本發(fā)明涉及一種車載式防止隧道拱頂圍巖塌方的系統(tǒng)及使用方法。

背景技術(shù)：

在隧道修建過程中，經(jīng)常要穿越巖層破碎帶、斷層等圍巖不良地質(zhì)區(qū)段，該區(qū)域圍巖穩(wěn)定性差，常常出現(xiàn)塌方落石等地質(zhì)災(zāi)害，極大的增加施工難度，造成工期延誤、造價提升，甚至危及了施工人員的生命財產(chǎn)安全，如支護處理不當(dāng)，還會造成二次塌方，甚至在隧道建成后期發(fā)生塌方，影響隧道的正常使用功能。因此，如何有效預(yù)防不良地質(zhì)區(qū)段圍巖塌方，保證圍巖完整行已經(jīng)成為隧道施工研究的熱點。目前隧道施工過程中管棚法、錨桿法、注漿法等方法從單一角度進行圍巖塌方預(yù)防與治理，預(yù)防效果有限。因此，亟需一種全新的綜合的隧道塌方預(yù)防方法，將拱架、錨桿、注漿等方法有機的結(jié)合在一起，三者共同作用，實現(xiàn)對圍巖塌方的有效預(yù)防與控制，降低施工風(fēng)險和施工費用，且避免在后期施工過程出現(xiàn)的二次塌方，保證隧道工程施工安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的針對傳統(tǒng)隧道塌方治理技術(shù)與方法的不足，提供一種車載式防止隧道拱頂圍巖塌方的系統(tǒng)及使用方法，從而豐富隧道塌方治理技術(shù)，降低塌方災(zāi)害帶來的損失，保證隧道安全施工。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種車載式防止隧道拱頂圍巖塌方的系統(tǒng)，包括放置在移動小車上的：

圍巖掃描系統(tǒng)，其根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的圍巖等級以及巖土力學(xué)參數(shù)，對其掃描的圍巖段進行數(shù)據(jù)分析和圍巖等級識別；

鋼片支撐系統(tǒng)，實現(xiàn)對圍巖的支撐；

噴混系統(tǒng)，其用于在鋼片四周及鋼拱架位置處噴射混凝土，將鋼片四周密封；

注漿系統(tǒng)，通過焊接在鋼片外側(cè)的注漿管對破碎圍巖與鋼片之間進行注漿充填，使肋梁鋼片與圍巖之間接觸密實；和

控制系統(tǒng)，其與一個顯示裝置相連，控制圍巖掃描系統(tǒng)、鋼片支撐系統(tǒng)、噴混系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)。

進一步的，所述的鋼片支撐系統(tǒng)為單向或雙向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)。

進一步的，所述的單向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)包括單向肋梁鋼片和用于支撐單向肋梁鋼片的支撐裝置，所述的單向肋梁鋼片，為弧度呈90°的圓弧狀鋼片，在所述的圓弧狀鋼片凹面?zhèn)妊仄鋱A周方向設(shè)有與其垂直的肋梁，且在圓弧狀鋼片上還設(shè)有多個孔洞。

進一步的，在所述的單向肋梁鋼片凸面?zhèn)阮A(yù)先焊接有注漿管，注漿管一端焊接在單向肋梁鋼片中心位置處，另一端沿著跨度中心線方向伸出。

進一步的，沿單向肋梁鋼片的圓周方向的兩個側(cè)面設(shè)有側(cè)板，在所述的側(cè)板上設(shè)有螺紋孔，用于相鄰單向肋梁鋼片的連接。

進一步的，所述的雙向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)，包括雙向肋梁鋼片和用于支撐雙向肋梁鋼片的支撐裝置，所述的雙向肋梁鋼片，為弧度呈90°的圓弧狀鋼片，在所述的圓弧狀鋼片凹面?zhèn)妊仄鋱A周方向和半徑方向設(shè)有與其垂直的肋梁，且在圓弧狀鋼片上還設(shè)有多個孔洞。

