一种抵抗湿陷性黄土隧道基底变形的装置和方法与流程

本发明属于隧道基底加固，更具体地说，涉及一种抵抗湿陷性黄土隧道基底变形的装置和方法。

背景技术：

1、湿陷性黄土地基是基础工程中最为复杂的地基类型之一，黄土受水浸湿，在自重压力和附加压力的共同作用下，而产生的急剧、大量的附加下沉变形的现象称之为湿陷。湿陷性黄土可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，浸水后需要在一定附加压力作用下发生湿陷性的黄土成为自重湿陷性黄土，在饱和自重压力作用下即产生湿陷的称为自重湿陷性黄土，其危害性远比非自重湿陷性黄土更严重。

2、当铁路隧道或者公路隧道面临湿陷性黄土地基时，由于湿陷性黄土存在下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，并且具有突发性、不连续性和不可逆性，对隧道施工带来极大的危害，在实际隧道施工过程中，亟需解决。当黄土隧道实际施工时，采用台阶式施工的方式，对隧道拱顶、拱脚及仰拱进行初喷支护后，需要做进一步支护，以减少黄土湿陷带来的影响，拱顶多采用工字钢桁架进行支护，在仰拱位置设置砌块进行支护，当隧道出现湿陷性灾害发生时，在饱和自重压力作用下即产生湿陷性，压力由拱顶传递到拱脚位置，进而对隧道的基底产生冲击，使隧道基底出现开裂，基底的砌块出现拱起、开裂或者坍缩现象，影响后续的施工或者车辆的通行。

3、经检索，专利cn220415398u涉及一种隧道支护结构，包括底座、固定座和液压杆，所述液压杆顶端固定安装有顶板，所述底座顶端设置有缓冲支撑装置和调向支撑装置，所述调向支撑装置包括调向单元和支撑单元。该隧道支护结构，通过设置调向支撑装置，多角度对隧道内部进行支撑。

4、专利cn116771373a公开了铁路隧道隧底结构及底鼓治理方法，包括：单元轨道枕体、单元过渡支撑体、单元支撑拱和单元盖压枕体；单元盖压枕体实施对铁路无砟轨道的支撑；单元过渡支撑体实施对单元轨道枕体的支撑；单元支撑拱与侧墙构成抵靠配合；单元支撑拱移动且通过传递单元连动单元支撑拱竖直移动且实施对侧墙的竖直抵靠支撑。

5、以上装置对于隧道的支护均为刚性抵靠，无法使用于应力动态变化的隧道的支护，一旦隧道中的应力发生变化，则隧道基底受力集中，易发生拱起、开裂或者坍缩。

技术实现思路

1、1.要解决的问题

2、针对现有隧道支护装置无法适应动态变化应力的问题，本发明提供一种抵抗湿陷性黄土隧道基底变形的装置和方法，该装置通过设有浮动支架，缓冲动态变化的应力，有效提高装置的稳定性及支护效果。

3、2.技术方案

4、为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

5、一种抵抗湿陷性黄土隧道基底变形的装置，包括：

6、中心支撑架，整体呈弧形板状且沿隧道宽度方向布置；

7、支撑底板，设置在中心支撑架的上方，且水平布置；

8、侧部支撑架，安装在支撑底板的两侧，所述侧部支撑架与支撑底板滑动配合，所述侧部支撑架的滑动方向沿隧道的宽度方向，侧部支撑架与隧道的拱脚抵靠；

9、驱动支架体，安装在中心支撑架上，与支撑底板连接，所述驱动支架驱动侧部支撑架沿支撑底板滑动。

10、更进一步地，所述中心支撑架上设有浮动支撑架，所述浮动支撑架沿中心支撑架滑动，浮动支撑架与侧部支撑架抵靠。

11、所述中心支撑架的两端设有条形孔，所述条形孔沿中心支撑架的延伸方向布置，所述浮动支撑架包括至少四组浮动辊，浮动辊分置在条形孔内且辊芯平行于隧道延伸方向布置，所述浮动辊之间通过辊架连接为一体。

12、浮动辊在条形孔内滑动，带动浮动支撑架在中心支撑架上稳定滑动，有效提高中心支撑架的结构稳定性。

13、更进一步地，所述辊架上方设有浮动支撑辊，所述浮动支撑辊与浮动辊平行布置，所述浮动辊的辊身与侧部支撑架下板面抵靠。浮动支撑辊支撑侧部支撑架，使侧部支撑架在支撑底板上滑动。

