一种隧洞开挖用内壁支护装置及其施工方法与流程

本发明涉及隧道施工设备，具体涉及一种隧洞开挖用内壁支护装置及其施工方法。

背景技术：

1、在水利工程隧道开挖过程中，为了安全，以及对隧道进行加固，需要对隧道内增加支护，对巷道的围岩进行加固。现有对隧道内壁进行加固的方式是，在隧道内设置支撑装置，对隧道内壁加强支撑，如申请号为202310716461.8的隧洞开挖支护装置，又如申请号为201810778287.9的一种模拟隧洞岩土体开挖后受力变形及支护的响应装置和方法。支撑装置需要占用隧道的内部空间，影响施工设备的通行，从而影响隧道的整体施工效率；并且，支撑装置一般包括支撑架和设置在支撑架上与隧道内壁相适配的的模板结构，整体结构复杂，拆装不方便。

2、还有一些利用钢网与锚杆进行配合，将锚杆插入岩层中，而后将钢网进行锁紧，以达到对巷道进行加固的目的，在插入锚杆时，需要利用锚杆机对需要插入锚杆的位置，进行打孔，而后插入锚杆，但此过程存在以下不足：所使用的锚杆利用其头部、杆体的特殊构造，或者依赖于黏结作用将围岩和稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果，所使用的锚杆直径一般小于锚孔的直径，仅依靠变形的锚杆头实现加固，仅仅起到头部牵引作用，其杆身与围岩的结合强度并不高，导致支护强度不足，导致隧道坍塌，同样，锚杆加钢网的方式，虽对隧洞进行牵引加固，但支撑效果并不好，依然容易出现顶部坍塌现象，防护等级不足。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种不占用隧道的内部空间，不影响施工设备通行，施工效率高，以及整体支护强度高的隧洞开挖用内壁支护装置；

2、还公开了一种步骤设计合理，整体施工方便，施工效率高，施工完成后整体支护强度高的隧洞开挖用内壁支护装置的施工方法。

3、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

4、一种隧洞开挖用内壁支护装置，包括模板结构和多个锚固机构，所述模板结构适配设置在隧洞的内壁上，各所述锚固机构沿隧洞的周向间隔布置，所述模板结构包括两个间隔布置的侧块、多块模板和多个锁紧组件，所述侧块适配抵紧在隧洞的内壁上，且所述侧块朝向隧洞中心的边缘设置有限位槽，各所述模板的两侧分别卡设于两个侧块的限位槽中，且各模板沿隧洞的周向依次拼接、并通过对应的锚固机构锚固在隧洞的侧壁中，两个所述侧块通过各锁紧组件锁紧连接，所述锚固机构包括锚杆、杆套、拧进杆和锁固件，所述隧洞侧壁与锚固机构对应的位置上设有锚孔，所述杆套套设于锚杆和拧进杆外、并插设于锚孔中，所述杆套上设有多个受压折叠变形的拆叠段，各所述拆叠段沿杆套的轴向间隔布置，所述拧进杆与锚杆连接，所述拧进杆旋转使各拆叠段受压折叠变形，所述拆叠段抵紧在锚杆外壁和锚孔内壁之间，所述拧进杆伸出锚杆外的一端设有旋拧部，所述锁固件与旋拧部螺纹连接、并压紧在对应模板朝向隧洞中心的一侧，所述模板结构、隧洞的内壁和两个侧块之间围合成浇筑空间，任一所述侧块上设有注浆口，所述锁紧组件穿设于浇筑空间中。

