软岩大变形隧道初支加固装置和支撑装置的制作方法

1.本实用新型涉及隧道内部设施领域，具体而言，涉及一种软岩大变形隧道初支加固装置和支撑装置。


背景技术：

2.在进行基础设施建设时，无论是公路、铁路和水利等工程的建设过程中，需要进行隧道工程的修建，隧道环境条件的复杂和风险对隧道工程的机构的安全性和稳定性提出较高的要求。
3.在进行隧道工程的施工时，在隧道开挖完成后，由于环境条件和地址条件的影响，隧道围岩存在变形现象，围岩的变形现象随着时间的发展不断累加，由于前期无法对围岩做出精确判断，往往会出现初支支护参数无法抵抗围岩变形，导致初支变形严重，产生喷射砼开裂、掉块现象，现有技术中，通过对隧道初支添加临时钢支撑进行隧道初支的加固，但是由于临时刚支撑难以对隧道围岩变形的复杂情况进行提供有效的支撑，导致对软岩大变形隧道的初支结构的加固效果较差，进而难以对隧道围岩进行有效的支护。
4.因此，现有的软岩大变形隧道中对隧道围岩的支护效果较差的问题。


技术实现要素：

5.本技术的主要目的在于提供一种软岩大变形隧道初支加固装置和支撑装置，解决现有技术中软岩大变形隧道中对隧道围岩的支护效果较差的问题。增加对软岩大变形隧道的支撑，实现减轻初支加固结构的变形的技术效果，提高对软岩大变形隧道的支护效果。
6.为实现上述目的，一种软岩大变形隧道初支加固装置，所述初支加固装置用于与初支结构配合设置，所述初支结构用于对隧道围岩进行支撑，所述初支加固装置用于通过对所述初支结构进行加固以实现对所述隧道围岩提供进一步的支撑，所述初支加固装置包括：
7.第一支撑结构，与所述初支结构固定连接以实现对所述隧道围岩的进一步支撑；
8.第二支撑结构，与所述第一支撑结构进行固定连接，用于增加所述第一支撑结构的支撑力；
9.锁脚连接结构，与所述第一支撑结构通过焊接固定连接，并与所述初支结构进行注浆连接，用于将所述第一支撑结构与所述初支结构进行固定连接；以及
10.第三支撑结构，与所述隧道围岩径向固定连接，用于在所述隧道围岩上形成支撑受力圈，对所述隧道围岩进行支撑。
11.可选地，所述第一支撑结构包括多个支撑工字钢，并且所述多个支撑工字钢分别与所述初支结构固定连接；
12.所述第二支撑结构，包括多个纵向工字钢，并且所述多个纵向工字钢与所述第一支撑结构在预设位置处固定连接，所述预设位置处为所述第一支撑结构受力在预设受力范围内的位置；以及
13.所述第三支撑结构，包括多个注浆小导管，并且所述多个注浆小导管按照预设径向注浆间距在所述隧道围岩上分布设置，所述多个注浆小导管与所述隧道围岩垂直固定连接。
14.可选地，所述第一支撑结构中的支撑工字钢与所述第二支撑结构中的纵向工字钢垂直固定连接。
15.可选地，所述多个支撑工字钢按照第一预设距离平行分布设置；以及
16.所述多个纵向工字钢按照平行分布设置，其中，所述多个纵向工字钢的相邻两件纵向工字钢的距离与所述预设受力范围内的受力对应。
17.可选地，所述第一支撑结构与所述初支结构通过第一连接方式固定连接；以及
18.所述第二支撑结构与所述第一支撑结构通过第二连接方式固定连接。
19.可选地，所述第一连接方式为锁脚锚杆连接；以及
20.所述第二连接方式为焊接固定连接。
21.可选地，所述初支结构包括第一初支工字钢和第二初支工字钢，其中，所述第一初支工字钢为未产生变形的初支工字钢，所述第二初支工字钢为产生变形的初支工字钢；
22.第一支撑工字钢与所述第一初支工字钢通过锁脚锚杆进行连接固定，其中，所述第一支撑工字钢为与所述第一初支工字钢对应的支撑工字钢；以及
