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专利名称：一种强烈岩爆段隧道支护结构及施工方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210591859.9

专利申请（专利权）人：闽晟集团城建发展有限公司
权利人地址：福建省三明市梅列区乾龙新村17幢3楼2号

专利发明（设计）人：张平,吴正宇,朱要亮,蒋国平

专利摘要：本发明公开了一种强烈岩爆段隧道支护结构，所述支护结构包括第一支护架、第二支护架，所述第二支护架设置为中空结构，所述第一支护架设置在所述第二支护架内，所述第一支护架的外侧壁设置有防护机构，所述防护机构用以支撑所述第二支护架；所述防护机构包括缓冲机构、防护杆、防护箱，所述防护杆的下端贯穿所述防护箱的上端侧壁，且延伸至防护箱内，所述防护箱内侧壁设置有齿轮，所述防护箱的外侧壁设置有驱动机构，所述防护杆的外侧壁设置有齿条。本发明能够释放围岩形变压力，减小初期支护结构的结构内力，从而保证初期支护结构的稳定性，缓冲机构还可以吸收飞溅岩块的冲击力，避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全。

主权利要求：
1.一种强烈岩爆段隧道支护结构，其特征在于，
所述支护结构包括第一支护架、第二支护架，所述第二支护架设置为中空结构，所述第一支护架设置在所述第二支护架内，所述第一支护架的外侧壁设置有防护机构，所述防护机构用以支撑所述第二支护架；
所述防护机构包括缓冲机构、防护杆、防护箱，所述防护杆设置在所述缓冲机构的下端，所述防护杆的下端贯穿所述防护箱的上端侧壁，且延伸至防护箱内，所述防护箱内侧壁设置有齿轮，所述防护箱的外侧壁设置有驱动机构，所述驱动机构用以带动所述齿轮转动，所述防护杆的外侧壁设置有齿条，所述齿条与所述齿轮齿合连接，所述齿轮转动经所述齿条带动所述防护杆沿竖直方向运动，从而带动所述缓冲机构沿竖直方向运动；
所述缓冲机构包括缓冲板、缓冲杆、缓冲弹簧、缓冲箱，所述缓冲板设置在所述防护杆的上端，所述缓冲杆垂直设置在所述缓冲板的上端，所述缓冲弹簧的下端设置在所述缓冲板上，所述缓冲弹簧的上端与所述缓冲箱的下端连接，所述缓冲弹簧缠绕设置在所述缓冲杆上，所述缓冲箱用以支撑所述第二支护架；
所述缓冲箱的上表面内部设置有空腔，所述空腔内填充有吸音棉，所述缓冲箱的下端设置有通孔，所述通孔延伸至所述空腔内，所述通孔与所述缓冲杆相向设置，所述通孔的下表面设置有防护板，所述防护板用以支撑所述缓冲杆。
2.根据权利要求1所述的一种强烈岩爆段隧道支护结构，其特征在于，
所述驱动机构设置为伺服电机，所述驱动机构可正转与反转，从而带动所述防护杆沿竖直方向上下往复运动，从而带动所述缓冲机构沿竖直方向上下往复运动。
3.根据权利要求1所述的一种强烈岩爆段隧道支护结构，其特征在于，
所述第一支护架包括至少两组支护架第一组件、支护架第二组件，所述支护架第一组件与所述支护架第二组件之间拼接设置，所述支护架第一组件与所述支护架第二组件大小结构相同，所述支护架第一组件的一侧表面开设有安装槽，所述安装槽的内表面开设有连接槽，所述支护架第一组件的另一侧面设置有拼接杆，所述拼接杆的上表面开设有凹陷槽，所述凹陷槽内开设有拼接孔，所述拼接孔内设置有固定螺栓，所述支护架第一组件与所述支护架第二组件之间经所述连接槽与所述固定螺栓配合固定拼接。
4.根据权利要求3所述的一种强烈岩爆段隧道支护结构，其特征在于，
所述固定螺栓的表面焊接有定位环，且所述定位环与所述凹陷槽内表面抵接，所述固定螺栓的朝向所述凹陷槽的端面设置有矩形凹槽。
