一种围岩松动或软岩大变形的支护装置

1.本发明涉及一种围岩松动或软岩大变形的支护装置，属于交通工程设施领域。

背景技术：

2.在隧道支护施工中，其地质复杂多变，再由于前期勘察不够精细化导致设计施工考虑不周、施工不到位或由于外界不可控扰动因素导致已成初支段围岩松动、恶化产生大变形。基于上述危害，现有技术中多为采用两层支护板加锚杆固定的支护结构方式对隧道进行支护，但该方式的锚杆一端伸入隧道内，另一端通过支护板的强度承受，对支护板的结构和材料要求较高；另外，两侧支护板之间虽然设置有缓冲结构，但是缓冲效果有限，不能很好的对围岩压力支撑，从而导致支护结构容易被破坏；当围岩变形或一组的支护结构产生较大压力的时候，锚杆容易松动，同时支护板变形，从而导致整体的支护结构变形，发生危险。综上所述，提出了一种围岩松动或软岩大变形的支护装置。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种围岩松动或软岩大变形的支护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明的一种围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：针对围岩松动或软岩大变形区域隧道的施工，包括匹配盾构机隧道壁尺寸的外支护板，外支护板与隧道壁贴合形成圆形隧道，外支护板内侧设有利用内支护板构成的隧道结构，外支护板与内支护板之间设有构成夹层隧道壁结构的中支护板，外支护板、中支护板和内支护板构成的隧道壁形成同心圆的结构；
5.内支护板底部通过混凝土设有平地板的内底板，内底板下方与外支护板、中支护板和内支护板之间均填充有混凝土进行固定，外支护板和中支护板在底板位置之外的区域间隔设置有多个缓冲组件，多个缓冲组件之间间隔设有首尾分别穿过外支护板和中支护板的锚杆，每两个相邻的锚杆的尾端之间分别在中支护板和内支护板之间设有一组转动组件，转动组件与最近的缓冲组件底部之间机械连接；
6.所述缓冲组件包括设置在中心的一号齿轮缓冲架，一号齿轮缓冲架周围设置多个二号齿轮缓冲架，一号齿轮缓冲架与中支护板之间设有二号缓冲弹簧，一号齿轮缓冲架的架腿与二号齿轮缓冲架之间通过齿轮和齿条活动连接，从而使一号齿轮缓冲架能够与二号齿轮缓冲架之间根据二号缓冲弹簧的状况进行升降，向外支护板提供缓冲力，一号齿轮缓冲架下方设有延伸入中支护板的弹簧活塞杆；
7.所述转动组件包括与弹簧活塞杆底部通过滚珠丝杠连接有滚珠丝杠滑块，滚珠丝杠与滚珠丝杠滑块滚珠丝杠副配合，滚珠丝杠滑块外侧设置有齿，滚珠丝杠滑块两侧设置有两个平行的前进齿条，前进齿条的一端与滚珠丝杠滑块外侧的齿啮合，另一端与锚杆的尾部设有的推动杆外侧有齿部分啮合。
8.进一步，所述缓冲组件中一号齿轮缓冲架包括一号支撑板，一号支撑板下方等间
距设有多条主动齿条，一号支撑板的中心处设有下方与滚珠丝杠顶部活动连接的弹簧缓冲杆，弹簧缓冲杆包括与号支撑板连接的缓冲上杆，缓冲上杆下方通过一号缓冲弹簧设有弹簧活塞缸结构的缓冲下杆；二号齿轮缓冲架包括二号支撑板，二号支撑板中心处垂直设有与中支护板连接的齿条滑轨，齿条滑轨上设有从动齿条，每条主动齿条通过一号齿轮与一组二号齿轮缓冲架的从动齿条转动连接，一号齿轮通过齿轮支架与中支护板固定，匹配二号缓冲弹簧以及弹簧缓冲杆使一号齿轮缓冲架能够与二号齿轮缓冲架之间活动。
9.进一步，所述转动组件的滚珠丝杠穿过中支护板与缓冲下杆下端固定连接，使缓冲下杆与中支护板滑动连接，滚珠丝杠与滚珠丝杠滑块滚珠丝杠副配合，滚珠丝杠滑块下方与内支护板之间设有滑块支架；其中前进齿条与内支护板之间设有齿条支架。
10.进一步，所述滚珠丝杠滑块转动连接滑块支架上端，滑块支架下端固定在内支护板上。
11.进一步，所述锚杆的尾端通过悬空支架与内支护板连接，所述的悬空支架包括与锚杆的尾端螺纹固定连接的固定螺母，固定螺母周围设有将其支撑的螺母支架，其中锚杆尾端的推动杆部分设置在固定螺母与内支护板之间。
