一种泄洪洞体顶部危岩防护装置的制作方法

1.本发明属于隧洞顶部岩体支护的技术领域，具体涉及一种泄洪洞体顶部危岩防护装置。


背景技术：

2.泄洪隧洞适用于排出隧道内积水的隧洞，由于其周边围岩具有富水性的特点，导致隧洞顶部的岩体会出现松动甚至坍塌。现有技术中一般是采用在隧洞的顶部岩体中插入锚杆，并沿着隧洞顶部岩体的弧面施作支撑拱以对隧洞顶部的岩体进行支撑。但是现有技术中对隧洞顶部岩体的支撑一般为刚性支撑，当岩体松动或坍塌时会对支撑拱造成瞬时的巨大冲击，极易造成支撑拱瞬间变形。且坍落在支撑拱顶部的岩石也会对支撑拱造成持续压力，也对变形后的支撑拱的稳固支撑能力造成了严重的影响，大大降低了隧洞的安全性。
3.针对现有的隧洞顶部危险岩体支护结构在面对岩体的瞬时冲击容易变形，在后续持续压力作用下不能有效保证隧洞顶部岩体安全性的缺陷，本发明公开了一种泄洪洞体顶部危岩防护装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提拱一种泄洪洞体顶部危岩防护装置，实现对隧洞顶部的危险岩体进行有效支撑以及压力缓冲。
5.本发明通过下述技术方案实现：一种泄洪洞体顶部危岩防护装置，包括设置在洞体内部左右两侧的液压支撑装置，左右两侧的液压支撑装置的顶部之间设置有第一支撑拱，所述第一支撑拱的顶部与洞体顶部之间设置有第二支撑拱；所述第一支撑拱与第二支撑拱上沿洞体顶部的弧线贯穿设置有若干支护锚杆，所述支护锚杆的一端穿过第二支撑拱并与洞体顶部锚固连接，所述支护锚杆的另一端穿过第一支撑拱并延伸至洞体内部；所述支护锚杆位于第一支撑拱与第二支撑拱之间的杆段上设置有弹性缓冲装置，所述弹性缓冲装置包括与第一支撑拱的顶部弧面贴合设置的第一缓冲弧板、与第二支撑拱的底部弧面贴合设置的第二缓冲弧板、设置在第一缓冲弧板与第二缓冲弧板之间的弹性件，所述第一缓冲弧板与第二缓冲弧板均与支护锚杆的外侧滑动连接；所述第一支撑拱与第二支撑拱之间还设置有若干缓冲囊，所述缓冲囊的内部填充有非牛顿液体，所述缓冲囊靠近第一支撑拱的一侧上设置有排液口与注液口。
6.岩体松动或坍塌时，首先对第二支撑拱进行冲击，进而使得第二支撑拱沿着支护锚杆朝向洞体内部的方向滑动，进而使得位于第一支撑拱与第二支撑拱之间的弹性缓冲装置以及缓冲囊受压。由于非牛顿液体具有瞬时受压呈刚性受到持续压力呈柔性的特点，在岩体松动或坍塌的初始时刻，缓冲囊受到瞬时压力，此时缓冲囊呈刚性，进而对岩体的松动或坍塌进行瞬时支撑，避免岩体直接坍塌。同时第二缓冲弧板受压沿着支护锚杆滑动，进而使得弹性件压缩，进而对岩体压力进行缓冲。后续第二支撑拱以及第一支撑拱受到岩体的
持续压力，此时缓冲囊内部的非牛顿液体受压从缓冲囊上的排液口排出，进而使得缓冲囊进行形变，配合弹性缓冲装置对岩体压力进行进一步缓冲。
7.为了更好的实现本发明，进一步地，所述第一支撑拱的底部弧面上对应支护锚杆延伸至洞体内部的一端设置有辅助缓冲装置，所述支护锚杆延伸至洞体内部的一端与辅助缓冲装置的缓冲部滑动连接。
8.为了更好的实现本发明，进一步地，所述辅助缓冲装置包括辅助缓冲筒、缓冲活塞，所述辅助缓冲筒的顶部与第一支撑拱的底部弧面固定连接，所述支护锚杆的一端延伸至辅助缓冲筒的内部并套设有沿着辅助缓冲筒的内壁滑动的缓冲活塞，所述缓冲活塞与第一支撑拱的底部弧面之间构成缓冲腔体，所述缓冲腔体的内部填充有非牛顿液体；所述缓冲腔体的两侧分别设置有排液口与注液口。
9.为了更好的实现本发明，进一步地，还包括液体暂存箱，所述液体暂存箱通过排液管与排液口连接，所述液体暂存箱通过注液管与注液口连接。
10.为了更好的实现本发明，进一步地，所述排液管上与注液管均设置有单向阀。
11.为了更好的实现本发明，进一步地，第一缓冲弧板与第一支撑拱的顶部弧面之间设置有第一压力传感器，第二缓冲弧板与第二支撑拱的底部弧面之间设置有第二压力传感器。
12.为了更好的实现本发明，进一步地，所述第一支撑拱的底部弧面上对应支护锚杆设置有锚杆点位压力警示器，锚杆点位压力警示器与第一压力传感器以及第二压力传感器连接。
