[发明专利]一种防隧道洞口围岩坍塌装置及施工方法

权利要求书

1.一种防隧道洞口围岩坍塌装置，其特征在于：包括最先打入围岩的超前注浆锚杆，以及之后安装的多层支护装置，依次为：第一防护层、防水层、加强导管、第二防护层、加强支架层、二次衬砌层、拱脚加固层；

第一防护层由钢筋网和喷射混凝土构成；

防水层采用高分子复合防水材料；

加强导管，加强导管安装在遂道拱腰的侧壁上，加强导管采用双层钢套的形式，内钢套同心地设置在外钢套内部，外钢套与内钢套之间间隔出注浆空间，且外钢套与内钢套通过连接杆焊接在一起；外钢套与内钢套的前端部相对应的位置的圆周上均匀开设至少两个孔，至少两个钢杆钉安装在孔内；当加强导管未装入遂道拱腰的侧壁上时，钢杆钉不突出于外钢套，当加强导管装入遂道拱腰的侧壁上时，采用圆锥形钢棒从内钢套伸入，钢杆钉的头部受到圆锥形钢棒外周面的径向挤压从而钢杆钉的尾部突出于外钢套，随着圆锥形钢棒逐渐深入，钢杆钉主体扎入遂道围岩内，之后圆锥形钢棒退出，通过注浆机对加强导管的内钢套的空间及外钢套与内钢套之间的空间内注射混凝土；随后加强导管焊接在第二防护层的钢拱架上；

第二防护层由格栅式钢拱架组成，其形状与开挖面截面的弧度相匹配；格栅式钢拱架为多段式设计，需要安装时，隧道内将各分段式格栅式钢拱架组装起来；

加强支架层由四根钢管依次连接，包括两根倒“L”形钢管和两根斜支撑钢管；两根倒“L”形钢管对称布置在遂道洞口的两侧，每根倒“L”形钢管的一端垂直插入隧道底部，另一端插入遂道的拱腰和拱顶之间的侧壁内，对倒“L”形钢管插入隧道底部的部分设置锁脚锚杆；两根斜支撑钢管的一端在隧道拱顶的正中间相连接，且均抵靠在拱顶顶部，并以拱顶的中轴线为对称轴，对称分布于遂道洞口的两侧，两根斜支撑钢管的另一端分别与倒“L”形钢管上端部的弯角处连接；在隧道深度方向上，加强支架层可并列设有多组，两组之间通过交叉式钢管连接，交叉式钢管与倒“L”形钢管焊接；

在第一防护层、防水层、加强导管、第二防护层、加强支架层铺设完成后，在隧道底部设置仰拱，随后对隧道整体铺设二次衬砌层，为了防止拱脚下沉失稳，再在拱脚喷射混凝土构成拱脚加固层。

2.根据权利要求1所述的防隧道洞口围岩坍塌装置，其特征在于：所述装置还包括排水系统，排水系统具体包括纵向引水管、横向引水管及排水渠；纵向引水管设置在隧道底部两侧的隧道拱脚处，纵向引水管通过横向引水管接入隧道底部下方的排水渠。

3.根据权利要求1所述的防隧道洞口围岩坍塌装置，其特征在于：所述装置还包括监测报警系统，监测报警系统由流量传感器、压力位移组合传感器、控制器、显示装置、报警装置组成，流量传感器设置在纵向引水管上，用于监测管内的水量，水量即能反映围岩的松软情况，压力位移组合传感器分布在拱顶、拱腰、拱脚以及倒“L”形钢管上，用于监测关键部分的围岩沉降情况；显示装置布置在洞口较为明显处，根据流量传感器和压力位移组合传感器监测结果，对应显示相关数据，若监测结果显示出围岩有坍塌风险，即启动报警装置，通过光或声发出警报。

4.一种权利要求1-3任一项所述的防隧道洞口围岩坍塌装置的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用钻机将超前注浆锚杆打入围岩，采用注浆机对超前注浆锚杆注浆，在超前注浆锚杆的支护下，开挖隧道；

步骤2：在已开挖隧道拱腰的侧壁上钻孔，方便之后的加强导管的安装；在拱腰和拱顶之间侧壁上钻孔，方便倒“L”形钢管上端部插入；

步骤3：在隧道表面布置钢筋网，喷射混凝土，喷射时留出步骤2中的钻孔，从而构成第一防护层；

步骤4：铺设防水层；

步骤5：将预制好的加强导管安装在孔内，圆锥形钢棒从内钢套伸入，其端部经敲到受力，利用圆锥形钢棒外周面的径向挤压力使得钢杆钉的尾部突出于外钢套，随着圆锥形钢棒逐渐深入，钢杆钉主体扎入遂道围岩内，之后圆锥形钢棒退出，然后，对加强导管注浆；随后加强导管焊接在第二防护层的钢拱架上；

步骤6：安装加强支架层；将倒“L”形钢管一端垂直插入隧道底部，另一端插入遂道的拱腰和拱顶之间的侧壁内，对倒“L”形钢管插入隧道底部的部分设置锁脚锚杆；两根斜支撑钢管的一端在隧道拱顶的正中间相连接，且均抵靠在拱顶顶部，两根斜支撑钢管的另一端分别与倒“L”形钢管上端部的弯角处连接；

步骤7：在隧道底部两侧的隧道拱脚处设置纵向引水管，在纵向引水管内安装流量传感器在隧道底部挖排水渠，纵向引水管与排水渠通过横向引水管相连通；

步骤8：在隧道底部设置仰拱，随后对隧道整体铺设二次衬砌层，再在拱脚喷射混凝土构成拱脚加固层；

步骤9：安装监测报警系统，压力位移组合传感器分布在拱顶、拱腰、拱脚以及倒“L”形钢管上；显示装置布置在洞口较为明显处，根据流量传感器和压力位移组合传感器监测结果，对应显示相关数据，若监测结果显示出围岩有坍塌风险，即启动报警装置，通过光或声发出警报。