23.第二支撑工字钢与所述第二初支工字钢在预设贴合位置处通过所述锁脚锚杆与喷射混凝土进行连接固定，其中，所述第二支撑工字钢为与所述第二初支工字钢对应的支撑工字钢。
24.可选地，所述锁脚连接结构，包括多个锁脚导管，所述多个锁脚导管在钻孔位置处与所述隧道围岩固定连接；
25.所述多个锁脚导管与所述第一支撑结构中的多个支撑工字刚焊接固定连接。
26.根据本技术的第二方面，提供了一种用于软岩大变形隧道的支撑装置，所述支撑装置用于对隧道围岩进行支撑，所述支撑装置包括：
27.初支结构，与隧道围岩进行固定连接；
28.第一支撑结构，与所述初支结构固定连接，用于对所述隧道软岩进行支撑；
29.第二支撑结构，与所述第一支撑结构进行固定连接，用于增加所述第一支撑结构的支撑力；
30.锁脚连接结构，与所述第一支撑结构固定连接，并与隧道围岩固定连接，用于将所述第一支撑结构与所述初支结构与隧道围岩进行固定连接；以及
31.第三支撑结构，与所述隧道围岩径向固定连接，用于在所述隧道围岩上形成支撑受力圈，对所述隧道围岩进行支撑。
32.可选地，所述第一支撑结构包括多个支撑工字钢，并且所述多个支撑工字钢分别与所述初支结构固定连接；
33.所述第二支撑结构，包括多个纵向工字钢，并且所述多个纵向工字钢与所述第一支撑结构在预设位置处固定连接，所述预设位置处为所述第一支撑结构受力在预设受力范围内的位置；
34.所述第三支撑结构，包括多个注浆小导管，并且所述多个注浆小导管按照预设径向注浆间距在所述隧道围岩上分布设置，所述多个注浆小导管与所述隧道围岩垂直固定连
接。
35.在本技术中，通过对隧道初支结构增加第一支撑结构、第二支撑结构、锁脚连接结构和第三支撑结构，第一支撑结构和第二支撑结构固定连接形成初支加固装置，初支加固装置用于与初支结构配合设置，第三支撑结构在隧道围岩上径向固定，在隧道围岩上形成支撑受力圈，对隧道围岩进行支撑，所述初支结构用于对隧道围岩进行支撑，所述初支加固装置用于通过对所述初支结构进行加固以实现对所述隧道围岩提供进一步的支撑，第一支撑结构，与所述初支结构固定连接以实现对所述隧道围岩的进一步支撑；第二支撑结构，与所述第一支撑结构进行固定连接，用于增加所述第一支撑结构的支撑力，通过锁脚连接结构使第一支撑结构和初支结构进行固定连接；第三支撑结构，与所述隧道围岩径向固定连接，用于在所述对到围岩上形成支撑受力圈，对所述隧道围岩进行支撑。解决了现有初支结构对隧道围岩的加固效果较差的问题，提高对大变形隧道的隧道围岩的支护效果。
附图说明
36.图1：本技术提供一种软岩大变形隧道初支加固装置的结构图，用于表示初支加固结构在隧道横截面方向上的结构示意图；
37.图2：本技术提供的一种第一支撑结构和第二支撑结构分布设置的示意图；
38.图3：本技术提供的一种第一支撑结构通过锁脚连接结构与初支结构进行固定的示意图；
39.图4：本技术提供的一种第三支撑结构与隧道围岩进行固定连接的示意图；
40.图中：1
‑‑
初支结构，2
‑‑
第一支撑结构，3
‑‑
第二支撑结构，4
‑‑
锁脚连接结构，5
‑‑
第三支撑结构，11
‑‑
初支工字钢，21
‑‑
支撑工字钢，31
‑‑
纵向工字钢， 41
‑‑
锁脚锚杆，42
‑‑
焊接钢筋，51
‑‑
注浆小导管。
具体实施方式
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合案例对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
42.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
