本發明屬于隧道施工的，具體的說，涉及一種隧道拱部塌方的安全快速處置方法。

背景技術：

1、目前，在震后構造地質區內修建隧道時，地層圍巖破碎，節理裂隙發育，自穩能力差，隧道開挖之后在未進行初期支護之前，拱頂極易產生塌方冒頂事故。隧道拱頂塌方之后，在隧道拱部位置往往會形成一個塌方腔體，如果不及時進行處置的話，塌方腔體可能會繼續坍塌擴展，對后續修建的隧道結構的安全產生威脅。然而，采用現有的手段對塌方腔體進行回填處理，難度較大而且回填部位的強度較低，而且在處置過程中，圍巖暴露的時間較長，無法快速地形成支護體系，進而造成塌方事故的二次發生。因此，需要針對隧道在節理發育，巖體破碎，結合較差的巖層產狀傾向山體的不良地層內發生拱頂坍塌的情況，亟需一種安全快速的隧道拱頂坍塌處置方法，高效的對塌方區域進行處置，減少塌方對施工工期和施工安全的影響。

技術實現思路

1、本發明針對隧道在節理發育，巖體破碎，結合較差的巖層產狀傾向山體的不良地層內發生拱頂坍塌的情況，提出一種安全快速的隧道拱頂坍塌處置裝置及方法，高效的對塌方區域進行處置，減少塌方對施工工期和施工安全的影響。

2、為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

3、一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，包括通過姿態調節機構與維修車連接的支護模具，所述支護模具由多個拱形模板相互拼接而成，于一個或者多個拱形模板上安裝有注漿管，注漿管的進口端與注漿泵連接，于支護模具的下方設置有可調式掘進機構，所述可調式掘進機構與姿態調節機構連接。

4、進一步的，于支護模具的周沿上安裝有環形充氣囊，當支護模具與塌方腔體的下端口貼合時，充氣的環形充氣囊與隧道內壁的相對應處接觸。

5、進一步的，于各所述拱形模板上對稱裝配有兩個關節式壓密機構，各所述關節式壓密機構與姿態調節機構連接，且注漿管的一端穿過相對應的關節式壓密機構并伸入塌方腔體內。

6、進一步的，所述關節式壓密機構包括與拱形模板呈關節方式連接的壓密組件，支護模具中位于同側的拱形模具通過連接桿與姿態調節機構連接。

7、進一步的，所述壓密組件包括關節殼、連接筒及壓密柱頭，所述關節殼構造于拱形模板上，關節殼具有貫穿拱形模板的關節口，于連接筒的外周壁上同軸構造有關節結，所述關節結活動裝配于關節口內，壓密柱頭的下端伸入連接筒內，于所述壓密柱頭的下端同軸構造有導向桿，所述導向桿活動伸出連接筒的下端，于連接筒內且位于壓密柱頭與連接筒的下端之間形成驅動腔，于驅動腔內設置有連接彈簧，所述連接彈簧的兩端分別與壓密柱頭和連接筒連接。

8、進一步的，所述拱形模板包括模板本體，于所述模板本體中部的下端面上構造有固定塊，裝配桿穿過固定塊并與其固定連接，于各連接筒上構造有與驅動腔連通的液壓軟管，于裝配桿內構造有液壓通道，所述液壓通道經開設于裝配桿上的導通孔與相對應的液壓軟管連通。

9、進一步的，所述姿態調節機構包括第一豎向油缸和轉接座，所述第一豎向油缸與裝配座連接，第一豎向油缸與第一縱向油缸連接，裝配桿的一端安裝于裝配座上，轉接座上連接有第二豎向油缸，于第二豎向油缸的油缸桿上安裝有裝配套，所述裝配套活動套裝于裝配桿上，且第二縱向油缸的一端與裝配桿固定連接，第二縱向油缸的另一端與裝配套連接，轉接座通過兩個轉接軸轉動連接有兩個轉接臂，各所述轉接臂遠離轉接軸的一端與相對應的連接桿連接。

