一种车载式防止隧道拱顶围岩塌方的系统及使用方法与流程

本发明涉及一种车载式防止隧道拱顶围岩塌方的系统及使用方法。

背景技术：

在隧道修建过程中，经常要穿越岩层破碎带、断层等围岩不良地质区段，该区域围岩稳定性差，常常出现塌方落石等地质灾害，极大的增加施工难度，造成工期延误、造价提升，甚至危及了施工人员的生命财产安全，如支护处理不当，还会造成二次塌方，甚至在隧道建成后期发生塌方，影响隧道的正常使用功能。因此，如何有效预防不良地质区段围岩塌方，保证围岩完整行已经成为隧道施工研究的热点。目前隧道施工过程中管棚法、锚杆法、注浆法等方法从单一角度进行围岩塌方预防与治理，预防效果有限。因此，亟需一种全新的综合的隧道塌方预防方法，将拱架、锚杆、注浆等方法有机的结合在一起，三者共同作用，实现对围岩塌方的有效预防与控制，降低施工风险和施工费用，且避免在后期施工过程出现的二次塌方，保证隧道工程施工安全。

技术实现要素：

本发明目的针对传统隧道塌方治理技术与方法的不足，提供一种车载式防止隧道拱顶围岩塌方的系统及使用方法，从而丰富隧道塌方治理技术，降低塌方灾害带来的损失，保证隧道安全施工。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种车载式防止隧道拱顶围岩塌方的系统，包括放置在移动小车上的：

围岩扫描系统，其根据预先设置好的围岩等级以及岩土力学参数，对其扫描的围岩段进行数据分析和围岩等级识别；

钢片支撑系统，实现对围岩的支撑；

喷混系统，其用于在钢片四周及钢拱架位置处喷射混凝土，将钢片四周密封；

注浆系统，通过焊接在钢片外侧的注浆管对破碎围岩与钢片之间进行注浆充填，使肋梁钢片与围岩之间接触密实；和

控制系统，其与一个显示装置相连，控制围岩扫描系统、钢片支撑系统、喷混系统和注浆系统。

进一步的，所述的钢片支撑系统为单向或双向肋梁钢片支撑系统。

进一步的，所述的单向肋梁钢片支撑系统包括单向肋梁钢片和用于支撑单向肋梁钢片的支撑装置，所述的单向肋梁钢片，为弧度呈90°的圆弧状钢片，在所述的圆弧状钢片凹面侧沿其圆周方向设有与其垂直的肋梁，且在圆弧状钢片上还设有多个孔洞。

进一步的，在所述的单向肋梁钢片凸面侧预先焊接有注浆管，注浆管一端焊接在单向肋梁钢片中心位置处，另一端沿着跨度中心线方向伸出。

进一步的，沿单向肋梁钢片的圆周方向的两个侧面设有侧板，在所述的侧板上设有螺纹孔，用于相邻单向肋梁钢片的连接。

进一步的，所述的双向肋梁钢片支撑系统，包括双向肋梁钢片和用于支撑双向肋梁钢片的支撑装置，所述的双向肋梁钢片，为弧度呈90°的圆弧状钢片，在所述的圆弧状钢片凹面侧沿其圆周方向和半径方向设有与其垂直的肋梁，且在圆弧状钢片上还设有多个孔洞。

进一步的，在所述的双向肋梁钢片凸面侧预先焊接有注浆管，注浆管一端焊接在双向肋梁钢片中心位置处，另一端沿着跨度中心线方向伸出。

进一步的，沿双向肋梁钢片的圆周方向的两个侧面设有侧板，在所述的侧板上设有螺纹孔，用于相邻双向肋梁钢片的连接。

所述的车载式防止隧道拱顶围岩塌方系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤A，将防止隧道拱顶围岩塌方系统放置到需要治理的隧道拱顶围岩段下方，打开控制系统，用激光扫描系统扫描此围岩段，通过激光扫描系统的数据采集、成像处理及分析，得到此围岩段的围岩级别情况，并显示在控制系统的显示装置中；

