[發明專利]隧道施工中用于控制鋼架變形的液壓扇形支撐系統

有效

• 申請號: 200910062751.5
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101929338A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發明（設計）人: 張旭東
• 申請（專利權）人: 張旭東
• 主分類號: E21D9/04
• 分類號: E21D9/04
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 雷速

技術領域

本發明涉及隧道工程施工設備，具體說是一種用以控制隧道初期支護鋼架變形的帶有箱形鋼基座的液壓扇形支撐系統。

背景技術

在隧道工程中，軟弱圍巖大斷面隧道開挖多采用分部開挖的方法(如臺階法、CD法、CRD法等)，其中臺階法由于施工快捷方便，應用較多。其施工的主要順序為：開挖上臺階，安裝支護鋼架(一般為型鋼鋼架或格柵鋼架)，并噴射混凝土。然后開挖下臺階和仰拱，安裝下臺階和仰拱的支護鋼架。在開挖下臺階和仰拱時，是支護鋼架變形最大的時候。當地質條件不好時，往往造成鋼架的大變形，如果這種變形得不到及時的控制，會造成隧道塌方；或者變形的鋼架侵入隧道空間，就需要將變形的鋼架拆除更換，在拆換鋼架過程中，也常常誘發塌方。無論是塌方還是拆換鋼架，發生的工程費用都較大，是隧道施工中要竭力避免其發生的。為了控制已經安裝好的鋼架在圍巖壓力作用下的大變形，主要有下述兩種方法：

1.增加噴射混凝土的厚度，在原有噴射混凝土的表面在補噴一層混凝土，增加結構的厚度，來控制變形。

2.在鋼架上增加臨時支撐。臨時支撐多采用現場臨時加工的支撐桿件，桿件的截面形式有工字鋼、圓形鋼管等。支撐結構多采用桁架式或單點支撐

采用加厚噴射混凝土的方法，效果較慢，而且施工時間較長，往往不能及時控制圍巖和鋼架變形；采用在鋼架上增加臨時支撐的方法，具有施工時間短，受力機理明確清晰，效果明顯，支撐結構可以重復使用，經濟性好等優點。但是，目前這些臨時支撐多為采用現場現有的材料(鋼管、工字鋼等)臨時加工，存在以下問題：

1.支撐的直接放在原地面上，不能提供足夠的支撐力。如果在原地面上進行地基處理，費時費力，占用寶貴的時間。

2.支撐與鋼架的接觸不好，多采用木楔等，不能保證均勻受力

3.不能提供預應力

4.單點支撐，不能形成穩定的支撐體系

5.加工、安裝不方便

發明內容

本發明的目的提供一種能夠快速安裝的作用于隧道鋼架的扇形支撐體系以解決上述問題，為隧道施工提供方便快捷的臨時支撐體系。

所述隧道施工中用于控制鋼架大變形的液壓扇形支撐系統的主體結構由支撐單元和箱形基座組成，支撐單元由液壓千斤頂和鋼管組成，其特征是：在隧道臺階中部安放鋼箱基座，在鋼箱基座頂部上呈扇形固定有多個帶鋼套筒的伸縮式液壓缸，鋼套筒套入作為支撐桿的鋼管中或者與支撐桿相嵌套，液壓缸連接液壓系統。

作為本系統的實施例，有如下的優化方案完善本支撐系統：所述鋼箱基座通過打入地下的鋼管錨樁來予以固定。

所述鋼箱基座上的每一個伸縮式液壓缸采用獨立的液壓伸縮控制。即每一個伸縮式液壓缸有獨立的伸縮控制開關，或者逐一接上液壓千斤頂控制動作。

每一個伸縮式液壓缸上分別配有壓力檢測儀表，以實時檢測每一個支撐桿方向所受的壓力。

鋼箱基座與支撐桿構成的多榀的支撐系統間有斜向連桿相互支撐。一榀支撐系統由一個鋼箱基座及其所攜帶的多個液壓缸，與相應數量的支撐桿頂在半圓形的支護鋼架上，形成一榀扇形的支撐系統，在一個隧道內多榀支撐系統間通過連桿互相支撐，以增強支撐系統的穩定性。

一個帶鋼套筒的液壓缸與一根支撐桿構成一個支撐單元，支撐單元鋼管和液壓缸采用套筒連接，附屬連接桿件采用銷釘連接，液壓缸與鋼箱基座用法蘭螺栓連接，以方便快捷的安裝。

在隧道臺階法施工時，開挖下臺階前，安裝本系統，可以預防開挖過程中初期支護鋼架的變形。而當隧道鋼架變形超限后，安裝本系統，可以迅速地提供支承加固。并能對鋼架施加一定的預應力，有效的控制了隧道初期支護鋼架變形，防止由于支護承載力不足造成的隧道塌方，同時防止鋼架變形過大侵入隧道限界造成的拆除返工，消除施工安全隱患，保證隧道施工安全，節約工程成本。

本發明大大縮短了隧道施工中安裝臨時支撐的安裝時間，并能大幅度提高臨時支撐的質量和穩定性。通過調節支撐桿的長度，可以適應各種的隧道斷面，并且能夠兩榀或多榀相連，形成整體受力的結構，大大增加了支撐的可靠性。同時，通過液壓油缸，可以調節各點的支撐力，并能對隧道鋼架施加預應力。既可用于隧道正常掘進預防初期鋼架變形過大，又可作為保證隧道安全施工的應急設備，同時大幅降低了防護體系的成本。對于保證隧道施工安全，防止隧道初期支護變形帶來的隧道塌方有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明整體結構示意圖，

圖2箱形基座示意圖，

圖3多榀連接示意圖

圖中：1-鋼箱基座，2-支撐桿，3-支護鋼架，4-錨樁，5-鋼套筒，6-液壓缸，7-連桿。

具體實施方式