12.进一步，锚杆包括端头部为尖锐便于插入结构的插入杆，推动杆设置在插入杆尾端，插入杆一端穿过外支护板、中支护板插入围岩中与围岩固定连接，插入杆另一端转动连接推动杆，插入杆中部的外侧设有抵在支护板内侧起支撑作用的锚杆挡板，杆挡板一面紧贴外支护板内侧，插入杆下部设置有自锁机构。
13.进一步，自锁机构包括设置在锚杆上位于中支护板处的棘齿，与棘齿位置匹配设有扣合棘齿的棘爪，棘爪的中部铰接棘爪支座，棘爪的尾部固定连接有棘爪弹簧，棘爪弹簧和棘爪支座与中支护板连接。
14.进一步，滚珠丝杠穿过中支护板与缓冲下杆下端固定连接，使缓冲下杆与中支护板滑动连接，缓冲下杆与中支护板为紧滑动，当缓冲上杆下压到一定程度，缓冲上杆带动缓冲下杆滑动，缓冲下杆带动滚珠丝杠运动，滚珠丝杠将下压的直线运动转化为转动运动，使滚珠丝杠在滚珠丝杠滑块中滑动，滚珠丝杠与滚珠丝杠滑块滚珠丝杠副配合，滚珠丝杠滑块外侧设置有齿，滚珠丝杠滑块两侧设置有两个平行的前进齿条，前进齿条的一端与滚珠丝杠滑块啮合，另一端与推动杆下部有齿部分啮合，滚珠丝杠滑块在滚珠丝杠的做用下转动，滚珠丝杠带动前进齿条向两侧反向滑动，前进齿条带动推动杆转动，推动杆上部设置有螺纹与固定螺母螺纹连接，固定螺母固定在内支护板上，推动杆转动通过固定螺母使推动杆向围岩方向移动，插入杆下部设置有自锁机构，推动杆带动插入杆进一步插入围岩中，插入杆带动锚杆挡板移动，锚杆挡板顶起外支护板，从而避免外支护板变形，保证支护能力，同时插入杆上的自锁机构保证插入杆不能反向移动，只能插入围岩中，从而避免锚杆松动滑脱。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设置有外支护板、中支护板、内支护板三层支护，外支护板、中支护板之间设置有缓冲组件，对围岩压力进行缓冲，内支护板支撑转动组件等，保证了内支护板内部平整，保证美观的同时便于后续施工，避免在对其他机构形成磕碰，避免了损坏支护结构；
16.本发明设置有缓冲组件，缓冲组件包括一号支撑板和二号支撑板，当外支护板受到挤压的时候，外支护板向里挤压一号支撑板，一号支撑板压缩一号缓冲弹簧的同时带动
二号支撑板上移，当挤压达到一定程度时，二号支撑板与外支护板接触，一号支撑板和二号支撑板共同对外支护板形成支撑，避免支护结构被破坏；
17.本发明设置有转动组件，当缓冲组件受到压力较大时，缓冲组件推动转动组件，转动组件运动带动推动杆部分转动，使推动杆转动并向外移动，推动杆带动插入杆进一步插入围岩中，同时插入杆带动锚杆挡板移动顶起外支护板，避免外支护板继续内陷，避免锚杆松动滑脱的同时避免了支护结构被破坏，从而保证了隧道内的安全；
18.本发明还设置有自锁机构，防止锚杆向里移动。
附图说明
19.图1为本发明围岩松动或软岩大变形的支护装置结构示意图；
20.图2为图1的a处的局部放大图；
21.图3为本发明的一号支撑板和二号支撑板的结构示意图；
22.图4为本发明的一号缓冲弹簧的结构示意图；
23.图5为本发明滚珠丝杠滑块的俯视结构示意图；
24.图6为本发明的锚杆的主剖面结构示意图。
25.图中：1-外支护板，2-中支护板，3-内支护板，301-内底板，4-锚杆，401-插入杆，402-推动杆，403-棘齿，404-锚杆挡板，5-缓冲组件，501-一号支撑板，502-缓冲上杆，503-一号缓冲弹簧，504-缓冲下杆，505-二号缓冲弹簧，506-主动齿条，507-一号齿轮，508-齿轮支架，509-从动齿条，510-齿条滑轨，511-二号支撑板，6-转动组件，601-滚珠丝杠，602-滚珠丝杠滑块，603-滑块支架，604-前进齿条，605-齿条支架，701-棘爪，702-棘爪弹簧，703-棘爪支座，801-固定螺母，802-螺母支架。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.