隧道施工中用于控制钢架变形的液压扇形支撑系统

摘要

一种隧道施工中用于控制钢架大变形的液压扇形支撑系统，其特征是：在隧道台阶中部安放钢箱基座(1)，在钢箱基座(1)顶部上呈扇形固定有多个带钢套筒(5)的伸缩式液压缸(6)，钢套筒(5)套入支撑钢管中，液压缸(6)连接液压系统。本发明在隧道初期支护在隧道围岩的压力作用下发生大变形时，可以快捷安装，迅速有效地提供系统稳定支撑力，防止塌方和支护变形侵入隧道限界造成的返工，还可以在隧道正常掘进开挖下台阶时，安装本系统来预防变形过大，保证隧道施工的安全，节约工程成本。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程施工设备，具体说是一种用以控制隧道初期支护钢架变形的带有箱形钢基座的液压扇形支撑系统。

背景技术

在隧道工程中，软弱围岩大断面隧道开挖多采用分部开挖的方法(如台阶法、CD法、CRD法等)，其中台阶法由于施工快捷方便，应用较多。其施工的主要顺序为：开挖上台阶，安装支护钢架(一般为型钢钢架或格栅钢架)，并喷射混凝土。然后开挖下台阶和仰拱，安装下台阶和仰拱的支护钢架。在开挖下台阶和仰拱时，是支护钢架变形最大的时候。当地质条件不好时，往往造成钢架的大变形，如果这种变形得不到及时的控制，会造成隧道塌方；或者变形的钢架侵入隧道空间，就需要将变形的钢架拆除更换，在拆换钢架过程中，也常常诱发塌方。无论是塌方还是拆换钢架，发生的工程费用都较大，是隧道施工中要竭力避免其发生的。为了控制已经安装好的钢架在围岩压力作用下的大变形，主要有下述两种方法：

1.增加喷射混凝土的厚度，在原有喷射混凝土的表面在补喷一层混凝土，增加结构的厚度，来控制变形。

2.在钢架上增加临时支撑。临时支撑多采用现场临时加工的支撑杆件，杆件的截面形式有工字钢、圆形钢管等。支撑结构多采用桁架式或单点支撑

采用加厚喷射混凝土的方法，效果较慢，而且施工时间较长，往往不能及时控制围岩和钢架变形；采用在钢架上增加临时支撑的方法，具有施工时间短，受力机理明确清晰，效果明显，支撑结构可以重复使用，经济性好等优点。但是，目前这些临时支撑多为采用现场现有的材料(钢管、工字钢等)临时加工，存在以下问题：

1.支撑的直接放在原地面上，不能提供足够的支撑力。如果在原地面上进行地基处理，费时费力，占用宝贵的时间。

2.支撑与钢架的接触不好，多采用木楔等，不能保证均匀受力

3.不能提供预应力

4.单点支撑，不能形成稳定的支撑体系

5.加工、安装不方便

发明内容

本发明的目的提供一种能够快速安装的作用于隧道钢架的扇形支撑体系以解决上述问题，为隧道施工提供方便快捷的临时支撑体系。

所述隧道施工中用于控制钢架大变形的液压扇形支撑系统的主体结构由支撑单元和箱形基座组成，支撑单元由液压千斤顶和钢管组成，其特征是：在隧道台阶中部安放钢箱基座，在钢箱基座顶部上呈扇形固定有多个带钢套筒的伸缩式液压缸，钢套筒套入作为支撑杆的钢管中或者与支撑杆相嵌套，液压缸连接液压系统。

作为本系统的实施例，有如下的优化方案完善本支撑系统：所述钢箱基座通过打入地下的钢管锚桩来予以固定。

所述钢箱基座上的每一个伸缩式液压缸采用独立的液压伸缩控制。即每一个伸缩式液压缸有独立的伸缩控制开关，或者逐一接上液压千斤顶控制动作。

每一个伸缩式液压缸上分别配有压力检测仪表，以实时检测每一个支撑杆方向所受的压力。

钢箱基座与支撑杆构成的多榀的支撑系统间有斜向连杆相互支撑。一榀支撑系统由一个钢箱基座及其所携带的多个液压缸，与相应数量的支撑杆顶在半圆形的支护钢架上，形成一榀扇形的支撑系统，在一个隧道内多榀支撑系统间通过连杆互相支撑，以增强支撑系统的稳定性。