14、更进一步地，所述辊架的数量为两个以上，对称设置，辊架之间设有连接弹簧，所述连接弹簧沿隧道宽度方向水平布置。

15、更进一步地，为起到对拱脚位置的形变应力的让压，所述侧部支撑架上设有浮动连接架，所述浮动连接架设于侧部支撑架外侧，与侧部支撑架滑动配合，浮动连接架的滑动方向与隧道的宽度方向平行，浮动连接架与侧部支撑架之间设有弹性件，所述弹性件沿隧道宽度方向排布，弹性件两端分别与浮动连接架与侧部支撑架抵靠。该弹性件可选用高弹性弹簧或者高密度橡胶。

16、更进一步地，浮动连接架上设有滑动槽，滑动槽沿隧道宽度方向布置，且沿隧道延伸方向间隔布置多个，侧部支撑架上间隔布置多个插接轨道，插接轨道与滑动槽对应布置，浮动连接架沿侧部支撑架的宽度方向滑动。

17、更进一步地，所述驱动支架体包括连动平衡架和驱动辊，所述连动平衡架和驱动辊之间通过悬伸臂连接，其中，连动平衡架与中心支撑架铰接，所述侧部支撑架上设有从动楔块，所述从动楔块上设有斜面，所述驱动辊与从动楔块的斜面抵靠。所述驱动支架体的铰接轴水平且与隧道延伸方向一致，所述驱动辊与驱动支架体的铰接轴平行。

18、所述驱动支架体上设有多组连动平衡辊，所述连动平衡辊转动式安装在连动平衡架上，连动平衡辊与驱动辊平行布置。

19、所述连动平衡架上方设有连动辊，所述连动辊与支撑底板的下板面抵靠。驱动支架体分别位于中心支撑架的两侧，当驱动辊抵靠从动楔块上的斜面时，连动侧部支撑架沿支撑底板两侧滑动，从而实现支撑底板的伸长，使侧部支撑架的浮动连接架与隧道拱脚弹性抵靠。

20、更进一步地，所述连动平衡架之间设有平衡弹簧，所述平衡弹簧沿隧道宽度方向水平布置。

21、更进一步地，所述侧部支撑架上设有插接轨道，所述插接轨道沿隧道延伸方向水平布置，所述从动楔块上设有插接滑块，所述插接滑块与所述插接轨道构成插接配合。

22、更进一步地，为使中心支撑架有效与基底的衬砌结合，中心支撑架的两端分别设有支撑悬臂，所述支撑悬臂的一端与中心支撑架铰接，铰接轴与浮动辊平行布置，支撑悬臂的另一端设有托辊，所述托辊与铰接轴平行，且辊身与侧部支撑架下板面抵靠。

23、更进一步地，所述支撑悬臂的中段铰接底托悬臂，所述底托悬臂的悬伸端设有支撑辊，所述支撑辊与托辊平行布置，辊身与相邻侧支撑悬臂的中段位置抵靠。

24、一种利用上述装置抵抗湿陷性黄土隧道基底变形的方法，包括步骤：

25、s1、通过在隧道安装吊装设备将中心支撑架吊装至隧道基底的基面上；

26、s2、将驱动支架体安装在中心支撑架上，将支撑底板安装在中心支撑架的上方，在支撑底板的两侧安装侧部支撑架，使侧部支撑架能够沿支撑底板滑动，且滑动方向沿隧道的宽度方向；

27、s3、当支撑底板与驱动支架体抵靠的过程中，在支撑底板自重下，连动侧部支撑架沿支撑底板滑动，使整个基底支护系统变宽，实现对隧道拱脚位置的支护。

28、当隧道出现湿陷性病害时，施加至拱顶拱架位置的应力传递至拱脚，并由拱脚传递至侧部支撑架上，该系统整体呈现活动式布置，有效消除拱脚产生的应力，从而有效避免隧道基底产生拱起、开裂及区域坍塌性问题，保证隧道的正常施工以及车辆的正常通行。

29、3.有益效果

30、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

31、(1)本发明的一种抵抗湿陷性黄土隧道基底变形的装置，在中心支撑架上设浮动支撑架，实现对支护结构的浮动支撑，顺应基底的变化而变化，对两侧拱脚支撑的同时，增加基底重心稳定性，提高支护系统的稳定性；

32、(2)本发明的一种抵抗湿陷性黄土隧道基底变形的装置，通过驱动支架体驱动侧部支撑架沿支撑底板滑动，实现对隧道拱脚的支护，有效避免黄土隧道出现湿陷性坍缩时，应力集中导致的隧道基底出现的拱起、开裂或者坍缩，确保后续的快速施工或者通行。