5.根据权利要求1所述的一种强烈岩爆段隧道支护结构，其特征在于，
所述缓冲机构设置为若干组，若干组所述缓冲机构沿所述第一支护架的外侧壁均匀间隔设置。
6.根据权利要求3所述的一种强烈岩爆段隧道支护结构，其特征在于，
所述缓冲箱的外表面设置有缓冲层，所述缓冲层设置为橡胶材质，所述连接槽设置为两组，两组所述连接槽相向设置，所述拼接孔设置为两组，两组所述拼接孔相向设置。
7.一种强烈岩爆段隧道支护施工方法，其特征在于，
所述施工方法包括上述权利要求3的支护结构，所述施工方法包括以下步骤：
S1：根据隧道的尺寸选取所需尺寸大小的第一支护架，将所需第一支护架通过若干组支护架第一组件、支护架第二组件拼接而成；
S2：第一支护架拼接完成后再根据实际所需选取合适尺寸的第二支护架，将第二支护架置于第一支护架的外周，并使第一支护架与第二支护架位于同轴设置；
S3：打开驱动机构，驱动机构正转，驱动机构带动齿轮转动，齿轮转动经齿条带动防护杆沿竖直方向向上运动，从而带动缓冲机构沿竖直方向向上运动，从而支撑并固定第二支护架；
S4：当需要拆卸或更换第二支护架与第一支护架时，驱动机构反转，驱动机构带动齿轮转动，齿轮转动经齿条带动防护杆沿竖直方向向下运动，从而带动缓冲机构沿竖直方向向下运动，从而拆卸第二支护架，再通过反向松动固定螺栓，从而拆卸第一支护架。 说明书 : 一种强烈岩爆段隧道支护结构及施工方法技术领域[0001] 本发明涉及隧道支护技术领域，具体而言，涉及一种强烈岩爆段隧道支护结构及施工方法。背景技术[0002] 传统的“强支硬顶”支护理念，是通过不断增加初期支护结构的厚度和刚度来增加支护抗力，减小围岩变形，进而保证初期支护结构的稳定性。[0003] 然而，当遇到软岩大变形隧道或者滞后岩爆隧道时，围岩的形变压力或者岩块炸飞的冲击力将远远超过初期支护结构的支护抗力。当软岩大变形隧道的围岩形变压力大于初期支护结构的峰值强度时，初期支护结构就会发生屈服、压溃，甚至整体溃塌，进而导致严重的安全事故和经济损失。同样的，当滞后岩爆隧道发生岩爆时，飞溅岩块的强大冲击力也会造成初期支护结构的局部损坏、甚至人员伤亡。更换损坏和溃塌的初期支护结构，还会造成大量的支护材料和施工成本的重复投入，延误工期，并且现有的支护结构往往尺寸单一并且固定组装，拆卸与运输都较麻烦，且使用不便，单一尺寸支护结构无法应对不同尺寸大小的隧道，灵活性较低。发明内容[0004] 本发明的目的包括，提供了一种隧道支护结构，其能够释放围岩形变压力，减小初期支护结构的结构内力，从而保证初期支护结构的稳定性，还可以吸收飞溅岩块的冲击力，避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全，并且通过拼接的方式来应对不同尺寸大小的隧道；[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：[0006] 本发明的一个目的，提供一种强烈岩爆段隧道支护结构，[0007] 所述支护结构包括第一支护架、第二支护架，所述第二支护架设置为中空结构，所述第一支护架设置在所述第二支护架内，所述第一支护架的外侧壁设置有防护机构，所述防护机构用以支撑所述第二支护架；[0008] 所述防护机构包括缓冲机构、防护杆、防护箱，所述防护杆设置在所述缓冲机构的下端，所述防护杆的下端贯穿所述防护箱的上端侧壁，且延伸至防护箱内，所述防护箱内侧壁设置有齿轮，所述防护箱的外侧壁设置有驱动机构，所述驱动机构用以带动所述齿轮转动，所述防护杆的外侧壁设置有齿条，所述齿条与所述齿轮齿和连接，所述齿轮转动经所述齿条带动所述防护杆沿竖直方向运动，从而带动所述缓冲机构沿竖直方向运动。