進一步的，在所述的雙向肋梁鋼片凸面?zhèn)阮A(yù)先焊接有注漿管，注漿管一端焊接在雙向肋梁鋼片中心位置處，另一端沿著跨度中心線方向伸出。

進一步的，沿雙向肋梁鋼片的圓周方向的兩個側(cè)面設(shè)有側(cè)板，在所述的側(cè)板上設(shè)有螺紋孔，用于相鄰雙向肋梁鋼片的連接。

所述的車載式防止隧道拱頂圍巖塌方系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

步驟A，將防止隧道拱頂圍巖塌方系統(tǒng)放置到需要治理的隧道拱頂圍巖段下方，打開控制系統(tǒng)，用激光掃描系統(tǒng)掃描此圍巖段，通過激光掃描系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、成像處理及分析，得到此圍巖段的圍巖級別情況，并顯示在控制系統(tǒng)的顯示裝置中；

步驟B，根據(jù)步驟1中的掃描結(jié)果選擇單向或雙向肋梁鋼片，且將肋梁鋼片固定在拱頂內(nèi)側(cè)；

步驟C，肋梁鋼片固定好之后，在其上的預(yù)留孔洞處施工錨桿，用錨桿將單向肋梁鋼片固定在拱頂圍巖上；并在肋梁鋼片的兩側(cè)與鋼拱架進行連接；

步驟D，打開噴混系統(tǒng)，在肋梁鋼片四周及鋼拱架位置處噴射混凝土，將單向或雙向肋梁鋼片四周密封；

步驟E，用注漿系統(tǒng)通過焊接在肋梁鋼片外側(cè)的注漿管對破碎圍巖與肋梁鋼片之間進行注漿充填，使肋梁鋼片與圍巖之間接觸密實；

步驟F，此段圍巖支護好之后，關(guān)閉主機系統(tǒng)。

進一步的，步驟2的具體過程如下：

若此圍巖段級別介于III級和IV級之間時，則選用單向肋梁鋼片；若此圍巖段級別介于IV級和V級之前時，則選用雙向肋梁鋼片；將選好的肋梁鋼片放置到支撐裝置上，打開支撐裝置開關(guān)，將支撐裝置上升到拱頂高度處，則肋梁鋼片被固定在拱頂內(nèi)側(cè)。

進一步的，步驟F完成后，將防止隧道拱頂圍巖塌方系統(tǒng)開到其他破碎圍巖段，進行下一個循環(huán)的支護。

本發(fā)明的有益效果為：

1.該系統(tǒng)將圍巖等級識別、肋梁鋼片與錨桿共同支護、噴混和注漿等多種工序結(jié)合在一起，提高了施工效率，減少了支護費用；并使得各種支護結(jié)構(gòu)構(gòu)成有機的整體，提高了支護效果，能夠有效預(yù)防圍巖塌方。

2.鋼拱架與肋梁鋼片組合結(jié)構(gòu)在隧道長度方向上為2米，尺寸較合理，可對隧道內(nèi)III級～V級圍巖段進行有針對性的預(yù)防，可節(jié)省材料，減少費用。

附圖說明

圖1是車載式防止隧道拱頂圍巖塌方的系統(tǒng)圖；

圖2-1、2-2是鋼拱架與單向和雙向肋梁鋼片共同支護隧道拱頂圍巖正視圖；

圖3-1、3-2是鋼拱架與單向和雙向肋梁鋼片共同支護隧道拱頂圍巖側(cè)視圖；

圖4-1、4-2是鋼拱架與單向和雙向肋梁鋼片共同支護隧道拱頂圍巖俯視圖；

圖5-1、5-2是所設(shè)計單向和雙向肋梁鋼片三維立體圖。

其中1、單向和雙向肋梁鋼片，2、鋼拱架，3、孔洞，4、錨桿，5、螺栓孔，6、承載車，7、圍巖掃描系統(tǒng)，8、單向或雙向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)，9、噴混和注漿系統(tǒng)，10、控制系統(tǒng)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖1，詳細說明隧道施工過程中一種車載式防止隧道拱頂圍巖塌方的系統(tǒng)及其施工方法。