步骤B，根据步骤1中的扫描结果选择单向或双向肋梁钢片，且将肋梁钢片固定在拱顶内侧；

步骤C，肋梁钢片固定好之后，在其上的预留孔洞处施工锚杆，用锚杆将单向肋梁钢片固定在拱顶围岩上；并在肋梁钢片的两侧与钢拱架进行连接；

步骤D，打开喷混系统，在肋梁钢片四周及钢拱架位置处喷射混凝土，将单向或双向肋梁钢片四周密封；

步骤E，用注浆系统通过焊接在肋梁钢片外侧的注浆管对破碎围岩与肋梁钢片之间进行注浆充填，使肋梁钢片与围岩之间接触密实；

步骤F，此段围岩支护好之后，关闭主机系统。

进一步的，步骤2的具体过程如下：

若此围岩段级别介于III级和IV级之间时，则选用单向肋梁钢片；若此围岩段级别介于IV级和V级之前时，则选用双向肋梁钢片；将选好的肋梁钢片放置到支撑装置上，打开支撑装置开关，将支撑装置上升到拱顶高度处，则肋梁钢片被固定在拱顶内侧。

进一步的，步骤F完成后，将防止隧道拱顶围岩塌方系统开到其他破碎围岩段，进行下一个循环的支护。

本发明的有益效果为：

1.该系统将围岩等级识别、肋梁钢片与锚杆共同支护、喷混和注浆等多种工序结合在一起，提高了施工效率，减少了支护费用；并使得各种支护结构构成有机的整体，提高了支护效果，能够有效预防围岩塌方。

2.钢拱架与肋梁钢片组合结构在隧道长度方向上为2米，尺寸较合理，可对隧道内III级～V级围岩段进行有针对性的预防，可节省材料，减少费用。

附图说明

图1是车载式防止隧道拱顶围岩塌方的系统图；

图2-1、2-2是钢拱架与单向和双向肋梁钢片共同支护隧道拱顶围岩正视图；

图3-1、3-2是钢拱架与单向和双向肋梁钢片共同支护隧道拱顶围岩侧视图；

图4-1、4-2是钢拱架与单向和双向肋梁钢片共同支护隧道拱顶围岩俯视图；

图5-1、5-2是所设计单向和双向肋梁钢片三维立体图。

其中1、单向和双向肋梁钢片，2、钢拱架，3、孔洞，4、锚杆，5、螺栓孔，6、承载车，7、围岩扫描系统，8、单向或双向肋梁钢片支撑系统，9、喷混和注浆系统，10、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图1，详细说明隧道施工过程中一种车载式防止隧道拱顶围岩塌方的系统及其施工方法。

具体的，防止隧道拱顶围岩塌方的系统，包括：

围岩扫描系统7，其根据预先设置好的围岩等级以及岩土力学参数，对其扫描的围岩段进行数据分析和围岩等级识别；

单向或双向肋梁钢片支撑系统8，实现对围岩的支撑；

喷混和注浆系统9，喷混系统其用于在钢片四周及钢拱架位置处喷射混凝土，将钢片四周密封；

注浆系统，通过焊接在钢片外侧的注浆管对破碎围岩与钢片之间进行注浆充填，使肋梁钢片与围岩之间接触密实；和

控制系统10，其与一个显示装置相连，控制围岩扫描系统、钢片支撑系统、喷混系统和注浆系统。

所述的系统安装在一个承载车6上。

进一步的，所述的钢片支撑系统为单向或双向肋梁钢片支撑系统，包括单向或双向肋梁钢片1。

实施例1

如图2-1、3-1、4-1、5-1所示，单向肋梁钢片支撑系统包括单向肋梁钢片和用于支撑单向肋梁钢片的支撑装置，所述的单向肋梁钢片，为弧度呈90°的圆弧状钢片，在所述的圆弧状钢片凹面侧沿其圆周方向设有与其垂直的肋梁，且在圆弧状钢片上还设有多个孔洞。

进一步的，在所述的单向肋梁钢片凸面侧预先焊接有注浆管，注浆管一端焊接在单向肋梁钢片中心位置处，另一端沿着跨度中心线方向伸出。

具体的结构如下：

单向肋梁钢片1呈90°圆弧状，半径R＝5.6m，钢片厚度t＝2mm，宽度L＝2m，单向肋梁钢片上预留10个孔洞3，孔洞沿着圆弧长度方向呈2排布置，间距为1m，在圆弧宽度方向上呈5排布置，排间距为1.8m，且孔洞直径为50mm。