10、進一步的，裝配孔沿壓密柱頭的軸線貫穿壓密柱頭和導向桿，所述注漿管裝配于裝配孔內，未裝配注漿管的裝配孔通過密封柱塞密封。

11、進一步的，所述可調式掘進機構包括對稱設置的兩個安裝板，于各所述安裝板上沿隧道的長度方向間隔轉動連接有兩個傳動輪，傳動帶與兩所述傳動輪傳動連接，于所述傳動帶上沿其延伸方向間隔安裝有多個鏟斗，擇一傳動輪的軸向一端與第一驅動電機的輸出軸連接；于安裝板靠近維修車的一端構造有滑動座，所述滑動座滑動裝配于橫向導軌上，橫向絲杠與兩安裝板反向螺紋連接，橫向絲杠的一端與第二驅動電機的輸出軸連接，橫向導軌與第三縱向油缸連接，第三豎向油缸與第三縱向油缸連接，第三豎向油缸經連接板與維修車連接。

12、本發明還公開了一種使用上述的隧道拱部塌方的安全快速處置裝置的方法，包括如下步驟：

13、步驟1.根據拱頂塌方的區域大小，選取多個拱形模板相互拼接構成支護模具；

14、步驟2.駕駛維修車在隧道內行走，使得維修車到達拱頂塌方的位置處；

15、步驟3.將在一個或者多個拱形模板上安裝注漿管，并且注漿管的進口端與注漿泵連接；

16、步驟4.控制姿態調節機構，使得注漿管伸入到拱頂塌方的塌方腔體內；再啟動注漿泵，將混凝土漿液通過注漿管射流而出，并噴射于塌方腔體的內壁上，同時控制姿態調節機構動作，待混凝土漿液涂滿塌方腔體的內壁后，停止注漿泵；

17、步驟5.待塌方腔體內壁上的混凝土漿液凝固后，控制姿態調節機構帶動支護模具將塌方腔體的下端口封閉；

18、步驟6.啟動注漿泵，將混凝土逐漸注入塌方腔體內，直至注滿為止，然后，將注漿管拆除；

19、步驟7.待塌方腔體內的混凝土完全凝固后，控制姿態調節機構帶動支護模具脫開。

20、本發明由于采用了上述的結構，其與現有技術相比，所取得的技術進步在于：本發明將混凝土漿液均勻噴射到隧道圍巖上，從而快速的形成一層具有一定強度的混凝土支護結構，噴射的混凝土漿液可以與圍巖和支護結構緊密貼合，可以用來封堵圍巖表面出現的大部分縫隙，并填充支護結構與圍巖之間的大部分空隙。本發明根據塌方腔體洞口的尺寸，采用多個拱形模板相互拼接構成支護模具，使得該支護模具能夠完全將塌方腔體洞口的封堵。而且在噴漿構造混凝土支護結構的過程中，及后續的混凝土對塌方腔體填充的過程中，通過控制姿態調節機構動作，使其驅動注漿管在塌方腔體內運動（擺動），確保混凝土漿液均勻地噴涂于塌方腔體的內壁上，提高混凝土支護結構成型的效果，并確保混凝土快速注滿塌方腔體內。綜上可知，本發明能夠針對隧道在節理發育，巖體破碎，結合較差的巖層產狀傾向山體的不良地層內發生拱頂坍塌的情況，高效的對塌方區域進行合理地處置，有效地避免塌方部位修復后再次出現塌方的情況，從而減少了塌方對施工工期和施工安全的影響。

技術特征：

1.一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：包括通過姿態調節機構與維修車連接的支護模具，所述支護模具由多個拱形模板相互拼接而成，于一個或者多個拱形模板上安裝有注漿管，注漿管的進口端與注漿泵連接，于支護模具的下方設置有可調式掘進機構，所述可調式掘進機構與姿態調節機構連接。

2.根據權利要求1所述的一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：于支護模具的周沿上安裝有環形充氣囊，當支護模具與塌方腔體的下端口貼合時，充氣的環形充氣囊與隧道內壁的相對應處接觸。