5、作为上述技术方案的进一步改进：

6、所述杆套伸入锚孔内的一端设有轴向限位部，所述锚杆与轴向限位部旋转配合，所述杆套的另一端设有螺纹段，所述拧进杆与螺纹段螺纹连接。

7、所述拧进杆与锚杆固定连接或者旋转连接。

8、所述杆套于相邻拆叠段之间设有螺纹配合段，所述螺纹配合段与锚杆螺纹配合。

9、所述拧进杆与锚杆花键连接。

10、所述拧进杆与锚杆的相对端分别设有螺纹孔和方形孔，所述螺纹孔内螺纹连接有方形杆，所述方形杆和方形孔滑动套接。

11、相邻模板之间拼合形成穿孔，所述锁固件穿设于穿孔中，所述锁固件上螺纹连接有紧固螺母，所述紧固螺母抵紧在模板背向隧洞中心的一侧。

12、相邻模板的拼接侧分别设有凹部和凸部，所述凹部和凸部嵌合。

13、所述侧块的两侧竖直设置、顶部呈上凸的弧形，所述侧块顶部对应的模板呈弧形，所述侧块顶部对应的锚固机构中，相邻的锚固机构呈夹角a，所述锁紧组件包括锁杆，所述锁杆的两端分别穿设于两个侧块、并分别螺纹连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母压紧在对应的侧块上，所述锁杆的中部穿设于浇筑空间中。

14、一种上述隧洞开挖用内壁支护装置的施工方法，包括如下步骤：

15、s1、沿隧洞的周侧按设定间隔钻孔形成锚孔；

16、s2、将杆套套设于锚杆和拧进杆外形成锚固机构，并将各锚固机构分别插入各锚孔中，且通过旋转拧进杆使各拆叠段受压折叠变形、并抵紧在锚杆外壁和锚孔内壁之间；

17、s3、将两个侧块间隔布置，各模板在两个侧块之间依次拼接，再使两块侧块通过各锁紧组件锁紧，使各模板夹紧在两个侧块的限位槽之间，完成模板结构拼接；将各模板通过对应的锁固件与对应的拧进杆螺纹连接，使侧块适配抵紧在隧洞的内壁上，并使模板结构、隧洞的内壁和两个侧块之间围合成浇筑空间及使锁紧组件穿设于浇筑空间中；

18、s4、通过侧块上的注浆口向浇筑空间中注满混凝土。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：

20、本发明的隧洞开挖用内壁支护装置，一方面，不占用隧道的内部空间，不影响施工设备通行，提高隧道的整体施工效率；另一方面，模板结构主要由两个间隔布置的侧块、多块模板和多个锁紧组件组成，各锁紧组件将两个侧块连接，并将各模板夹紧在两个侧块之间，整体结构简单，拆装方便；第三方面，锚固机构与锚孔锚接时，通过沿杆套的轴向间隔布置的多个拆叠段抵紧在锚杆外壁和锚孔内壁之间，结合强度高，从而提高了整体装置的支护强度，防止隧道坍塌；第四方面，模板结构、隧洞的内壁和两个侧块之间围合成浇筑空间，可通过注浆口向浇筑空间内注满混凝土，并且锁紧组件穿设于浇筑空间中，进一步提高了装置的整体支护强度。

21、本发明隧洞开挖用内壁支护装置的施工方法，一方面，本隧洞开挖用内壁支护装置的施工方法，步骤设计合理，整体施工方便，施工效率高；另一方面，在施工完成后，整体支护强度高，防止隧道坍塌。

技术特征：

1.一种隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：包括模板结构(1)和多个锚固机构(2)，所述模板结构(1)适配设置在隧洞(3)的内壁上，各所述锚固机构(2)沿隧洞(3)的周向间隔布置，所述模板结构(1)包括两个间隔布置的侧块(11)、多块模板(12)和多个锁紧组件(13)，所述侧块(11)适配抵紧在隧洞(3)的内壁上，且所述侧块(11)朝向隧洞(3)中心的边缘设置有限位槽(111)，各所述模板(12)的两侧分别卡设于两个侧块(11)的限位槽(111)中，且各模板(12)沿隧洞(3)的周向依次拼接、并通过对应的锚固机构(2)锚固在隧洞(3)的侧壁中，两个所述侧块(11)通过各锁紧组件(13)锁紧连接，所述锚固机构(2)包括锚杆(21)、杆套(22)、拧进杆(23)和锁固件(24)，所述隧洞(3)侧壁与锚固机构(2)对应的位置上设有锚孔(4)，所述杆套(22)套设于锚杆(21)和拧进杆(23)外、并插设于锚孔(4)中，所述杆套(22)上设有多个受压折叠变形的拆叠段(221)，各所述拆叠段(221)沿杆套(22)的轴向间隔布置，所述拧进杆(23)与锚杆(21)连接，所述拧进杆(23)旋转使各拆叠段(221)受压折叠变形，所述拆叠段(221)抵紧在锚杆(21)外壁和锚孔(4)内壁之间，所述拧进杆(23)伸出锚杆(21)外的一端设有旋拧部(231)，所述锁固件(24)与旋拧部(231)螺纹连接、并压紧在对应模板(12)朝向隧洞(3)中心的一侧，所述模板结构(1)、隧洞(3)的内壁和两个侧块(11)之间围合成浇筑空间(5)，任一所述侧块(11)上设有注浆口(6)，所述锁紧组件(13)穿设于浇筑空间(5)中。

