一种适用于软弱破碎围岩的隧道支护系统的制作方法

1.本发明涉及隧道支护的技术领域，具体为一种适用于软弱破碎围岩的隧道支护系统。


背景技术：

2.为保持我国经济的飞速健康发展，顺利实现经济结构体系的转化，打通连接各地区的经济命脉的血管—高速公路、铁路、地铁，已迫在眉睫。要致富先修路，国家加大了对各地区交通道路的建设。交通道路的建设少不了隧道的开挖建设，隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全和方便施工，隧道开挖后会立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层，称为初期支护。现有的用于隧道初期支护的隧道支护系统通常包括沿开挖隧道内壁断面依次设置的初期支护混凝土层、锚杆、钢筋网、钢架和增强支护混凝土层，在开挖隧道内壁喷完初期支护混凝土层之后，采用人工对开挖隧道内壁进行测量，在测量基础上人工规划出各个钻孔的位置，然后根据标记的各个钻孔的位置在初期支护混凝土层和围岩中进行钻孔，在钻孔内安装锚杆，采用这样的锚杆设计方式，存在的问题是：全流程均采用人工操作，工作效率低，人力成本高，且需要经验丰富的人才能将锚杆钻孔位置规划的比较准确，对人员经验要求高。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种适用于软弱破碎围岩的隧道支护系统，该是基于锚杆钻孔位置匹配模块、锚杆钻孔位置生成模块和存储模块设计，可自动生成当前开挖隧道的锚杆钻孔位置分布图，以提高锚杆布设效率，降低人工成本。
4.为了实现本发明的目的，所采取的技术方案为：一种适用于软弱破碎围岩的隧道支护系统，包括沿开挖隧道内壁断面依次设置的初期支护混凝土层、锚杆、钢筋网、钢架和增强支护混凝土层，该隧道支护系统是基于锚杆钻孔位置匹配模块、锚杆钻孔位置生成模块和存储模块设计，所述的存储模块存储有历史数据，所述的历史数据包括历史开挖隧道数据、与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据；所述的锚杆钻孔位置匹配模块，用于根据当前开挖隧道数据，调取存储模块中存储的历史开挖隧道数据，将当前开挖隧道数据与历史开挖隧道数据进行匹配，若匹配度大于设定阈值，则调取与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据；所述的锚杆钻孔位置生成模块，用于根据与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据生成当前开挖隧道的锚杆钻孔位置分布图。
5.在同样的山体中先后开挖不同的隧道，或者开挖与其他已开挖完的隧道相邻的隧道，这些隧道所处的山体围岩的各项指标情况基本相同，而且这些开挖的隧道内壁尺寸通常也是相同或者相近的，因此在历史开挖隧道数据中，通常会有与当前开挖隧道数据相匹配的数据。本隧道支护系统设计中，在存储模块中存储有历史数据，所述历史数据包括历史开挖隧道数据，与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据，本系统所述的历
史开挖隧道数据包括历史开挖隧道的断面数据，根据断面数据计算出历史开挖隧道锚杆钻孔位置的分布，因此存储模块中也存储有与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据；通过锚杆钻孔位置匹配模块调取存储模块中存储的历史开挖隧道数据，将当前开挖隧道数据与历史开挖隧道数据进行匹配，若匹配度大于设定阈值，说明当前开挖隧道数据与历史开挖隧道数据相同或者相似度很高， 则调取与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据，通过锚杆钻孔位置生成模块，根据与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据生成当前开挖隧道的锚杆钻孔位置分布图，从而实现自动的生成当前开挖隧道的锚杆钻孔位置分布图的效果，从而提高锚杆的布设效率，降低人工成本，降低对施工人员的要求。