43.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
44.软岩大变形隧道初支施工完成后，由于前期无法对围岩做出精确判断，初支结构难以抵抗围岩变形，导致初支变形严重，产生喷射砼开裂、掉块现象。本技术提供的软岩大变形隧道初支加固装置用于与初支结构配合设置，初支结构用于对隧道围岩进行支撑，初支加固装置用于通过对初支结构进行加固以实现对隧道围岩提供进一步的支撑。
45.如图1所示，为本技术提供一种软岩大变形隧道初支加固装置的结构图，用于初支加固结构在隧道横截面方向上的结构示意图，包括：
46.第一支撑结构，与初支结构固定连接以实现对隧道围岩的进一步支撑；
47.第一支撑结构在初支结构的基础上与初支结构进行固定连接，并通过初支结构与隧道围岩进行固定连接，在初支结构对隧道围岩进行支撑的基础上，第一支撑结构进一步增加对隧道围岩的支护，进一步抵抗隧道围岩变形，提高隧道围岩支撑的安全性，通过第一支撑结构与初支结构的配合设置，控制由于隧道围岩变形导致隧道初支结构的变形速率，提高对隧道围岩的支护效果，避免由于难以承受隧道围岩变形产生的挤压力导致初支结构变形，由于初支结构变形导致隧道施工工程结构的限制或受损，导致隧道施工工程的工期和成本增加。第一支撑结构在初支结构的基础上，为隧道围岩提供进一步地支撑，增加对隧道围岩的支护参数，实现控制隧道围岩变形效率的技术效果，解决了现有初支结构对隧道围岩的加固效果较差的问题，提高对大变形隧道的隧道围岩的支护效果。
48.第一支撑结构包括多个支撑工字钢，其中，多个支撑工字钢为根据隧道围岩参数预先制作的多个弧形工字钢，隧道围岩参数可以为在进行初支结构施工时，初支结构中的初支工字钢的参数数据，除工字钢的标准型号数据外，还包括初支弧度参数，初支弧度参数为初支工字钢的弧度，在进行隧道初支结构施工时，通过对多个标准型号工字钢预先进行加工，得到具有预设弧度的多个初支工字钢，通过多个初支工字钢与隧道围岩进行固定连接，以对隧道围岩提供支撑力。多个支撑工字钢为根据初支弧度参数按照初支弧度参数对应的弧度对工字钢进行加工得到的，由于支撑工字钢与初支工字钢的弧度数据相同，支撑工字钢与初支工字钢能够紧密贴合；在软岩大变形隧道的施工过程中，由于隧道围岩变形，初支结构难以抵挡围岩变形，导致初支结构产生变形，发生初支变形后的初支工字钢与第一支撑结构中的支撑工字钢不能紧密贴合，存在一定的间隙。若初支工字钢与第一支撑结构中的支撑工字钢存在间隙，间隙通过喷射混凝土进行密实固定，以使支撑工字钢和初支工字钢的连接结构中，支撑工字钢的受力均匀，实现对软岩大变形隧道的初支结构加固，以实现对隧道围岩的进一步支撑。
49.第二支撑结构，与第一支撑结构进行固定连接，用于增加第一支撑结构的支撑力，增加第一支撑结构的受力和刚度。
50.如图2所示，为本技术提供的一种第一支撑结构和第二支撑结构分布设置的示意图，第二支撑结构包括多个纵向工字钢，并且第二支撑结构中的纵向工字钢和第一支撑结构中的支撑工字钢在预设位置处固定连接。其中，预设位置为第一支撑结构中承受隧道围岩变形导致的挤压力在预设范围内对应的位置，举例说明，如隧道围岩拱腰位置处对隧道围岩进行支护的支护结构受到隧道围岩产生的变形挤压力位于受力预设范围内，在隧道围岩拱腰位置处设置纵向工字钢，纵向工字钢与第一支撑结构中的支撑工字钢垂直分布，纵向工字钢在与支撑工字钢垂直相交的地方通过焊接进行固定。
51.在本技术的另一可选实施例中，第一支撑结构中的多个支撑工字钢按照预设平行距离进行平行分布，其中，预设距离为0.5～1.0m，第二支撑结构中的多个纵向支撑工字钢之间在隧道轴线方向上平行分布，多个纵向支撑工字钢之间的平行距离不固定，与支护结构承受的隧道围岩变形产生的变形挤压力相关。