13.为了更好的实现本发明，进一步地，缓冲囊的内部设置有存液腔，存液腔靠近第一支撑拱一端的两侧分别设置有过渡腔，过渡腔与存液腔之间设置有单向膜瓣；过渡腔靠近第一支撑拱的一侧上设置有排液口，存液腔靠近第一支撑拱的一侧上设置有注液口。
14.为了更好的实现本发明，进一步地，缓冲囊的底部与第一支撑拱的顶部弧面之间设置有第三压力传感器，缓冲囊的底部与第二支撑拱的底部弧面之间设置有第四压力传感器。
15.为了更好的实现本发明，进一步地，所述第一支撑拱的底部弧面上对应缓冲囊设置有囊体点位压力警示器，囊体点位压力警示器与第三压力传感器以及第四压力传感器连接。
16.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：（1）本发明通过沿着洞体顶部的弧面设置若干支护锚杆，通过支护锚杆对洞体顶部的岩体进行锚固，并在支护锚杆上滑动设置第一支撑拱与第二支撑拱，通过第二支撑拱与洞体顶部弧面的接触实现对洞体顶部岩体的支撑，同时在洞体顶部的岩体松动或坍塌时，通过第一支撑拱与第二支撑拱之间内充非牛顿液体的缓冲囊对岩体的瞬时压力进行刚性支撑，避免岩体瞬间垮塌，然后通过第二支撑拱沿着支护锚杆的滑动带动弹性缓冲装置压缩，进而对后续的持续压力进行缓冲，进而实现对洞体顶部危险岩体进行有效支护与压力缓冲，进而有效保证整个隧洞的安全性；（2）本发明通过在支护锚杆延伸至洞体内部的一端上设置辅助缓冲装置，当第一支撑拱沿着支护锚杆滑动时，进而使得支护锚杆外部设置的缓冲活塞与辅助缓冲筒之间相对移动，进而挤压缓冲腔体内部的非牛顿液体，进而配合弹性缓冲装置对岩体压力进行进
一步缓冲，有效避免第一支撑拱与第二支撑拱直接变形垮塌。
附图说明
17.图1为本发明的整体结构示意图；图2为弹性缓冲装置的结构示意图；图3为辅助缓冲装置的结构示意图；图4为缓冲囊的内部结构示意图。
18.其中：1-液压支撑装置；2-支护锚杆；3-弹性缓冲装置；4-缓冲囊；5-辅助缓冲装置；01-第一支撑拱；02-第二支撑拱；31-第一缓冲弧板；32-第二缓冲弧板；33-弹性件；41-存液腔；42-过渡腔；43-单向膜瓣；51-辅助缓冲筒；52-缓冲活塞。
具体实施方式
19.实施例1：本实施例的一种泄洪洞体顶部危岩防护装置，如图1-图4所示，包括设置在洞体内部左右两侧的液压支撑装置1，左右两侧的液压支撑装置1的顶部之间设置有第一支撑拱01，所述第一支撑拱01的顶部与洞体顶部之间设置有第二支撑拱02；所述第一支撑拱01与第二支撑拱02上沿洞体顶部的弧线贯穿设置有若干支护锚杆2，所述支护锚杆2的一端穿过第二支撑拱02并与洞体顶部锚固连接，所述支护锚杆2的另一端穿过第一支撑拱01并延伸至洞体内部；所述支护锚杆2位于第一支撑拱01与第二支撑拱02之间的杆段上设置有弹性缓冲装置3，所述弹性缓冲装置3包括与第一支撑拱01的顶部弧面贴合设置的第一缓冲弧板31、与第二支撑拱02的底部弧面贴合设置的第二缓冲弧板32、设置在第一缓冲弧板31与第二缓冲弧板32之间的弹性件33，所述第一缓冲弧板31与第二缓冲弧板32均与支护锚杆2的外侧滑动连接；所述第一支撑拱01与第二支撑拱02之间还设置有若干缓冲囊4，所述缓冲囊4的内部填充有非牛顿液体，所述缓冲囊4靠近第一支撑拱01的一侧上设置有排液口与注液口。
20.第一支撑拱01与第二支撑拱02上均沿洞体顶部的弧面对应设置有若干拱支护锚杆2的安装孔，支护锚杆2的一端穿过安装孔锚固至洞体顶部的岩体中，支护锚杆2的另一端延伸至洞体内部。第一支撑拱01与第二支撑拱02均能够沿着支护锚杆2进行滑动，且为了使得第一支撑拱01与第二支撑拱02能够沿着弧形布设的支护锚杆2滑动，因此第一支撑拱01与第二支撑拱02上的安装孔的直径大于支护锚杆2的直径。
21.第二支撑拱02的顶部画面与洞体的顶部弧面接触，对洞体顶部的岩体进行支撑，第一支撑拱01的左右两侧分别与设置在洞体内部左右两侧的液压支撑装置1的顶部连接，通过液压支撑装置1对第一支撑拱01进行支撑。第一支撑拱01与第二支撑拱02之间设置有缓冲囊4以及套设在支护锚杆2外侧的弹性缓冲装置3。