6.进一步优选的：该隧道支护系统的设计还包括提取模块、校正模块和专家经验模块，所述的提取模块用于对当前开挖隧道数据进行提取以形成分段数据，所述的专家经验模块根据分段数据生成锚杆钻孔位置校正数据，所述的校正模块，用于根据锚杆钻孔位置校正数据对锚杆钻孔位置分布图进行校正。
7.虽然匹配到了与当前开挖隧道数据相同或者相似度很高的历史开挖隧道数据，但是不同的开挖隧道之间可能还是存在一些不同的因素，因此自动生成的当前开挖隧道的锚杆钻孔位置分布图可能存在不准确的情况，因此采用提取模块，对当前开挖隧道数据进行提取以形成分段数据，不必对整个开挖隧道的全部锚杆钻孔位置进行校正，这样会增加系统计算量，复杂度，影响效率，但是又不能不对当前开挖隧道锚杆钻孔位置分布图进行校正，因此选取分段数据，基于分段数据，专家经验模块根据分段数据生成锚杆钻孔位置校正数据，通过校正模块，根据锚杆钻孔位置校正数据对锚杆钻孔位置分布图进行校正，以对当前开挖隧道锚杆钻孔位置分布图进行部分校正，以及通过选取的多个分段数据进行多次校正，并对多次校正数据进行分析，从而实现对整个锚杆钻孔位置分布图准确度的分析。
8.进一步优选的：该隧道支护系统的设计还包括锚杆钻孔位置检测模块，所述的锚杆钻孔位置检测模块包括设置在钻头主体用于检测钻头主体与隧道内壁切面之间角度的角度传感器，以及与角度传感器连接的控制器，与控制器连接的第一报警器。
9.在钻孔过程中，要求是钻头应一直与开挖隧道内壁的切面垂直的，这样才能保证钻出的连接锚杆的孔垂直于开挖隧道内壁的切面，但是目前并没有有效的检测措施，仅仅是依靠人工经验进行钻孔，误差较大，而采用本方案，通过锚杆钻孔位置检测模块，可以实时检测钻头主体与隧道内壁切面之间的角度，从而在钻头主体与隧道内壁切面不垂直时，通过第一报警器发出提示信息。
10.进一步优选的：所述的钢架包括多节，各节钢架之间彼此首尾依次连接，每节钢架的一端均设置有第一连接板，第一连接板上周向均布有第一螺纹孔，第一连接板中部设有凸起的卡块，每节钢架的另一端均设有第二连接板，第二连接板的周向均布有与第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，以及设置有与卡块对应的卡槽。
11.现有技术中，各个钢架之间都是通过设置的螺栓彼此连接的，仅仅采用螺栓连接，存在的问题是螺栓在长时间使用过程中，容易松动，而且由于应力等，容易变形或者断裂，从而影响各个钢架之间的连接强度，因此本方案通过卡块和卡槽的设计，在两个相邻的钢架彼此通过螺栓连接的同时，还通过卡块和卡槽卡接，为各个钢架提供辅助连接，即使在连接螺栓出现松动、变形或者断裂的情况下，也不会对各个钢架之间的连接强度产生太大影
响。
12.进一步优选的：该隧道支护系统的设计还包括锚杆钻孔深度检测模块，所述的锚杆钻孔深度检测模块包括设置在钻头主体且发出的激光与隧道内壁的切面垂直的测距传感器，测距传感器与控制器连接，控制器与第二报警器连接。
13.现有技术中，通常是采用普通钻头按照锚杆钻孔位置标记先钻完全部的钻孔，然后再对钻好的每个钻孔检查钻孔的深度，存在效率低，成本高的问题，而采用本方案，通过锚杆钻孔位置检测模块，在钻孔的同时就可以测得每个钻孔深度是否满足要求，大大提高了钻孔的准确性，效率，降低成本。
14.进一步优选的：该隧道支护系统的设计还包括单个锚杆注浆量计算模块、统计模块和提示模块；所述的单个锚杆注浆量计算模块设置在注浆机上，用于计算单个锚杆的注浆量；所述的统计模块，用于对各个锚杆的注浆量进行统计，若统计出某个或者某些锚杆的注浆量与锚杆标准注浆量的误差超过设定阈值，则向提示模块发出异常信号；所述的提示模块，用于根据异常信号发出提示信息。通过单个锚杆注浆量计算模块可以计算出每次向单个锚杆内的注浆量，而通过统计模块，可以统计每次对锚杆的注浆量是否都一致，从而在某个或者某些锚杆的注浆量与锚杆标准注浆量的误差超过设定阈值时，发出提示信息，提示施工人员本次锚杆注浆量存在异常，若出现锚杆注浆量异常的情况，可能是本身注浆机向锚杆内注浆不够或者注浆过多导致，这样就可以分析原因之后，进行调整，从而确保每次注浆量一致，而若不是由于注浆本身问题，而是由于钻孔深度不够或者太深导致，也可以从这个层面反映出钻孔深度的准确性。
