[发明专利]用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法

说明书

一种用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法,结构简单，采用三个弧形拱架组成的拱架体，拱架体上部连接有囊袋，囊袋和拱架体之间设置应力片，球链铰与支撑柱和拱架体连接组成拱架单元体，每个架单元体之间皆采用剪力架和横梁连接，弧形拱架和剪力架为伸缩结构，在软岩还处于临空状态前将该支撑装置推入隧道内对隧道进行支撑，囊袋内灌注开挖废料，在拱架体和支撑柱内注入浆液加固。本发明克服了原软岩隧道支护受力线接触导致局部变形出现应力集中破坏结构的问题，具有分散局部应力，及时支撑加固，受力均衡，针对性解决软岩变形时间长和变形量大，成本低，施工操作简单方便。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，涉及一种用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法。

背景技术

近年来，核工业、国防工业、交通水利等行业地下工程规模和深度均在高速增长。世界各国已把地下岩土作为新的国土资源增长点在开发，岩土工程正向深部发展。由于地质条件、变形特征的复杂性，导致软岩事故频发，软岩蠕变量大、变形时间长、变形速率快、而传统的支护工具并不能随意的移动，施工不便，不能很好的解决软岩变形速率快的问题，且传统工具没有针对性的解决软岩变形时间长变形量大的问题，而且早期钢架支护成本高，且受力为线接触，在局部变形大的地方会出现应力集中，导致结构破坏。该工具可针对性解决传统工具支护不及时、受力不均匀，没有针对性的解决软岩变形时间长变形量大等三个设计施工难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于软岩隧道开挖的支撑装置及方法,结构简单，采用三个弧形拱架组成的拱架体，拱架体上部连接有囊袋，囊袋和拱架体之间设置应力片，球链铰与支撑柱和拱架体连接组成拱架单元体，每个架单元体之间皆采用剪力架和横梁连接，弧形拱架和剪力架为伸缩结构，在软岩还处于临空状态前将该支撑装置推入隧道内对隧道进行支撑，囊袋内灌注开挖废料，在拱架体和支撑柱内注入浆液加固，有利于分散局部应力，及时支撑加固，受力均衡，针对性解决软岩变形时间长和变形量大，成本低，施工操作简单方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于软岩隧道开挖的支撑装置，它包括三个弧形拱架组成的拱架体；拱架体上部连接有囊袋；囊袋和拱架体之间设置应力片；球链铰下部与支撑柱连接，上部与拱架体构成一榀拱架单元体；每个拱架单元体之间皆采用剪力架和横梁连接；所述弧形拱架由两个环形板或弧形杆组成的半圆形结构，相互插接抽拉伸缩。

所述弧形拱架插接处设置插销，由插销限制弧形拱架的伸缩。

所述剪力架和横梁分别与支撑柱的中部和上端连接。

所述拱架体上的弧形拱架由多个连接杆连接。

所述支撑柱下端与万向脚轮连接。

所述万向脚轮中预留有可植入锚杆的孔洞。

所述应力片与压力表电性连接，压力表安装于支撑柱上。

所述拱架体和支撑柱上皆设置有注浆孔。

如上所述的用于软岩隧道开挖的支撑装置的支撑加固方法，它包括如下步骤：

S1，利用隧道开挖的的废料填充囊袋，在软岩还处于临空状态前将该支撑装置推入隧道；

S2，同时向两侧拉动支撑柱，弧形拱架伸展，使两侧支撑柱之间的距离达到所需要的宽度，采用插销穿过弧形拱架锁定；

S3，同时向两端拉动支撑柱，剪力架伸展，使该支撑装置两端的支撑柱之间的距离达到所需要的长度，每两个相邻的支撑柱之间采用横梁连接；

S4，锁定万向脚轮，在万向脚轮预留的孔洞中打入锚杆，锚杆穿过万向脚轮深入岩体；

S5，完成S2、S3步骤后，囊袋与隧洞顶部接触，将应力均化，并预留变形量在岩体变形时产生一个卸力的效果，开启连接应力片的压力表，记录应力数值；

S6，间隔一段时间后再次读取压力表的数值，判断应力分布情况，对应力较大的局部进行加固；