一种基于引水隧道施工支护装置的制作方法

本发明涉及引水隧道施工支护，具体为一种基于引水隧道施工支护装置。

背景技术：

1、众所周知，引水隧道是一种专门用于引水的工程结构，通常袈裁于地下，其主要作用是将水从一个地方引导到另一个地方。引水隧道可以用于各种目的，包括供水、灌溉、发电等。而引水隧洞一般采用衬砌施工。在围岩坚硬稳定的地址条件下可用喷浆或混凝土树砌，否则要用钢筋混凝上衬砌，而在引水隧道建设过程中，由于面临地质条件复杂、施工环境恶劣、施工期限紧张等挑战，因此就需要有效的支护装置确保隧道施工安全性和工程质量。

2、但现有的支护装置在对引水隧道进行支护时，主要通过单一的支护结构进行支护，仅能实现一级支护，无法有效应对复杂地质条件和施工环境带来的挑战，且现有的支护装置在进行支护后，难以对支护机构进行锁定，造成支护装置在受到应力后，易发生倒塌，从而影响支护装置的支护效果，造成支护强度不够，从而造成施工存在安全隐患。

技术实现思路

1、基于上述问题，本发明目的在于提供一种基于引水隧道施工支护装置，以解决上述问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种基于引水隧道施工支护装置，包括位于隧道内的门型架，以及设于门型架上的支护机构，支护机构包括一级支护结构和二级支护结构；

4、其中，基于上述方案，一级支护结构包括：顶板、升降组件和锁定组件，通过升降组件用于带动顶板在门型架的上部进行伸缩，锁定组件用于对顶板进行锁定支撑，升降组件设有至少一组，并位于顶板与门型架之间，其包括顶部相互铰接并形成倒v形的连杆，连杆顶端与通过铰接座与顶板连接，且连杆的两个底端通过滑动机构与门型架的顶部滑动连接，在门型架的上部且位于连杆两侧位置处还设有液压推杆，液压推杆相对设置，且其输出端分别与连杆的两个底端相铰接，通过液压推杆推动连杆的两个底端通过滑动机构沿相互靠近或远离的方向滑动，继而推动顶板上下移动；

5、而锁定组件包括：固定筒、锁定块和顶杆，固定筒的内部中空形成锁定腔，且固定筒底部与门型架上部固定连接，在固定筒的外周壁上对称开设有与锁定腔相连通的锁定槽，锁定块滑动设置在锁定腔内，且其两侧均设有与锁定槽相适配的弹性插销，顶杆竖直设于锁定块的上部，且其顶端与锁定块上部相连接，顶杆的顶端延伸至固定筒上部并与顶板相连接。

6、本方案特引入多级支护机构，实现对引水隧道进行多级支护，也即是利用一级支护结构和二级支护结构的相互补充，形成更为完善的支护网，从而有效地对抗复杂地质条件和施工环境的挑战。具体来说，本方案将二级支护结构设置在一级支护结构上部，使其直接与隧道端面进行支护接触，在一定程度上分担了隧道围岩对支护装置整体的挤压应力，并降低了一级支护结构的负荷，通过分层支护的方式，可以有效减少单一支护结构的受力范围，延长其使用寿命，降低因负荷过大而导致支护结构失效的风险，同时在实际支护时，一级支护结构还可作为升降机构对二级支护结构的支护高度进行调整，使其适应不同高度的引水隧道，从而改善支护装置支护效果。进一步地，本方案中在一级支护结构上设置锁定组件，当其顶板通过升降组件上下移动，完成对隧道壁的支护后，顶板在上升过程中可带动锁定块在固定筒中进行同步上下移动，从而当锁定块达到锁定位置时，位于锁定块两侧弹性插销可插入至锁定槽中，从而使其相互配合，以形成对一级支护结构进行稳固锁定，并保持顶板位置始终稳定，有效防止其在受到应力后倾斜或移动，进而确保支护结构的有效性和安全性。

7、优选地，滑动机构包括滑槽和滑块，滑槽沿门型架上部长度方向开设，且滑块分别设于滑槽的两端，并与连杆的底相连连接。利于连杆的两底端在受到液压推杆相互挤压推动后，通过滑槽和滑块在门型架上部沿相互靠近方向滑动，便于连杆进行弯折或展开，进而支撑顶板向上移动。