附图说明
15.图1为本适用于软弱破碎围岩的隧道支护系统的示意性框图。
具体实施方式
16.为了使本技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例，对本技术方案进行清楚、完整地描述。
17.实施例1一种适用于软弱破碎围岩的隧道支护系统，包括沿开挖隧道内壁断面依次设置的初期支护混凝土层、锚杆、钢筋网、钢架和增强支护混凝土层，在对开挖隧道内壁进行检查后，首先会喷上一层初期支护混凝土层，并进行养护，养护好以后，会在初期支护混凝土层上均匀的钻出多个锚杆孔，然后在锚杆孔内打入锚杆，锚杆穿过初期支护混凝土层一直深入到围岩中，所述的锚杆为中空注浆锚杆，打完锚杆后，会向锚杆的中空孔内注浆。
18.锚杆会有部分露出初期支护混凝土层，然后在各个锚杆上挂钢筋网，挂完钢筋网之后安装钢架，所述的钢架包括多节，各节钢架之间彼此首尾依次连接，每节钢架的一端均设置有第一连接板，第一连接板上周向均布有第一螺纹孔，第一连接板中部设有凸起的卡块，每节钢架的另一端均设有第二连接板，第二连接板的周向均布有与第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，以及设置有与卡块对应的卡槽。各节钢架沿开挖隧道内壁的拱底、拱腰和拱顶依次连接，弧度与拱的弧度一致。在拱底部的钢架端部，可设置用于支撑钢架端部的槽钢，沿开挖隧道的长度方向等间距的安装若干组钢架。安装完钢架之后喷增强支护混凝土
层，喷的增强支护混凝土层覆盖住锚杆、钢筋网和钢架。
19.如附图1所示，本适用于软弱破碎围岩的隧道支护系统基于锚杆钻孔位置匹配模块、锚杆钻孔位置生成模块、存储模块设计、提取模块、校正模块、专家经验模块、锚杆钻孔位置检测模块、锚杆钻孔深度检测模块、单个锚杆注浆量计算模块、统计模块和提示模块设计，所述存储模块存储有历史数据，所述历史数据包括历史开挖隧道数据，历史开挖隧道数据主要是指开挖的隧道内壁尺寸，以及历史开挖隧道所处山体数据，在存储模块中还存储有与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据。
20.所述锚杆钻孔位置匹配模块，用于根据当前开挖隧道数据，调取存储模块中存储的历史开挖隧道数据，将当前开挖隧道数据与历史开挖隧道数据进行匹配，若匹配度大于设定阈值，设定阈值设置为90%，则调取与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据，所述锚杆钻孔位置生成模块，用于根据与历史开挖隧道数据关联存储的锚杆钻孔位置分布数据生成当前开挖隧道的锚杆钻孔位置分布图。
21.所述提取模块用于对当前开挖隧道数据进行提取以形成分段数据，比如目前开挖隧道长度为100米，那么为了进行校正，不必拿全部100米隧道的数据进行校正，而只是提取其中20米隧道的数据进行校正，所述专家经验模块根据分段数据生成锚杆钻孔位置校正数据，所述校正模块，用于根据锚杆钻孔位置校正数据对锚杆钻孔位置分布图进行校正。所述的专家经验模块可以是系统内部事先存储的模型，也可以是通过专家经验模块将分段数据发送给专家终端，然后由专家终端反馈锚杆钻孔位置校正数据。
22.所述锚杆钻孔位置检测模块包括设置在钻头主体用于检测钻头主体与隧道内壁切面之间角度的角度传感器，以及与角度传感器连接的控制器，与控制器连接的第一报警器；所述锚杆钻孔深度检测模块包括设置在钻头主体且发出的激光与隧道内壁的切面垂直的测距传感器，测距传感器与控制器连接，控制器与第二报警器连接；所述单个锚杆注浆量计算模块设置在注浆机上，用于计算单个锚杆的注浆量，所述统计模块，用于对各个锚杆的注浆量进行统计，若统计出某个或者某些锚杆的注浆量与锚杆标准注浆量的误差超过设定阈值，则向提示模块发出异常信号，所述提示模块，用于根据异常信号发出提示信息。
23.上述说明并非是对本技术的限制，本技术也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本技术的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本技术的保护范围。