如图1和图2所示，本发明的一种围岩松动或软岩大变形的支护装置，包括外支护板1、中支护板2、内支护板3、内底板301、锚杆4，还包括缓冲组件5、转动组件6，外支护板1固定在围岩上，外支护板1内底部通过混凝土固定安装中支护板2，中支护板2内底部通过混凝土固定安装内支护板3，内支护板3底部固定安装有内底板301，内底板301底部填充有混凝土，三层支护板保证了隧道内部没有其他障碍，避免其他结构受到碰撞而损坏，外支护板1、中支护板2之间设置有缓冲组件5，缓冲组件5之间设置有锚杆4，锚杆4穿过外支护板1、中支护板2固定在围岩中，缓冲组件5下间隔设置有可以推动锚杆4的转动组件6，转动组件6设置在中支护板2、内支护板3之间，转动组件6与锚杆4尾部啮合；围岩挤压外支护板1，外支护板1挤压缓冲组件5，当缓冲组件5挤压到一定程度的时候，缓冲组件5带动转动组件6运动，转动组件6带动锚杆4运动，使锚杆4进一步插入围岩中，同时内支护板3内部不受影响。
28.如图3和图4所示，缓冲组件5包括一号支撑板501、二号支撑板511，一号支撑板501一面紧贴外支护板1的内侧，另一侧固定连接缓冲上杆502的一端，缓冲上杆502的另一端插
入缓冲下杆504中与缓冲下杆504滑动连接，缓冲下杆504固定在中支护板2或滚珠丝杠601上，缓冲下杆504中设置有一号缓冲弹簧503，一号缓冲弹簧503一端固定在缓冲上杆502上，外支护板1挤压一号支撑板501，一号支撑板501带动缓冲上杆502下滑，从而挤压一号缓冲弹簧503，另一端固定在缓冲下杆504中，一号支撑板501下固定连接多根主动齿条506的一端，主动齿条506与一号齿轮507的一侧啮合，一号齿轮507的另一侧与从动齿条509啮合，从动齿条509的靠近一号支撑板501的一端固定连接二号支撑板511，一号支撑板501带动主动齿条506移动，主动齿条506带动一号齿轮507转动，一号齿轮507转动带动从动齿条509使从动齿条509产生与主动齿条506反向相反的移动，从动齿条509带动二号支撑板511移动，使二号支撑板511逐渐上升，直至与外支护板1接触，此时一号支撑板501、二号支撑板511共同支撑外支护板1，一号齿轮507、从动齿条509设置在中支护板2上，一号齿轮507与的齿轮支架508转动连接，齿轮支架508固定在中支护板2上，从动齿条509与齿条滑轨510滑动连接，齿条滑轨510固定在中支护板2上。
29.如图5所示，转动组件6包括滚珠丝杠601、滚珠丝杠滑块602，滚珠丝杠601穿过中支护板2与缓冲下杆504下端固定连接，使缓冲下杆504与中支护板2滑动连接，缓冲下杆504与中支护板2为紧滑动，当缓冲上杆502下压到一定程度，缓冲上杆502带动缓冲下杆504滑动，缓冲下杆504带动滚珠丝杠601运动，使滚珠丝杠601在滚珠丝杠滑块602中滑动，滚珠丝杠601与滚珠丝杠滑块602滚珠丝杠副配合，滚珠丝杠滑块602外侧设置有齿，滚珠丝杠滑块602两侧设置有两个平行的前进齿条604，前进齿条604的一端与滚珠丝杠滑块602啮合，另一端与推动杆402下部有齿部分啮合，滚珠丝杠滑块602在滚珠丝杠601的做用下转动，滚珠丝杠601带动前进齿条604向两侧反向滑动，前进齿条604带动推动杆402转动，推动杆402上部设置有螺纹与固定螺母801螺纹连接，固定螺母801固定在内支护板3上，推动杆402转动通过固定螺母801使推动杆402向围岩方向移动，滚珠丝杠滑块602、前进齿条604设置在中支护板2、内支护板3之间，滚珠丝杠滑块602转动连接滑块支架603上端，滑块支架603下端固定在内支护板3上，前进齿条604下滑动连接多个齿条支架605的一端，齿条支架605的另一端固定在内支护板3上，固定螺母801下转动连接螺母支架802的一端，螺母支架802的另一端固定在内支护板3上。
30.如图6所示，锚杆4包括插入杆401、推动杆402，插入杆401一端穿过外支护板1、中支护板2插入围岩中与围岩固定连接，插入杆401另一端转动连接推动杆402，插入杆401中部固定连接支撑外支护板1的锚杆挡板404，锚杆挡板404一面紧贴外支护板1内侧，插入杆401下部设置有自锁机构，推动杆402带动插入杆401进一步插入围岩中，插入杆401带动锚杆挡板404移动，锚杆挡板404顶起外支护板1，从而避免外支护板1变形，保证支护能力，同时插入杆401上的自锁机构保证插入杆401只能插入围岩中，不能反向移动，避免了锚杆4的松动滑脱。