22.当洞体顶部的岩体发生松动或坍塌时，第二支撑拱02首先受到岩体的冲击，使得第二支撑拱02沿着支护锚杆2朝向洞体内侧发生滑动，此时第二缓冲弧板32受压，第二缓冲弧板32沿着支护锚杆2滑动，进而使得弹性件33压缩，对岩体冲击力进行缓冲。同时缓冲囊4也受压，由于缓冲囊4的内部填充有非牛顿液体，非牛顿液体具备瞬时受压呈刚性的特性，当岩体松动坍塌的瞬时压力施加至缓冲囊4时，使得缓冲囊呈较为坚硬的状态，对岩体进行
支撑，避免岩体直接垮塌。配合弹性缓冲装置3对岩体压力的缓冲，有效避免岩体大面积坍塌。当岩体瞬时撞击第二支撑拱02结束后，此时缓冲囊4受到持续平均的压力，由于非牛顿液体具备持续受压呈柔性的特性，此时缓冲囊4可以进行一定程度的形变，配合弹性缓冲装置3对岩体压力进行缓冲，有效避免第二支撑拱02与第一支撑拱01发生大面积变形甚至损毁。缓冲囊4受到持续压力时，部分非牛顿液体通过缓冲囊4上的排液口流出，使得缓冲囊4能够顺利发生形变。岩体坍塌支护结束后，通过注液口向缓冲囊4的内部重新补充非牛顿液体。
23.进一步的，所述支护锚杆2上分别对应第一缓冲弧板31以及第二缓冲弧板32设置有限位凸缘，通过限位凸缘对第一缓冲弧板31以及第二缓冲弧板32进行滑动行程限位。当第一缓冲弧板31、第二缓冲弧板32与限位凸缘接触时，此时第一缓冲弧板31、第二缓冲弧板32不能继续滑动，进而使得第二支撑拱02与第一支撑拱01不能沿着支护锚杆2继续滑动，使得第二支撑拱02与第一支撑拱01相对洞体固定，进而对洞体顶部进行支撑。
24.进一步的，所述弹性件33为弹簧。
25.实施例2：本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图1和图3所示，所述第一支撑拱01的底部弧面上对应支护锚杆2延伸至洞体内部的一端设置有辅助缓冲装置5，所述支护锚杆2延伸至洞体内部的一端与辅助缓冲装置5的缓冲部滑动连接。
26.进一步的，所述辅助缓冲装置5包括辅助缓冲筒51、缓冲活塞52，所述辅助缓冲筒51的顶部与第一支撑拱01的底部弧面固定连接，所述支护锚杆2的一端延伸至辅助缓冲筒51的内部并套设有沿着辅助缓冲筒51的内壁滑动的缓冲活塞52，所述缓冲活塞52与第一支撑拱01的底部弧面之间构成缓冲腔体，所述缓冲腔体的内部填充有非牛顿液体；所述缓冲腔体的两侧分别设置有排液口与注液口。
27.岩体压力通过第二支撑拱02以及缓冲囊4传递至第一支撑拱01，进而使得第一支撑拱01沿着支护锚杆2进行滑动。进而使得辅助缓冲筒51伴随第二支撑拱02同步移动，进而使得辅助缓冲筒51与支护锚杆2外侧的缓冲活塞52发生相对移动。此时缓冲腔体内部的非牛顿液体受压，进而对岩体压力进行缓冲。同样的，缓冲腔体内部的非牛顿液体在瞬时受压时呈刚性，进而避免岩体直接垮塌；缓冲腔体内部的非牛顿液体在持续受压时呈柔性，进而对岩体压力进行缓冲。缓冲腔体内部的非牛顿液体受到持续压力时，部分非牛顿液体通过缓冲腔体上的排液口流出，岩体坍塌支护结束后，通过注液口向缓冲腔体的内部重新补充非牛顿液体。
28.本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
29.实施例3：本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，还包括液体暂存箱，所述液体暂存箱通过排液管与排液口连接，所述液体暂存箱通过注液管与注液口连接。
30.液体暂存箱通过排液管与缓冲囊4上的排液口以及缓冲腔体上的排液口连接，液体暂存箱通过注液罐与缓冲囊4上的注液口以及缓冲腔体上的注液口连接。缓冲囊4与缓冲腔体内部的非牛顿液体受到持续压力时，非牛顿液体通过排液管流动至液体暂存箱进行暂存。岩体坍塌支护结束后，液体暂存箱内部的非牛顿液体通过注液泵输送至注液管中，进而注射至缓冲囊4与缓冲腔体中实现补液。
31.进一步的，所述排液管上与注液管均设置有单向阀，排液管上的单向阀按照排液口指向液体暂存箱的方向开启，注液管上的单向阀按照液体暂存箱指向注液口的方向开启，进而有效避免非牛顿液体逆流。
