一种用于隧道垮塌洞段的支护结构及支护方法与流程

本发明涉及隧道施工，具体涉及一种用于隧道垮塌洞段的支护结构及支护方法。

背景技术：

1、在钻爆法施工中，遭遇洞室垮塌后，目前多采用型钢支撑进行初期支护。其中根据洞室断面大小及形状进行型钢的拼接，并紧贴洞壁岩面，采用锚杆对其进行固定，当数环钢支撑搭设完成后采用钢筋焊接进行相互连接。由于垮塌多发生在洞室顶部，因此一般在顶部型钢难以紧贴岩面，且会形成一个型钢表面与岩面间的空腔，一般在后期采取注浆同时用混凝土或砂浆等材料进行钢支撑上方的回填，保证垮塌处回填密实，当塌腔规模较大时采用“拱上拱”的形式使岩体能获得型钢的有效支撑，避免二次垮塌。

2、现有技术存在以下不足：

3、1、支护结构的搭设实施均为人工操作，且注浆、回填等操作一般需待上部围岩基本自稳后才能进行，同时注浆回填等工序需数小时后才具备一定的强度，因此当围岩稳定性极差时难以立即发挥支护的效果，容易造成支护期间的二次垮塌。

4、2、当塌腔规模较大时，采用混凝土或砂浆等材料回填量大，同时因自重原因可能造成型钢变形导致结构失效；如果采用“拱上拱”的形式则需要人工在无防护的条件下进行高空搭设，对操作要求高，支护效果难以保证且安全风险极高。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述技术问题，目的在于提供一种用于隧道垮塌洞段的支护结构及支护方法，实现了能在垮塌初期进行快速有效支护，同时保证现场施工人员的安全。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，包括：多个支护模块，多个所述支护模块间隔连接在钢支撑上，所述钢支撑与垮塌断面的初始形态贴合；

4、所述支护模块包括：上部钢板、下部钢板、支撑钢板和支撑柱，所述上部钢板和所述下部钢板平行设置，且通过平行设置的工字钢固定连接，所述工字钢与隧道的轴向方向垂直；

5、所述上部钢板上设置有通槽，所述支撑钢板贴合在所述上部钢板的上侧面，所述支撑柱为单向伸长杆，所述支撑柱的上端穿过所述通槽与所述支撑钢板的下侧面连接，所述下部钢板的上侧面支撑所述支撑柱的下端；

6、所述上部钢板和所述下部钢板上均设置有撑杆孔，所述支护结构还包括撑杆，所述撑杆的上端穿过所述撑杆孔且对所述支撑钢板施加向上的驱动力，所述撑杆的上端设置在所述支撑钢板上的撑杆固定孔内，所述撑杆的下端设置在隧道内。

7、具体地，所述支撑柱包括多个支撑节，相邻的两个所述支撑节之间通过转动组件转动连接，且所述转动组件具有单向卡合开关相邻的两个所述支撑节之间的角度在转动的情况下单向增大，且最大为180°。

8、具体地，所述支撑柱的上端通过转向接头与所述支撑钢板转动连接，所述下部钢板的上侧面设置有导向支撑筒，所述支撑柱的下端卡合在所述导向支撑筒内。

9、一种可选地实施方式，所述单向卡合开关包括单向棘轮和止向片，两个所述支撑节通过所述单向棘轮转动连接，所述止向片与其中一个所述支撑节固定连接，且所述止向片设置在所述单向棘轮的转动方向上，当两个所述支撑节同轴时，另一个所述支撑节与所述止向片贴合。

10、另一种可选地实施方式，所述单向卡合开关包括：铰接端和卡口端，相邻的两个所述支撑节通过所述铰接端和所述卡口端转动连接，所述铰接端与其中一个所述支撑节固定连接，所述卡口端与另一个所述支撑节固定连接；

11、所述铰接端包括的第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和所述第二侧板均与一个所述支撑节的端面固定连接；

12、所述卡口端包括卡接板，所述卡接板与另一个所述支撑节的端面固定连接，所述卡接板设置在所述第一侧板和所述第二侧板之间，且所述卡接板通过转轴与所述第一侧板和所述第二侧板转动连接。

13、具体地，所述第一侧板、所述第二侧板和所述卡接板均为圆形板，所述第一侧板、所述第二侧板和所述卡接板同轴设置，且所述转轴设置在其轴心处；

14、与所述卡接板连接的所述支撑节的端面上设置有与所述第一侧板和所述第二侧板的圆周面适配的弧形槽，所述圆周面与所述弧形槽之间设置有单向转动组件。

15、具体地，所述单向转动组件包括：单向锁槽和单向锁扣，所述单向锁槽设置在所述第一侧板和所述第二侧板的圆周面上，所述弧形槽的上设置有安装孔，所述单向锁扣的内端设置在所述安装孔内，且所述单向锁扣的端面与所述安装孔的底面之间设置有复位弹簧，所述单向锁扣的外端抵扣在所述单向锁槽内；