[0009] 可选的，所述缓冲机构包括缓冲板、缓冲杆、缓冲弹簧、缓冲箱，所述缓冲板设置在所述防护杆的上端，所述缓冲杆垂直设置在所述缓冲板的上端，所述缓冲弹簧的下端设置在所述缓冲板上，所述缓冲弹簧的上端与所述缓冲箱的下端连接，所述缓冲弹簧缠绕设置在所述缓冲杆上，所述缓冲箱用以支撑所述第二支护架。[0010] 可选的，所述缓冲箱的上表面内部设置有空腔，所述空腔内填充有吸音棉，所述缓冲箱的下端设置有通孔，所述通孔延伸至所述空腔内，所述通孔与所述缓冲杆相向设置，所述通孔的下表面设置有防护板，所述防护板用以支撑所述缓冲杆。[0011] 可选的，所述驱动机构设置为伺服电机，所述驱动机构可正转与反转，从而带动所述防护杆沿竖直方向上下往复运动，从而带动所述缓冲机构沿竖直方向上下往复运动。[0012] 可选的，所述第一支护架包括至少两组支护架第一组件、支护架第二组件，所述支护架第一组件与所述支护架第二组件之间拼接设置，所述支护架第一组件与所述支护架第二组件大小结构相同，所述支护架第一组件的一侧表面开设有安装槽，所述安装槽的内表面开设有连接槽，所述支护架第一组件的另一侧面设置有拼接杆，所述拼接杆的上表面开设有凹陷槽，所述凹陷槽内开设有拼接孔，所述拼接孔内设置有固定螺栓，所述支护架第一组件与所述支护架第二组件之间经所述连接槽与所述固定螺栓配合固定拼接。[0013] 可选的，所述固定螺栓的表面焊接有定位环，且所述定位环与所述凹陷槽内表面抵接，所述固定螺栓的朝向所述凹陷槽的端面设置有矩形凹槽。[0014] 可选的，所述缓冲机构设置为若干组，若干组所述缓冲机构沿所述第一支护架的外侧壁均匀间隔设置。[0015] 可选的，所述缓冲箱的外表面设置有缓冲层，所述缓冲层设置为橡胶材质，所述连接槽设置为两组，两组所述连接槽相向设置，所述拼接孔设置为两组，两组所述拼接孔相向设置。[0016] 本发明的另一个目的，提供一种强烈岩爆段隧道支护施工方法，[0017] 所述施工方法包括上述支护结构，所述施工方法包括以下步骤：[0018] S1：根据隧道的尺寸选取所需尺寸大小的第一支护架，将所需第一支护架通过若干组支护架第一组件、支护架第二组件拼接而成；[0019] S2：第一支护架拼接完成后再根据实际所需选取合适尺寸的第二支护架，将第二支护架置于第一支护架的外周，并使第一支护架与第二支护架位于同轴设置；[0020] S3：打开驱动机构，驱动机构正转，驱动机构带动齿轮转动，齿轮转动经齿条带动防护杆沿竖直方向向上运动，从而带动缓冲机构沿竖直方向向上运动，从而支撑并固定第二支护架；[0021] S4：当需要拆卸或更换第二支护架与第一支护架时，驱动机构反转，驱动机构带动齿轮转动，齿轮转动经齿条带动防护杆沿竖直方向向下运动，从而带动缓冲机构沿竖直方向向下运动，从而拆卸第二支护架，再通过反向松动固定螺栓，从而拆卸第一支护架。[0022] 本发明有益效果[0023] 本发明当第二支护架受力挤压缓冲箱时，缓冲层先一步对压力进行缓冲，压力进一步传递至缓冲箱时，缓冲箱受力进而挤压缓冲弹簧，缓冲弹簧受力在缓冲杆上发生形变，进而减缓冲击力，且，通过在所述缓冲箱的下端设置有通孔，当缓冲箱受到持续压力时，防护板进一步对压力仅需缓冲，当压力过大时，缓冲杆将贯穿防护板，并且所述通孔与所述缓冲杆对应设置便于所述缓冲箱受力挤压缓冲杆的过程中具备一个缓冲区，防止所述缓冲杆直接与缓冲箱撞击造成缓冲箱损坏，并且，所述缓冲箱的上表面设置有空腔并且空腔内填充有吸音棉，因此，当缓冲杆进入通孔内并收到持续的挤压时，缓冲杆进一步通过挤压空腔内的吸音棉，吸音棉与缓冲杆相互挤压，进一步起到抵消冲击力的作用，并且，吸音棉还有利用吸收隧道内的噪音，防止噪音对操作人员的身心产生影响，本发明能够释放围岩形变压力，减小初期支护结构的结构内力，从而保证初期支护结构的稳定性，缓冲机构还可以吸收飞溅岩块的冲击力，避免支护结构的损坏，保证施工作业人员的安全，并且通过拼接的方式来应对不同尺寸大小的隧道，大大提高支护机构的灵活性。