8、进一步地，滑槽的内部且位于两个滑块之间设有储气筒，储气筒的内部两端设有挤压活塞，且两个挤压活塞与两个滑块对应设置，且相互对应设置的挤压活塞和滑块之间通过连接杆相连接，在固定筒内部的锁定腔中还设有通过气体通管与储气筒相连通的伸缩气囊，伸缩气囊的顶部与锁定块相连接，且气体通管上与伸缩气囊之间设有单向阀。基于上述结构，在顶板上移时，也即是连杆的两底端沿相互靠近的方向滑动时，可通过连接杆推动挤压活塞沿相互靠近的方向移动，从而将储气筒内的气体充入至伸缩气囊中，利于伸缩气缸膨胀伸长后推动锁定块在固定筒内移动，从而利于实现锁定块的锁定位置精准(进一步通过连接杆实现对顶板高度的精确调整)，同时挤压活塞和储气筒的设计在一定程度上可以起到减震和缓冲作用，也即是当顶板上升时，气体在储气筒内压缩，挤压活塞起到阻尼效果，减少顶板上升过程中的冲击力，并提高整体系统的稳定性，且在顶板支护过程中提供额外的安全保障，也即是当出现意外情况导致顶板失控下降，伸缩气囊由气体通管输气膨胀后，在单向阀的作用下，其内气体难以排出，从而使伸缩气囊依旧保持在膨胀伸长状态，进而通过锁定块和连接杆为顶板提供额外支撑和阻力，进而避免顶板突然下落，从而保护施工人员和设备的安全。

9、进一步优选地，两个弹性插销与锁定块之间通过弹性伸缩组件相连接，弹性伸缩组件包括：凹槽、伸缩气筒和支撑块，凹槽开设在锁定块外侧且对应弹性插销位置处，伸缩气筒与伸缩气囊之间通过细管连通，且其设于凹槽内，伸缩气筒的输出端与嵌设在凹槽内的支撑块相连接，且支撑块远离伸缩气筒的一侧与弹性插销相连接，弹性插销截面呈锥形。基于上述结构，可使弹性插销与锁定槽之间锁定更为紧固，也即是通过伸缩气筒与伸缩气囊相连通，在伸缩气囊内部充气逐渐膨胀时，部分气体依然会进入至伸缩气筒中，从而使其进行伸长，以推动支撑块在凹槽内滑出，进而带动弹性插销插入至锁定槽中，以此实现在顶板突然失控下降时，由于伸缩气囊中的气体难以排出，进而使的伸缩气筒的气体也将难以排出，从而使得支撑块始终受到伸缩气筒的抵紧力，以使弹性插销始终插入至锁定槽中，从而实现对锁定块进行固定限位，避免锁定块在固定筒内发生移动，从而使其通过连接杆对顶板进行始终固定支撑，从而确保其支护稳定性。

10、具体地，二级支护结构包括：支撑基座和若干支撑子体，支撑基座安装在顶板上，且其内部形成空腔，若干支撑子体阵列设置在支撑基座上，且若干支撑子体的底端贯穿至支撑基座内部的空腔中、并与支撑基座滑动连接，在支撑子体内部的空腔中还设有受力支撑体，受力支撑体顶部与若干支撑子体相抵接，受力支撑体内部填充有非牛顿流体。

11、本方案通过二级支护结构的设置，使二级支护在对隧道顶部进行支撑时，能有效与隧道顶部的不规则断面，从而使其对隧道顶部进行贴合支护，提升其支护稳定性，也即是根据非牛顿流体特性和若干支撑子体的设置，在对不规整隧道顶端进行支护时，当支撑基座随着顶板向上移动靠近隧道顶部进行支护时，由于其是逐渐靠近隧道顶部的，也即是当支撑子体与隧道顶部抵接后，是逐渐对隧道顶部造成挤压的，因此此时受力支撑体本身是缓慢受力的，因此其可在支撑子体传导而至的挤压力情况下发生形变，也即是促使支撑子体在支撑基座上形成与隧道顶部曲线相适配的阶梯差，从而使支撑字体能对隧道顶部不规整断面进行有效贴合支护，提升其支护效果，同时这里需要进一步说明的，由于非牛顿流体本身特性，其在在受到瞬间受力时通常表现出了所谓的“瞬变”或“剪切稀化”的现象，即在瞬间施加高剪切速率或应力时，非牛顿流体会表现得非常坚硬，黏度迅速增加，其近似于固体，因此当在引水隧道顶部发生倒塌时，由于其围岩应力瞬间释放，因此此时支撑子体受到挤压应力会瞬间传递至受力支撑体上，进而使受力支撑体在瞬时剪切力的作用下，变得极为坚硬，以对支撑子体提供极为稳固的支护力，从而提高其支护稳定性，使其支护更为安全。