沿单向肋梁钢片的圆周方向的两个侧面设有侧板，在所述的侧板上设有螺纹孔5，用于相邻单向肋梁钢片的连接。

肋梁采用10工字钢，呈90°圆弧状，圆弧半径R＝5.6m，肋梁在钢片长度方向上呈3排均布布置，且可与两侧的3排钢拱架对应连接。

实施例2

如图2-2、3-2、4-2、5-2所示，双向肋梁钢片支撑系统，包括双向肋梁钢片和用于支撑双向肋梁钢片的支撑装置，双向肋梁钢片，为弧度呈90°的圆弧状钢片，在所述的圆弧状钢片凹面侧沿其圆周方向和半径方向设有与其垂直的肋梁，且在圆弧状钢片上还设有多个孔洞。

进一步的，在双向肋梁钢片凸面侧预先焊接有注浆管，注浆管一端焊接在双向肋梁钢片中心位置处，另一端沿着跨度中心线方向伸出；

具体的结构如下：

肋梁钢片1呈90°圆弧状，半径R＝5.6m，钢片厚度t＝2mm，宽度L＝2m，双向肋梁钢片上预留12个孔洞，孔洞在长度方向上呈2排布置，间距为1m，在宽度方向上呈6排布置，间距为1.5m，孔洞直径为50mm。

肋梁采用10工字钢，呈90°圆弧状，圆弧半径R＝5.6m，肋梁在钢片长度方向上呈3排均布布置，且可与两侧的3排钢拱架对应连接。

沿双向肋梁钢片的圆周方向的两个侧面设有侧板，在所述的侧板上设有螺纹孔5，用于相邻双向肋梁钢片的连接。

肋梁与钢片的连接可采用两种方式，工厂预制式和现场焊接式。

单向肋梁呈90°圆弧状，采用10工字钢，半径R＝5.6m，在钢片长度方向上呈3排均布布置，并与两侧的3排钢拱架可对应连接。

双向肋梁呈90°圆弧状，半径R＝5.6m，在钢片长度方向上采用14工字钢，呈3排均布布置，并与两侧的3排钢拱架可对应连接；在钢片宽度方向上采用10工字钢，且呈7排均布布置。

此外，在肋梁钢片外侧预先焊接上注浆管，注浆管一端焊接在单向肋梁钢片中心位置处，另一端沿着跨度中心线方向伸出，以便进行后续的注浆工作。

钢拱架2呈45°圆弧状，半径为5.6m，钢拱架类型为18工字钢钢架，在隧道长度方向间距为1m，并列3排。

肋梁钢片1和钢拱架2均在在钢筋棚预制，检查合格后，运至隧道施工现场。

围岩扫描系统包括激光扫描仪和内置系统，内置系统中预先设置好各围岩等级的相关岩石力学参数等信息，可对扫描围岩段进行数据分析和围岩等级识别；

单向或双向肋梁钢片支撑系统包括支撑装置和内置系统，通过内置系统可控制支撑装置的升降高度；

喷混和注浆系统包括喷混、注浆装置和内置系统，通过内置系统可有效控制喷混和注浆的速度及流量。

施工步骤：

步骤A，将承载车6移动到需要治理的隧道拱顶围岩段下方，打开主机系统10，用激光扫描仪扫描此围岩段，通过扫描系统7的数据采集、成像处理及分析，得到此围岩段的围岩级别情况，并显示在屏幕中。

步骤B，若此围岩段级别介于III级和IV级之间时，则选用单向肋梁钢片；若此围岩段级别介于IV级和V级之前时，则选用双向肋梁钢片。将选好的肋梁钢片1放置到支撑装置上，打开支撑系统8开关，将支撑装置上升到拱顶高度处，则肋梁钢片1被固定在拱顶内侧。

步骤C，肋梁钢片1固定好之后，在其上的预留孔洞处施工锚杆4，用锚杆4将单向肋梁钢片1固定在拱顶围岩上；并在肋梁钢片1的两侧与钢拱架2进行螺栓连接。

步骤D，打开喷混和注浆系统9，在肋梁钢片1四周及钢拱架2位置处喷射混凝土，将肋梁钢片1四周密封，并用注浆设备通过焊接在肋梁钢片外侧的注浆管对破碎围岩与肋梁钢片1之间进行注浆充填，使肋梁钢片1与围岩之间接触密实。

步骤E，此段围岩支护好之后，关闭主机系统10，再将此承载车6移到其他破碎围岩段，进行下一个循环的支护。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。