31.自锁机构包括棘齿403、棘爪701，棘齿403设置在插入杆401下部，棘齿403卡接棘爪701，棘爪701中部铰接棘爪支座703的一端，棘爪支座703的另一端固定在中支护板2上，棘爪701尾部固定连接棘爪弹簧702的一端，棘爪弹簧702的另一端固定在中支护板2上，棘齿403、棘爪701形成单项自锁，使插入杆401只能向围岩方向插入，从而避免了锚杆4的松动滑脱。
32.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：针对围岩松动或软岩大变形区域隧道的施工，包括匹配盾构机隧道壁尺寸的外支护板(1)，外支护板(1)与隧道壁贴合形成圆形隧道，外支护板(1)内侧设有利用内支护板(3)构成的隧道结构，外支护板(1)与内支护板(3)之间设有构成夹层隧道壁结构的中支护板(2)，外支护板(1)、中支护板(2)和内支护板(3)构成的隧道壁形成同心圆的结构；内支护板(3)底部通过混凝土设有平地板的内底板(301)，内底板(301)下方与外支护板(1)、中支护板(2)和内支护板(3)之间均填充有混凝土进行固定，外支护板(1)和中支护板(2)在底板位置之外的区域间隔设置有多个缓冲组件(5)，多个缓冲组件(5)之间间隔设有首尾分别穿过外支护板(1)和中支护板(2)的锚杆(4)，每两个相邻的锚杆(4)的尾端之间分别在中支护板(2)和内支护板(3)之间设有一组转动组件(6)，转动组件(6)与最近的缓冲组件(5)底部之间机械连接；所述缓冲组件(5)包括设置在中心的一号齿轮缓冲架，一号齿轮缓冲架周围设置多个二号齿轮缓冲架，一号齿轮缓冲架与中支护板(2)之间设有二号缓冲弹簧(505)，一号齿轮缓冲架的架腿与二号齿轮缓冲架之间通过齿轮和齿条活动连接，从而使一号齿轮缓冲架能够与二号齿轮缓冲架之间根据二号缓冲弹簧(505)的状况进行升降，向外支护板(1)提供缓冲力，一号齿轮缓冲架下方设有延伸入中支护板(2)的弹簧活塞杆；所述转动组件(6)包括与弹簧活塞杆底部通过滚珠丝杠(601)连接有滚珠丝杠滑块(602)，滚珠丝杠(601)与滚珠丝杠滑块(602)滚珠丝杠副配合，滚珠丝杠滑块(602)外侧设置有齿，滚珠丝杠滑块(602)两侧设置有两个平行的前进齿条(604)，前进齿条(604)的一端与滚珠丝杠滑块(602)外侧的齿啮合，另一端与锚杆(4)的尾部设有的推动杆(402)外侧有齿部分啮合。2.根据权利要求1所述围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：所述缓冲组件(5)中一号齿轮缓冲架包括一号支撑板(501)，一号支撑板(501)下方等间距设有多条主动齿条(506)，一号支撑板(501)的中心处设有下方与滚珠丝杠(601)顶部活动连接的弹簧缓冲杆，弹簧缓冲杆包括与号支撑板(501)连接的缓冲上杆(502)，缓冲上杆(502)下方通过一号缓冲弹簧(503)设有弹簧活塞缸结构的缓冲下杆(504)；二号齿轮缓冲架包括二号支撑板(511)，二号支撑板(511)中心处垂直设有与中支护板(2)连接的齿条滑轨(510)，齿条滑轨(510)上设有从动齿条(509)，每条主动齿条(506)通过一号齿轮(507)与一组二号齿轮缓冲架的从动齿条(509)转动连接，一号齿轮(507)通过齿轮支架(508)与中支护板(2)固定，匹配二号缓冲弹簧(505)以及弹簧缓冲杆使一号齿轮缓冲架能够与二号齿轮缓冲架之间活动。3.根据权利要求1所述围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：所述转动组件(6)的滚珠丝杠(601)穿过中支护板(2)与缓冲下杆(504)下端固定连接，使缓冲下杆(504)与中支护板(2)滑动连接，滚珠丝杠(601)与滚珠丝杠滑块(602)滚珠丝杠副配合，滚珠丝杠滑块(602)下方与内支护板(3)之间设有滑块支架(603)；其中前进齿条(604)与内支护板(3)之间设有齿条支架(605)。4.根据权利要求3所述的围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：所述滚珠丝杠滑块(602)转动连接滑块支架(603)上端，滑块支架(603)下端固定在内支护板(3)上。5.根据权利要求1所述围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：所述锚杆(4)