16、所述单向锁槽的截面包括直边段和弧边段，所述单向锁扣的外端设置为与所述单向锁槽适配的结构；

17、所述铰接端与所述卡口端发生相对转动的方向为所述直边段指向所述弧边段。

18、进一步，所述单向转动组件还包括止向片，所述止向片固定设置在所述铰接端的一侧，且所述止向片与所述支撑柱的中轴线平行设置，当两个相邻的所述支撑节夹角为180°时，与所述卡口端连接的所述支撑节与所述止向片贴合。

19、具体地，所述上部钢板和所述下部钢板上均设置有灌浆孔。

20、一种用于隧道垮塌洞段的支护方法，基于一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，所述方法包括：

21、确定隧道垮塌洞段位置；

22、根据开挖断面形态确定每品钢支撑在环向上需要设置支护结构并对上方塌腔进行支撑的部位；

23、将支护结构焊接至钢支撑上，并使支护结构位于塌腔正下方；

24、撑杆穿过撑杆孔，并驱动支撑钢板上移，同时支撑柱伸长；

25、支撑钢板紧贴垮塌岩壁；

26、通过灌浆孔灌注混凝土，对空腔进行回填。

27、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

28、本发明通过将支护模块连接在钢支撑上，并通过支撑柱将支撑钢板抵靠在垮塌岩壁上，可在垮塌初立即开展有效的支护，并且使支护结构直接作用于垮塌处的岩壁，因此可防止洞顶再次垮塌和控制变形加剧和垮塌规模，减少洞室垮塌处理的时间及垮塌总方量。

技术特征：

1.一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，包括：多个支护模块，多个所述支护模块间隔连接在钢支撑上，所述钢支撑与垮塌断面的初始形态贴合；

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，所述支撑柱包括多个支撑节(7)，相邻的两个所述支撑节(7)之间通过单向卡合开关转动连接，相邻的两个所述支撑节(7)之间的角度在转动的情况下单向增大，且最大为180°。

3.根据权利要求2所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，所述支撑柱的上端通过转向接头(9)与所述支撑钢板(3)转动连接，所述下部钢板(2)的上侧面设置有导向支撑筒(5)，所述支撑柱的下端卡合在所述导向支撑筒(5)内。

4.根据权利要求2所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，所述单向卡合开关包括单向棘轮和止向片(13)，两个所述支撑节(7)通过所述单向棘轮转动连接，所述止向片(13)与其中一个所述支撑节(7)固定连接，且所述止向片(13)设置在所述单向棘轮的转动方向上，当两个所述支撑节(7)同轴时，另一个所述支撑节(7)与所述止向片(13)贴合。

5.根据权利要求2所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，所述单向卡合开关包括：铰接端(11)和卡口端(10)，相邻的两个所述支撑节(7)通过所述铰接端(11)和所述卡口端(10)转动连接，所述铰接端(11)与其中一个所述支撑节(7)固定连接，所述卡口端(10)与另一个所述支撑节(7)固定连接；

6.根据权利要求5所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，所述第一侧板、所述第二侧板和所述卡接板均为圆形板，所述第一侧板、所述第二侧板和所述卡接板同轴设置，且所述转轴设置在其轴心处；

7.根据权利要求6所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，所述单向转动组件包括：单向锁槽(14)和单向锁扣(12)，所述单向锁槽(14)设置在所述第一侧板和所述第二侧板的圆周面上，所述弧形槽的上设置有安装孔，所述单向锁扣(12)的内端设置在所述安装孔内，且所述单向锁扣(12)的端面与所述安装孔的底面之间设置有复位弹簧，所述单向锁扣(12)的外端抵扣在所述单向锁槽(14)内；

8.根据权利要求7所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，所述单向转动组件还包括止向片(13)，所述止向片(13)固定设置在所述铰接端(11)的一侧，且所述止向片(13)与所述支撑柱的中轴线平行设置，当两个相邻的所述支撑节(7)夹角为180°时，与所述卡口端(10)连接的所述支撑节(7)与所述止向片(13)贴合。

9.根据权利要求1所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，其特征在于，所述上部钢板(1)和所述下部钢板(2)上均设置有灌浆孔。

10.一种用于隧道垮塌洞段的支护方法，其特征在于，基于如权利要求1-8中任意一项所述的一种用于隧道垮塌洞段的支护结构，所述方法包括：

技术总结本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种用于隧道垮塌洞段的支护结构及支护方法，包括：多个支护模块，支护模块包括：上部钢板、下部钢板、支撑钢板和支撑柱，上部钢板和下部钢板平行设置，且通过平行设置的工字钢固定连接，工字钢与隧道的轴向方向垂直；上部钢板上设置有通槽，支撑钢板贴合在上部钢板的上侧面，支撑柱的上端穿过通槽与支撑钢板的下侧面连接，下部钢板的上侧面支撑支撑柱的下端；本发明通过将支护模块连接在钢支撑上，并通过支撑柱将支撑钢板抵靠在垮塌岩壁上，可在垮塌初立即开展有效的支护，并且使支护结构直接作用于垮塌处的岩壁，因此可防止洞顶再次垮塌和控制变形加剧和垮塌规模，减少洞室垮塌处理的时间及垮塌总方量。技术研发人员：钟果,黄翠,刘永波,田雄,肖华波,王能峰,粟宇,刘云鹏,郭青松受保护的技术使用者：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23