52.隧道围岩进行支护的支护结构受到隧道围岩产生的变形挤压力位于受力预设范
围对应的隧道围岩位置范围，第二支撑结构中的多个纵向工字钢根据支护结构受到隧道围岩产生的变形挤压力，按照与变形挤压力对应的距离在隧道围岩上平行分布。举例说明，在隧道围岩的第一位置处，对隧道围岩进行支护的支护结构受到隧道围岩产生的变形挤压力为第一变形挤压力；在隧道围岩的第二位置处，对隧道围岩进行支护的支护结构受到隧道围岩产生的变形挤压力为第二变形挤压力；在隧道围岩的第三位置处，对隧道围岩进行支护的支护结构受到隧道围岩产生的变形挤压力为第三变形挤压力；第一变形挤压力小于第二变形挤压力，第二变形挤压力大于第三变形挤压力，第一变形挤压力小于第三变形挤压力，且第一变形挤压力、第二变形挤压力和第三变形挤压力均位于预设变形挤压力范围内，在隧道围岩的第一位置处设置纵向工字钢的支护参数小于隧道围岩的第二位置处设置纵向工字钢的支护参数，隧道围岩的第一位置处设置纵向工字钢的支护参数小于隧道围岩的第三位置处设置纵向工字钢的支护参数，隧道围岩的第二位置处设置纵向工字钢的支护参数大于隧道围岩的第三位置处设置纵向工字钢的支护参数；其中，在隧道围岩的第一位置处设置纵向工字钢的支护参数，支护参数可以为在隧道围岩的第一位置处的纵向工字钢的数量，任意相邻纵向工字钢的之间的平行间距。在隧道围岩的第四位置处，对隧道围岩进行支护的支护结构受到隧道围岩产生的变形挤压力为第四变形挤压力，第四变形挤压力小于预设变形挤压力范围的最小值，第四位置处不设置纵向工字钢。当前软岩大变形隧道的第二支撑结构按照隧道支撑结构承受的变形挤压力对应的位置处平行设置分布纵向工字钢。
53.隧道围岩进行支护的支护结构受到隧道围岩产生的变形挤压力，其中，变形挤压力可以是隧道初支装置受到隧道围岩变形产生的变形挤压力，也可以是第一支撑结构受到的因隧道围岩变形产生初支结构的变形产生的变形挤压力。
54.在本技术的一个可选实施例中，隧道初支结构包括第一初支工字钢和第二初支工字钢，其中，第一初支工字钢为未产生变形的初支工字钢，第二初支工字钢为产生变形的初支工字钢；
55.第一支撑工字钢与第一初支工字钢通过锁脚锚杆进行连接固定，其中，第一支撑工字钢为与第一初支工字钢对应的支撑工字钢；以及
56.第二支撑工字钢与第二初支工字钢在预设贴合位置处通过锁脚锚杆与喷射混凝土进行连接固定，其中，第二支撑工字钢为与第二初支工字钢对应的支撑工字钢。
57.第一支撑结构中的支撑工字钢与初支工字钢的弧度相同，在初支结构对隧道围岩进行支护时，初支结构中的初支工字钢难以抵抗隧道围岩变形，导致初支工字钢产生变形，产生变形后的初支工字钢的弧度发生变化，与支撑工字钢难以紧密贴合，在进行贴合时，存在间隙。支撑工字钢通过锁脚锚杆与初支结构进行固定连接，并与隧道围岩进行固定连接，初支结构中的初支工字钢产生变形，支撑工字钢与初支工字钢通过锁脚锚杆连接后，支撑工字钢和初支工字钢中存在间隙，间隙通过喷射混凝土和混凝土网经密实喷射后固定，支撑工字钢和初支工字钢的间隙通过混凝土固定后，实现了支撑工字钢受理均匀的效果，对变形后的初支支护效果进一步加强。初支结构中的初支工字钢未产生变形，支撑工字钢与初支工字钢通过锁脚锚杆连接后，支撑工字钢与对应的初支工字钢紧密贴合。
58.如图3所示，提供了一种第一支撑结构通过锁脚连接结构与初支结构进行固定的示意图。
59.在本技术的另一可选实施例中，锁脚连接结构与第一支撑结构通过焊接固定连