32.本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
33.实施例4：本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，所述第一缓冲弧板31与第一支撑拱01的顶部弧面之间设置有第一压力传感器，所述第二缓冲弧板32与第二支撑拱02的底部弧面之间设置有第二压力传感器。
34.通过第一压力传感器检测第一缓冲弧板31与第一支撑拱01的顶部弧面之间受到的压力，压力值为a；通过第二压力传感器检测第二缓冲弧板32与第二支撑拱02的底部弧面之间的压力，压力值为b。
35.进一步的，所述第一支撑拱01的底部弧面上对应支护锚杆2设置有锚杆点位压力警示器，所述锚杆点位压力警示器与第一压力传感器以及第二压力传感器有线或无线连接。第一压力传感器将检测到的压力值a传输至压力警示器，第二压力传感器将检测到的压力值b传输至压力警示器，压力警示器计算压力值a与压力值b的平均压力值，当平均压力值超过预先设定的压力阈值时，证明此处的弹性缓冲装置3对应的支护锚杆2受压超标，此时压力警示器进行报警，提示此处支护锚杆2对应的岩体出现超标坍塌，进而提示工作人员对此时的岩体进行支护。
36.本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
37.实施例5：本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，所述缓冲囊4的底部与第一支撑拱01的顶部弧面之间设置有第三压力传感器，所述缓冲囊4的底部与第二支撑拱02的底部弧面之间设置有第四压力传感器。
38.第三压力传感器检测缓冲囊4的底部与第一支撑拱01的顶部弧面之间的压力，压力值为c；第四压力传感器检测缓冲囊4的底部与第二支撑拱02的底部弧面之间的压力，压力值为d。
39.进一步的，所述第一支撑拱01的底部弧面上对应缓冲囊4设置有囊体点位压力警示器，所述囊体点位压力警示器与第三压力传感器以及第四压力传感器连接。第三压力传感器将检测到的压力值c传输至压力警示器，第四压力传感器将检测到的压力值d传输至压力警示器，压力警示器计算压力值c与压力值d的平均压力值，当平均压力值超过预先设定的压力阈值时，证明此处的缓冲囊4受压超标，此时压力警示器进行报警，提示此处缓冲囊4对应的岩体出现超标坍塌，进而提示工作人员对此时的岩体进行支护。
40.本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
41.实施例6：本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上做进一步优化，如图1和图4所示，所述缓冲囊4的内部设置有存液腔41，所述存液腔41靠近第一支撑拱01一端的两侧分别设置有过渡腔42，所述过渡腔42与存液腔41之间设置有单向膜瓣43；所述过渡腔42靠近第一支撑拱01的一侧上设置有排液口，存液腔41靠近第一支撑拱01的一侧上设置有注液口。
42.存液腔41呈t字形，存液腔41的大弧面端与第二支撑拱02的底部弧面接触，存液腔
41的小弧面端与第一支撑拱01的顶部弧面接触，存液腔41的小弧面端的两侧与第一支撑拱01的顶部弧面之间设置有过渡腔42。第二支撑拱02受压时，进而挤压存液腔41内部的非牛顿液体，进而使得存液腔41内部的非牛顿液体经过单向膜瓣43流动至过渡腔42进行缓冲过渡，通过设置单向膜瓣43避免非牛顿液体逆流。然后过渡腔42受压时，使得过渡腔42内部的非牛顿液体通过排液口流动至液体暂存箱6。需要补液时，通过注液口向存液腔41内部补充非牛顿液体。
43.本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。
44.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。