12、基于上述，进一步优选地，任两个支撑子体之间还设有联动调整机构，联动调整机构包括：液压缸和压线轮，液压缸竖直设置，且其底端与支撑基座固定连接，液压缸的输出端连接有压线轮，且压线轮的上部设有钢缆，钢缆的两端分别与相邻的支撑子体相连接，这里需要说明的是，基于上述结构设置，在作业人员通过二级支护结构对隧道顶部进行支撑时，可通过联动调整机构对若干支撑子体的高度进行细微调整，从而使其与隧道顶部更为贴合，也即是当作业人员需要对支撑字体的支护高度进行调节时，可启动液压缸，使其带动压线轮进行上下移动，以使压线轮上下移动后，带动与之相连接的支撑子体上下移动，进而实现对第二支护结构的高度进行细微调整，从而提升其支护精度，进而对不同高度的隧道顶部进行支护。同时需要说明的是，由于相邻的两个支撑子体之间通过压线轮和纲缆相连接，因此在隧道顶部某一区域发生垮塌而对其用于支撑的支撑子体造成下压力时，其可通过压线轮和钢缆对其两侧的支撑子体提供一个向上的拉力，进而使位于其两侧的支撑子体对围岩提供额外支护力，以此大大改善支护装置的支护效果。

13、优选地，在任一相邻支撑子体的之间还设有过渡支撑部，过渡支撑部包括分别与两个相邻的支撑子体顶部侧面相铰接的第一子板和第二子板，且第一子板和第二子板之间相铰接，第一子板和第二子板均为伸缩板。基于上述结构，便于对相邻支撑子体之间的缝隙空间进行封堵，从而使其对隧道顶部支护更为全面贴合，同时其第一子板和第二子板相互铰接并与支撑子体也为铰接，同时其均为伸缩板，因此其在封堵缝隙空间时，还避免了对支撑子体的高度调节造成阻碍影响。

14、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

15、1、本方案特引入多级支护机构，实现对引水隧道进行多级支护，也即是利用一级支护结构和二级支护结构的相互补充，形成更为完善的支护网，从而有效地对抗复杂地质条件和施工环境的挑战；具体来说，本方案将二级支护结构设置在一级支护结构上部，使其直接与隧道端面进行支护接触，在一定程度上分担了隧道围岩对支护装置整体的挤压应力，并降低了一级支护结构的负荷，通过分层支护的方式，可以有效减少单一支护结构的受力范围，延长其使用寿命；

16、2、本方案在一级支护结构上设置锁定组件，当其顶板通过升降组件上下移动，完成对隧道壁的支护后，顶板在上升过程中可带动锁定块在固定筒中进行同步上下移动，从而当锁定块达到锁定位置时，位于锁定块两侧弹性插销可插入至锁定槽中，从而使其相互配合，以形成对一级支护结构进行稳固锁定，并保持顶板位置始终稳定，有效防止其在受到应力后倾斜或移动，进而确保支护结构的有效性和安全性，且通过挤压活塞和储气筒的设计在一定程度上可以起到减震和缓冲作用，也即是当顶板上升时，气体在储气筒内压缩，挤压活塞起到阻尼效果，减少顶板上升过程中的冲击力，并提高整体系统的稳定性，在顶板支护过程中提供额外的安全保障，也即是当出现意外情况导致顶板失控下降，伸缩气囊由气体通管输气膨胀后，在单向阀的作用下，其内气体难以排出，从而使伸缩气囊依旧保持在膨胀伸长状态，进而通过锁定块和连接杆为顶板提供额外支撑和阻力，进而避免顶板突然下落，从而保护施工人员和设备的安全；

17、3、本方案进一步通过二级支护结构的设置，使二级支护在对隧道顶部进行支撑时，能有效与隧道顶部的不规则断面，从而使其对隧道顶部进行贴合支护，提升其支护稳定性，也即是根据非牛顿流体特性和若干支撑子体的设置，在对不规整隧道顶端进行支护时，当支撑基座随着顶板向上移动靠近隧道顶部进行支护时，由于其是逐渐靠近隧道顶部的，也即是当支撑子体与隧道顶部抵接后，是逐渐对隧道顶部造成挤压的，因此此时受力支撑体本身是缓慢受力的，因此其可在支撑子体传导而至的挤压力情况下发生形变，也即是促使支撑子体在支撑基座上形成与隧道顶部曲线相适配的阶梯差，从而使支撑字体能对隧道顶部不规整断面进行有效贴合支护，提升其支护效果；而当在引水隧道顶部发生倒塌时，由于其围岩应力瞬间释放，因此此时支撑子体受到挤压应力会瞬间传递至受力支撑体上，进而使受力支撑体在瞬时剪切力的作用下，变得极为坚硬，以对支撑子体提供极为稳固的支护力，从而提高其支护稳定性，使其支护更为安；

18、4、本发明还巧妙地设置有联动调整机构，通过其在作业人员通过二级支护结构对隧道顶部进行支撑时，可通过联动调整机构对若干支撑子体的高度进行细微调整，从而使其与隧道顶部更为贴合，且由于相邻的两个支撑子体之间通过压线轮和纲缆相连接，因此在隧道顶部某一区域发生垮塌而对其用于支撑的支撑子体造成下压力时，其可通过压线轮和钢缆对其两侧的支撑子体提供一个向上的拉力，进而使位于其两侧的支撑子体对围岩提供额外支护力，以此大大改善支护装置的支护效果。