具體的，防止隧道拱頂圍巖塌方的系統(tǒng)，包括：

圍巖掃描系統(tǒng)7，其根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的圍巖等級以及巖土力學(xué)參數(shù)，對其掃描的圍巖段進行數(shù)據(jù)分析和圍巖等級識別；

單向或雙向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)8，實現(xiàn)對圍巖的支撐；

噴混和注漿系統(tǒng)9，噴混系統(tǒng)其用于在鋼片四周及鋼拱架位置處噴射混凝土，將鋼片四周密封；

注漿系統(tǒng)，通過焊接在鋼片外側(cè)的注漿管對破碎圍巖與鋼片之間進行注漿充填，使肋梁鋼片與圍巖之間接觸密實；和

控制系統(tǒng)10，其與一個顯示裝置相連，控制圍巖掃描系統(tǒng)、鋼片支撐系統(tǒng)、噴混系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)。

所述的系統(tǒng)安裝在一個承載車6上。

進一步的，所述的鋼片支撐系統(tǒng)為單向或雙向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)，包括單向或雙向肋梁鋼片1。

實施例1

如圖2-1、3-1、4-1、5-1所示，單向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)包括單向肋梁鋼片和用于支撐單向肋梁鋼片的支撐裝置，所述的單向肋梁鋼片，為弧度呈90°的圓弧狀鋼片，在所述的圓弧狀鋼片凹面?zhèn)妊仄鋱A周方向設(shè)有與其垂直的肋梁，且在圓弧狀鋼片上還設(shè)有多個孔洞。

進一步的，在所述的單向肋梁鋼片凸面?zhèn)阮A(yù)先焊接有注漿管，注漿管一端焊接在單向肋梁鋼片中心位置處，另一端沿著跨度中心線方向伸出。

具體的結(jié)構(gòu)如下：

單向肋梁鋼片1呈90°圓弧狀，半徑R＝5.6m，鋼片厚度t＝2mm，寬度L＝2m，單向肋梁鋼片上預(yù)留10個孔洞3，孔洞沿著圓弧長度方向呈2排布置，間距為1m，在圓弧寬度方向上呈5排布置，排間距為1.8m，且孔洞直徑為50mm。

沿單向肋梁鋼片的圓周方向的兩個側(cè)面設(shè)有側(cè)板，在所述的側(cè)板上設(shè)有螺紋孔5，用于相鄰單向肋梁鋼片的連接。

肋梁采用10工字鋼，呈90°圓弧狀，圓弧半徑R＝5.6m，肋梁在鋼片長度方向上呈3排均布布置，且可與兩側(cè)的3排鋼拱架對應(yīng)連接。

實施例2

如圖2-2、3-2、4-2、5-2所示，雙向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)，包括雙向肋梁鋼片和用于支撐雙向肋梁鋼片的支撐裝置，雙向肋梁鋼片，為弧度呈90°的圓弧狀鋼片，在所述的圓弧狀鋼片凹面?zhèn)妊仄鋱A周方向和半徑方向設(shè)有與其垂直的肋梁，且在圓弧狀鋼片上還設(shè)有多個孔洞。

進一步的，在雙向肋梁鋼片凸面?zhèn)阮A(yù)先焊接有注漿管，注漿管一端焊接在雙向肋梁鋼片中心位置處，另一端沿著跨度中心線方向伸出；

具體的結(jié)構(gòu)如下：

肋梁鋼片1呈90°圓弧狀，半徑R＝5.6m，鋼片厚度t＝2mm，寬度L＝2m，雙向肋梁鋼片上預(yù)留12個孔洞，孔洞在長度方向上呈2排布置，間距為1m，在寬度方向上呈6排布置，間距為1.5m，孔洞直徑為50mm。