2.根据权利要求1所述的隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：所述杆套(22)伸入锚孔(4)内的一端设有轴向限位部(222)，所述锚杆(21)与轴向限位部(222)旋转配合，所述杆套(22)的另一端设有螺纹段(223)，所述拧进杆(23)与螺纹段(223)螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：所述拧进杆(23)与锚杆(21)固定连接或者旋转连接。

4.根据权利要求1所述的隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：所述杆套(22)于相邻拆叠段(221)之间设有螺纹配合段(224)，所述螺纹配合段(224)与锚杆(21)螺纹配合。

5.根据权利要求4所述的隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：所述拧进杆(23)与锚杆(21)花键连接。

6.根据权利要求5所述的隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：所述拧进杆(23)与锚杆(21)的相对端分别设有螺纹孔(25)和方形孔(26)，所述螺纹孔(25)内螺纹连接有方形杆(27)，所述方形杆(27)和方形孔(26)滑动套接。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：相邻模板(12)之间拼合形成穿孔(7)，所述锁固件(24)穿设于穿孔(7)中，所述锁固件(24)上螺纹连接有紧固螺母(8)，所述紧固螺母(8)抵紧在模板(12)背向隧洞(3)中心的一侧。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：相邻模板(12)的拼接侧分别设有凹部(121)和凸部(122)，所述凹部(121)和凸部(122)嵌合。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的隧洞开挖用内壁支护装置，其特征在于：所述侧块(11)的两侧竖直设置、顶部呈上凸的弧形，所述侧块(11)顶部对应的模板(12)呈弧形，所述侧块(11)顶部对应的锚固机构(2)中，相邻的锚固机构(2)呈夹角a，所述锁紧组件(13)包括锁杆(131)，所述锁杆(131)的两端分别穿设于两个侧块(11)、并分别螺纹连接有锁紧螺母(132)，所述锁紧螺母(132)压紧在对应的侧块(11)上，所述锁杆(131)的中部穿设于浇筑空间(5)中。

10.一种权利要求1至9中任一项所述隧洞开挖用内壁支护装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种隧洞开挖用内壁支护装置，包括模板结构和锚固机构，模板结构设在隧洞内壁，各锚固机构间隔布置，模板结构包括侧块、多块模板和锁紧组件，侧块抵于隧洞内壁，侧块边缘有限位槽，模板卡设于两个侧块之间，各模板沿隧洞周向依次拼接、并通过锚固机构锚固在隧洞侧壁中，侧块通过锁紧组件锁紧，锚固机构包括锚杆、杆套、拧进杆和锁固件，隧洞侧壁上设有锚孔，杆套套于锚杆和拧进杆外、并插设于锚孔中，杆套上设有拆叠段，拧进杆旋转使拆叠段受压折叠变形，拧进杆一端设旋拧部，锁固件与旋拧部连接、并压紧在对应模板上。本隧洞开挖用内壁支护装置不占用隧道的内部空间，施工效率高及整体支护强度高。

技术研发人员：王毅,邹浩,车向群,刘必旺,曹守帅
受保护的技术使用者：中国水利水电第八工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23