的尾端通过悬空支架与内支护板(3)连接，所述的悬空支架包括与锚杆(4)的尾端螺纹固定连接的固定螺母(801)，固定螺母(801)周围设有将其支撑的螺母支架(802)，其中锚杆(4)尾端的推动杆(402)部分设置在固定螺母(801)与内支护板(3)之间。6.根据权利要求1所述围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：锚杆(4)包括端头部为尖锐便于插入结构的插入杆(401)，推动杆(402)设置在插入杆(401)尾端，插入杆(401)一端穿过外支护板(1)、中支护板(2)插入围岩中与围岩固定连接，插入杆(401)另一端转动连接推动杆(402)，插入杆(401)中部的外侧设有抵在支护板(1)内侧起支撑作用的锚杆挡板(404)，杆挡板(404)一面紧贴外支护板(1)内侧，插入杆(401)下部设置有自锁机构。7.根据权利要求6所述围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：自锁机构包括设置在锚杆(4)上位于中支护板(2)处的棘齿(403)，与棘齿(403)位置匹配设有扣合棘齿(403)的棘爪(701)，棘爪(701)的中部铰接棘爪支座(703)，棘爪(701)的尾部固定连接有棘爪弹簧(702)，棘爪弹簧(702)和棘爪支座(703)与中支护板(2)连接。8.根据权利要求1所述围岩松动或软岩大变形的支护装置，其特征在于：滚珠丝杠(601)穿过中支护板(2)与缓冲下杆(504)下端固定连接，使缓冲下杆(504)与中支护板(2)滑动连接，缓冲下杆(504)与中支护板(2)为紧滑动，当缓冲上杆(502)下压到一定程度，缓冲上杆(502)带动缓冲下杆(504)滑动，缓冲下杆(504)带动滚珠丝杠(601)运动，滚珠丝杠(601)将下压的直线运动转化为转动运动，使滚珠丝杠(601)在滚珠丝杠滑块(602)中滑动，滚珠丝杠(601)与滚珠丝杠滑块(602)滚珠丝杠副配合，滚珠丝杠滑块(602)外侧设置有齿，滚珠丝杠滑块(602)两侧设置有两个平行的前进齿条(604)，前进齿条(604)的一端与滚珠丝杠滑块(602)啮合，另一端与推动杆(402)下部有齿部分啮合，滚珠丝杠滑块(602)在滚珠丝杠(601)的做用下转动，滚珠丝杠(601)带动前进齿条(604)向两侧反向滑动，前进齿条(604)带动推动杆(402)转动，推动杆(402)上部设置有螺纹与固定螺母(801)螺纹连接，固定螺母(801)固定在内支护板(3)上，推动杆(402)转动通过固定螺母(801)使推动杆(402)向围岩方向移动，插入杆(401)下部设置有自锁机构，推动杆(402)带动插入杆(401)进一步插入围岩中，插入杆(401)带动锚杆挡板(404)移动，锚杆挡板(404)顶起外支护板(1)，从而避免外支护板(1)变形，保证支护能力，同时插入杆(401)上的自锁机构保证插入杆(401)不能反向移动，只能插入围岩中，从而避免锚杆(4)松动滑脱。

技术总结

本发明公开了一种围岩松动或软岩大变形的支护装置，属于交通工程设施领域。包括同心布置的外支护板、中支护板、内支护板，内部设有作为底板的内底板，外支护板固定在围岩上，内支护板底部固定安装有内底板，外支护板、中支护板之间设置有缓冲组件，缓冲组件之间设置有锚杆，锚杆穿过外支护板、中支护板固定在围岩中，缓冲组件下间隔设置有可以推动锚杆的转动组件，转动组件设置在中支护板、内支护板之间，转动组件与锚杆尾部啮合；本装置同心设置三层支护，避免在对其他机构形成磕碰，避免了损坏支护结构；设置有缓冲组件，一号支撑板和二号支撑板共同对外支护板形成支撑；设置有转动组件，当围岩产生挤压力则转化为锚杆继续插入围岩的力。岩的力。岩的力。