一个带钢套筒的液压缸与一根支撑杆构成一个支撑单元，支撑单元钢管和液压缸采用套筒连接，附属连接杆件采用销钉连接，液压缸与钢箱基座用法兰螺栓连接，以方便快捷的安装。

在隧道台阶法施工时，开挖下台阶前，安装本系统，可以预防开挖过程中初期支护钢架的变形。而当隧道钢架变形超限后，安装本系统，可以迅速地提供支承加固。并能对钢架施加一定的预应力，有效的控制了隧道初期支护钢架变形，防止由于支护承载力不足造成的隧道塌方，同时防止钢架变形过大侵入隧道限界造成的拆除返工，消除施工安全隐患，保证隧道施工安全，节约工程成本。

本发明大大缩短了隧道施工中安装临时支撑的安装时间，并能大幅度提高临时支撑的质量和稳定性。通过调节支撑杆的长度，可以适应各种的隧道断面，并且能够两榀或多榀相连，形成整体受力的结构，大大增加了支撑的可靠性。同时，通过液压油缸，可以调节各点的支撑力，并能对隧道钢架施加预应力。既可用于隧道正常掘进预防初期钢架变形过大，又可作为保证隧道安全施工的应急设备，同时大幅降低了防护体系的成本。对于保证隧道施工安全，防止隧道初期支护变形带来的隧道塌方有重要意义。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图，

图2箱形基座示意图，

图3多榀连接示意图

图中：1-钢箱基座，2-支撑杆，3-支护钢架，4-锚桩，5-钢套筒，6-液压缸，7-连杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：本发明适用于当隧道施工钢架的变形量超过预期，即沉降超过预留沉降量；周边边墙的收敛变形侵入限界；或者通过隧道的监控量测发现变形不收敛；或变形量急剧变化时的对隧道钢钢拱架进行支撑临时加固。

所述隧道施工中用于控制钢架大变形的液压扇形支撑系统，在上述情况下，在隧道内地面中部固定钢箱基座1，在钢箱基座1上用法兰盘和螺栓连接有多个顶部带钢套筒5的伸缩式液压缸6，液压缸6连接液压系统，支撑杆2插入钢套筒5并支撑在支护钢架3上。

所述钢箱基座1可以通过打入地下的锚桩4固定。

所述钢箱基座1上的每一个伸缩式液压缸6采用独立的液压伸缩控制。即每一个伸缩式液压缸6有独立的伸缩控制开关，或者逐一接上千斤顶控制动作，但是这些液压缸之间可以共用液压马达或者千斤顶，每一个液压缸都有独立的通道控制。

每一个伸缩式液压缸6上配有压力检测仪表。

钢箱基座1与支撑杆2构成的单榀的支撑系统间有斜向连杆7相互支撑。连接杆件采用销钉连接，以方便快捷的安装。

安装顺序：首先对齐钢架位置安装钢箱基座1，然后安装支撑杆件，连接液压千斤顶油缸和液压系统，针对安装的支撑杆件控制伸出液压油缸，施加预应力达到设计值，如果每一个支撑单元使用一个独立的液压千斤顶操作，则需要逐一对每一个支撑单元操作达到预应力值，并注意左右对称加力。安装完成一个钢箱基座1的支撑系统后，在下一个需要安装支撑的钢架对应位置安装另一个钢箱基座1，直至完成整个扇形支撑系统。

当地基承载力较差时，用液压振动锤打入钢管锚桩4，钢管锚桩4顶端与地面平齐，可采用插销和钢箱基座1连接。

当多组支撑系统同时使用时，采用连接杆件将基座和支撑杆连接在一起，增加整体性。

本发明在实施过程中，还可以通过液压油缸的油压表的读数，大致估算隧道围岩的压力值和其变化趋势。为隧道施工支护参数的动态调整提供参考。