
67.具体的，防护装置包括固定在隧道侧壁的锚杆5、两个l形钢板1与弧形钢板2，两个l形钢板1与弧形钢板2之间形成一个顶部呈圆拱形的基础内框架模型，基础内框架模型与锚杆5之间固定连接；两个l形钢板1与弧形钢板2上均开设有供锚杆5与钢筋4插接的安装孔3，在锚杆5与钢筋4的交错连接作用下以形成一个配合隧道洞口形状的外框架，并在混凝土的浇筑的作用下以使基础内框架模型和外框架与隧道侧壁上锁定的锚杆固定。
68.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。