肋梁采用10工字鋼，呈90°圓弧狀，圓弧半徑R＝5.6m，肋梁在鋼片長度方向上呈3排均布布置，且可與兩側(cè)的3排鋼拱架對應(yīng)連接。

沿雙向肋梁鋼片的圓周方向的兩個側(cè)面設(shè)有側(cè)板，在所述的側(cè)板上設(shè)有螺紋孔5，用于相鄰雙向肋梁鋼片的連接。

肋梁與鋼片的連接可采用兩種方式，工廠預(yù)制式和現(xiàn)場焊接式。

單向肋梁呈90°圓弧狀，采用10工字鋼，半徑R＝5.6m，在鋼片長度方向上呈3排均布布置，并與兩側(cè)的3排鋼拱架可對應(yīng)連接。

雙向肋梁呈90°圓弧狀，半徑R＝5.6m，在鋼片長度方向上采用14工字鋼，呈3排均布布置，并與兩側(cè)的3排鋼拱架可對應(yīng)連接；在鋼片寬度方向上采用10工字鋼，且呈7排均布布置。

此外，在肋梁鋼片外側(cè)預(yù)先焊接上注漿管，注漿管一端焊接在單向肋梁鋼片中心位置處，另一端沿著跨度中心線方向伸出，以便進行后續(xù)的注漿工作。

鋼拱架2呈45°圓弧狀，半徑為5.6m，鋼拱架類型為18工字鋼鋼架，在隧道長度方向間距為1m，并列3排。

肋梁鋼片1和鋼拱架2均在在鋼筋棚預(yù)制，檢查合格后，運至隧道施工現(xiàn)場。

圍巖掃描系統(tǒng)包括激光掃描儀和內(nèi)置系統(tǒng)，內(nèi)置系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置好各圍巖等級的相關(guān)巖石力學(xué)參數(shù)等信息，可對掃描圍巖段進行數(shù)據(jù)分析和圍巖等級識別；

單向或雙向肋梁鋼片支撐系統(tǒng)包括支撐裝置和內(nèi)置系統(tǒng)，通過內(nèi)置系統(tǒng)可控制支撐裝置的升降高度；

噴混和注漿系統(tǒng)包括噴混、注漿裝置和內(nèi)置系統(tǒng)，通過內(nèi)置系統(tǒng)可有效控制噴混和注漿的速度及流量。

施工步驟：

步驟A，將承載車6移動到需要治理的隧道拱頂圍巖段下方，打開主機系統(tǒng)10，用激光掃描儀掃描此圍巖段，通過掃描系統(tǒng)7的數(shù)據(jù)采集、成像處理及分析，得到此圍巖段的圍巖級別情況，并顯示在屏幕中。

步驟B，若此圍巖段級別介于III級和IV級之間時，則選用單向肋梁鋼片；若此圍巖段級別介于IV級和V級之前時，則選用雙向肋梁鋼片。將選好的肋梁鋼片1放置到支撐裝置上，打開支撐系統(tǒng)8開關(guān)，將支撐裝置上升到拱頂高度處，則肋梁鋼片1被固定在拱頂內(nèi)側(cè)。

步驟C，肋梁鋼片1固定好之后，在其上的預(yù)留孔洞處施工錨桿4，用錨桿4將單向肋梁鋼片1固定在拱頂圍巖上；并在肋梁鋼片1的兩側(cè)與鋼拱架2進行螺栓連接。

步驟D，打開噴混和注漿系統(tǒng)9，在肋梁鋼片1四周及鋼拱架2位置處噴射混凝土，將肋梁鋼片1四周密封，并用注漿設(shè)備通過焊接在肋梁鋼片外側(cè)的注漿管對破碎圍巖與肋梁鋼片1之間進行注漿充填，使肋梁鋼片1與圍巖之間接觸密實。

步驟E，此段圍巖支護好之后，關(guān)閉主機系統(tǒng)10，再將此承載車6移到其他破碎圍巖段，進行下一個循環(huán)的支護。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。