附图说明[0024] 图1为本发明结构示意图。[0025] 图2为本发明防护结构结构放大图。[0026] 图3为本发明支护架第一组件、支护架第二组件平面展开图。[0027] 图4为本发明图3中的局部放大图。[0028] 图5为本发明支护架第一组件平面展开立体图。[0029] 附图标记说明：1?第一支护架，2?第二支护架，3?防护箱，4?防护杆，5?驱动机构，6?齿轮，7?齿条，8?缓冲板，9?缓冲杆，10?缓冲弹簧，11?缓冲箱，12?吸音棉，13?通孔，14?支护架第一组件，15?支护架第二组件，16?安装槽，17?连接槽，18?拼接杆，19?凹陷槽，20?固定螺栓。具体实施方式[0030] 下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。[0031] 实施例[0032] 如图1?图5所示，本发明的一个目的，提供一种强烈岩爆段隧道支护结构，[0033] 所述支护结构包括第一支护架1、第二支护架2，所述第二支护架2设置为中空结构，所述第一支护架1设置在所述第二支护架2内，所述第一支护架1的外侧壁设置有防护机构，所述防护机构用以支撑所述第二支护架2；[0034] 所述防护机构包括缓冲机构、防护杆4、防护箱3，所述缓冲机构设置为若干组，若干组所述缓冲机构沿所述第一支护架1的外侧壁均匀间隔设置，所述防护杆4设置在所述缓冲机构的下端，所述防护杆4的下端贯穿所述防护箱3的上端侧壁，且延伸至防护箱3内，所述防护箱3内侧壁设置有齿轮6，所述防护箱3的外侧壁设置有驱动机构5，所述驱动机构5用以带动所述齿轮6转动，所述防护杆4的外侧壁设置有齿条7，所述齿条7与所述齿轮6齿和连接，所述齿轮6转动经所述齿条7带动所述防护杆4沿竖直方向运动，从而带动所述缓冲机构沿竖直方向运动，[0035] 通过以上设计，齿轮6转动经齿条7带动所述防护杆4沿竖直方向运动，从而带动缓冲机构沿竖直方向运动，起到调节缓冲杆的高度，从而便于应对不同尺寸大小的第二支护架2，对不同尺寸大小的第二支护架2均可支撑固定，防止第二支护架2发生松动，提高第二支护架2的稳定性；[0036] 所述缓冲机构包括缓冲板8、缓冲杆9、缓冲弹簧10、缓冲箱11，所述缓冲板8设置在所述防护杆4的上端，所述缓冲杆9垂直设置在所述缓冲板8的上端，所述缓冲弹簧10的下端设置在所述缓冲板8上，所述缓冲弹簧10的上端与所述缓冲箱11的下端连接，所述缓冲弹簧10缠绕设置在所述缓冲杆9上，所述缓冲箱11用以支撑所述第二支护架2，所述缓冲箱11的上表面内部设置有空腔，所述空腔内填充有吸音棉12，所述缓冲箱11的下端设置有通孔13，所述通孔13延伸至所述空腔内，所述通孔13与所述缓冲杆9相向设置，所述通孔13的下表面设置有防护板，所述防护板用以支撑所述缓冲杆9，[0037] 