接，并与初支结构进行注浆连接，用于将第一支撑结构与初支结构进行固定连接。
60.锁脚连接结构，包括多个锁脚导管，多个锁脚导管在钻孔位置处与围岩固定连接，多个锁脚导管均与围岩垂直固定连接，多个锁脚导管在钻孔处通过小导管压浆与隧道围岩进行固定。举例说明，如，在第一支撑结构中的支撑工字钢与初支结构进行配合设置，在支撑工字钢的两端，分别添加锁脚连接结构，在支撑工字钢的每端，共设置4个锁脚导管，分别分布在支撑工字钢当前端的两侧，小导管可以采用4.5m长的ф42mm小导管，小导管前端制作为尖锥状，尾部焊上φ6加筋箍，钢花管间距15cm梅花型布置φ6注浆孔，其中，钻孔深度为4.5m，采用水泥单浆液，水泥浆水灰比1:1，注浆压力为0.5-1mpa，对小导管进行压浆处理，将小导管与隧道围岩进行固定。
61.所述多个锁脚导管与所述第一支撑结构中的多个支撑工字刚焊接固定连接。
62.在第一支撑结构中的多个支撑工字钢两侧预设位置处分别设置锁脚小导管，支撑工字钢两侧的两个小导管通过钢筋分别与两侧小导管焊接连接，以使小导管与第一支撑结构中的支撑工字钢进一步固定，提高第一支撑结构与隧道围岩的粘结力，从而增加第一支撑结构对隧道围岩的加固。举例说明，如，在支撑工字钢的两端每端拱脚位置设置4根小导管，在其中任意一端，每榀支撑工字钢的两侧分别设置2根小导管，将两侧的对应的小导管通过钻孔及注浆固定在隧道围岩上，通过跨过支撑工字钢的φ20u型钢筋分别与两侧对应的小导管焊接连接，将小导管与第一支撑结构中的支撑工字钢与隧道围岩进行固定，增加支撑工字钢与围岩的粘结力。
63.如图4所示，提供了一种第三支撑结构与隧道围岩进行固定连接的示意图。
64.在本技术的另一可选实施例中，第三支撑结构，与隧道围岩径向固定连接，用于在对到围岩上形成支撑受力圈，对隧道围岩进行支撑。
65.第三支撑结构，包括多个注浆小导管，并且多个注浆小导管按照预设径向注浆间距在隧道围岩上分布设置，多个注浆小导管与隧道围岩垂直固定连接。
66.第三支撑结构中多个注浆小导管可以按照预设间距在隧道围岩上分布设置，举例说明，如，注浆小导管按照间距1.2m
ⅹ
1.2m(纵向
ⅹ
环向)的分布与隧道围岩进行固定连接，注浆小导管垂直与隧道围岩打入，采用水泥单浆液，对注浆小导管进行压浆处理，将第三支撑结构中的多个注浆小导管与隧道围岩进行固定。
67.在本技术的另一可选实施例中，第三支撑结构中的多个注浆小导管根据初支结构变形程度在隧道围岩上分布设置，举例说明，如，变形数据为用于表现隧道围岩产生变形的程度，隧道围岩在第一变形位置处产生第一变形数据，隧道围岩在第二变形位置处产生第二变形数据，隧道围岩在第三变形位置处产生第三变形数据，其中，第一变形数据》第二变形数据》第三变形数据，在第一变形位置处的注浆小导管按照1.0m
ⅹ
1.0m(纵向
ⅹ
环向)的分布设置，在第二变形位置处的注浆小导管按照1.2m
ⅹ
1.2m(纵向
ⅹ
环向)的分布设置，在 1.5m
ⅹ
1.5m(纵向
ⅹ
环向)的分布设置。
68.第三支撑结构，通过在隧道围岩上按照小导管分布距离进行分布设置，第三支撑结构中与隧道围岩固定的多个小导管形成整体的受力圈，增加对隧道围岩的支撑力，提升对隧道围岩变形抵抗的效果。
69.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
70.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
71.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。