3.根據權利要求1所述的一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：于各所述拱形模板上對稱裝配有兩個關節式壓密機構，各所述關節式壓密機構與姿態調節機構連接，且注漿管的一端穿過相對應的關節式壓密機構并伸入塌方腔體內。

4.根據權利要求3所述的一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：所述關節式壓密機構包括與拱形模板呈關節方式連接的壓密組件，支護模具中位于同側的拱形模具通過連接桿與姿態調節機構連接。

5.根據權利要求4所述的一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：所述壓密組件包括關節殼、連接筒及壓密柱頭，所述關節殼構造于拱形模板上，關節殼具有貫穿拱形模板的關節口，于連接筒的外周壁上同軸構造有關節結，所述關節結活動裝配于關節口內，壓密柱頭的下端伸入連接筒內，于所述壓密柱頭的下端同軸構造有導向桿，所述導向桿活動伸出連接筒的下端，于連接筒內且位于壓密柱頭與連接筒的下端之間形成驅動腔，于驅動腔內設置有連接彈簧，所述連接彈簧的兩端分別與壓密柱頭和連接筒連接。

6.根據權利要求5所述的一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：所述拱形模板包括模板本體，于所述模板本體中部的下端面上構造有固定塊，裝配桿穿過固定塊并與其固定連接，于各連接筒上構造有與驅動腔連通的液壓軟管，于裝配桿內構造有液壓通道，所述液壓通道經開設于裝配桿上的導通孔與相對應的液壓軟管連通。

7.根據權利要求6所述的一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：所述姿態調節機構包括第一豎向油缸和轉接座，所述第一豎向油缸與裝配座連接，第一豎向油缸與第一縱向油缸連接，裝配桿的一端安裝于裝配座上，轉接座上連接有第二豎向油缸，于第二豎向油缸的油缸桿上安裝有裝配套，所述裝配套活動套裝于裝配桿上，且第二縱向油缸的一端與裝配桿固定連接，第二縱向油缸的另一端與裝配套連接，轉接座通過兩個轉接軸轉動連接有兩個轉接臂，各所述轉接臂遠離轉接軸的一端與相對應的連接桿連接。

8.根據權利要求5所述的一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：裝配孔沿壓密柱頭的軸線貫穿壓密柱頭和導向桿，所述注漿管裝配于裝配孔內，未裝配注漿管的裝配孔通過密封柱塞密封。

9.根據權利要求1所述的一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置，其特征在于：所述可調式掘進機構包括對稱設置的兩個安裝板，于各所述安裝板上沿隧道的長度方向間隔轉動連接有兩個傳動輪，傳動帶與兩所述傳動輪傳動連接，于所述傳動帶上沿其延伸方向間隔安裝有多個鏟斗，擇一傳動輪的軸向一端與第一驅動電機的輸出軸連接；于安裝板靠近維修車的一端構造有滑動座，所述滑動座滑動裝配于橫向導軌上，橫向絲杠與兩安裝板反向螺紋連接，橫向絲杠的一端與第二驅動電機的輸出軸連接，橫向導軌與第三縱向油缸連接，第三豎向油缸與第三縱向油缸連接，第三豎向油缸經連接板與維修車連接。

10.一種使用權利要求1-9中任一項所述的隧道拱部塌方的安全快速處置裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術總結
本發明公開了一種隧道拱部塌方的安全快速處置裝置及方法，裝置包括通過姿態調節機構與維修車連接的支護模具，所述支護模具由多個拱形模板相互拼接而成，于一個或者多個拱形模板上安裝有注漿管，注漿管的進口端與注漿泵連接，于支護模具的下方設置有可調式掘進機構，所述可調式掘進機構與姿態調節機構連接；方法利用上述裝置對隧道拱部塌方處進行加固處置。本發明能夠高效的對塌方區域進行處置，減少塌方對施工工期和施工安全的影響。本發明適用于隧道施工中隧道拱部塌方修復的技術領域。

技術研發人員：孫忠明,唐雄川,李雄飛,鐘瑩,李占輝,趙成龍
受保護的技術使用者：東北大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28