通过上述设置，当第二支护架2受力挤压缓冲箱11时，缓冲层先一步对压力进行缓冲，压力进一步传递至缓冲箱11时，缓冲箱11受力进而挤压缓冲弹簧10，缓冲弹簧10受力在缓冲杆9上发生形变，进而减缓冲击力，且，通过在所述缓冲箱11的下端设置有通孔13，当缓冲箱11受到持续压力时，防护板进一步对压力仅需缓冲，当压力过大时，缓冲杆9将贯穿防护板，并且所述通孔13与所述缓冲杆9对应设置便于所述缓冲箱11受力挤压缓冲杆9的过程中具备一个缓冲区，防止所述缓冲杆9直接与缓冲箱11撞击造成缓冲箱11损坏，并且，所述缓冲箱11的上表面设置有空腔并且空腔内填充有吸音棉，因此，当缓冲杆9进入通孔13内并收到持续的挤压时，缓冲杆9进一步通过挤压空腔内的吸音棉12，吸音棉12与缓冲杆9相互挤压，进一步起到抵消冲击力的作用，并且，吸音棉12还有利用吸收隧道内的噪音，防止噪音对操作人员的身心产生影响；[0038] 所述驱动机构5设置为伺服电机，所述驱动机构5可正转与反转，从而带动所述防护杆4沿竖直方向上下往复运动，从而带动所述缓冲机构沿竖直方向上下往复运动，[0039] 通过上述设计，驱动机构5用以实现缓冲机构的升降，从而便于第一支护架1、第二支护架2的更换与维修；[0040] 所述第一支护架1包括至少两组支护架第一组件14、支护架第二组件15，所述支护架第一组件14与所述支护架第二组件15之间拼接设置，所述支护架第一组件14与所述支护架第二组件15大小结构相同，所述支护架第一组件14的一侧表面开设有安装槽16，所述安装槽16的内表面开设有连接槽17，所述支护架第一组件14的另一侧面设置有拼接杆18，所述拼接杆18的上表面开设有凹陷槽19，所述凹陷槽19内开设有拼接孔，所述拼接孔内设置有固定螺栓20，所述支护架第一组件14与所述支护架第二组件15之间经所述连接槽17与所述固定螺栓20配合固定拼接，[0041] 通过上述设计，通过设置可拆卸的第一支护架1，便于提高使用过程中的灵活性，以便于应对不同尺寸大小的隧道；[0042] 所述固定螺栓20的表面焊接有定位环，且所述定位环与所述凹陷槽19内表面抵接，所述固定螺栓20的朝向所述凹陷槽19的端面设置有矩形凹槽，通过矩形凹槽能够作为固定螺栓20旋动的着力点，可通过四棱柱状工具进行固定螺栓20的旋动，相较于传统六角螺栓，能够缩小固定螺栓20安装的放置空间，且有利于固定螺栓20的安装；[0043] 所述缓冲箱11的外表面设置有缓冲层，所述缓冲层设置为橡胶材质，所述连接槽17设置为两组，两组所述连接槽17相向设置，所述拼接孔设置为两组，两组所述拼接孔相向设置，两组连接槽17与拼接孔的设置，便于提高拼接过程中的稳定性与紧固性；[0044] 本发明的实施例还提供一种强烈岩爆段隧道支护施工方法，[0045] 所述施工方法包括上述支护结构，所述施工方法包括以下步骤：[0046] S1：根据隧道的尺寸选取所需尺寸大小的第一支护架1，将所需第一支护架1通过若干组支护架第一组件14、支护架第二组件15拼接而成；[0047] S2：第一支护架1拼接完成后再根据实际所需选取合适尺寸的第二支护架2，将第二支护架2置于第一支护架1的外周，并使第一支护架1与第二支护架2位于同轴设置；[0048] S3：打开驱动机构5，驱动机构5正转，驱动机构5带动齿轮6转动，齿轮6转动经齿条7带动防护杆4沿竖直方向向上运动，从而带动缓冲机构沿竖直方向向上运动，从而支撑并固定第二支护架2；[0049] S4：当需要拆卸或更换第二支护架2与第一支护架1时，驱动机构5反转，驱动机构5带动齿轮6转动，齿轮6转动经齿条7带动防护杆4沿竖直方向向下运动，从而带动缓冲机构沿竖直方向向下运动，从而拆卸第二支护架2，再通过反向松动固定螺栓20，从而拆卸第一支护架1。[0050] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：福建

专利申请日期：2022-05-27

专利公开日期：2024-11-08

专利公告号：CN114961777B