本發(fā)明涉及地下工程防護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地下工程巖爆地質(zhì)災(zāi)害被動防治裝備及其使用方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)隧道等地下工程修建在埋深大、強度高、構(gòu)造運動強的巖體環(huán)境中時，往往會發(fā)生不同形式的巖爆，巖爆地質(zhì)災(zāi)害具有突發(fā)、高危、難預(yù)測等特點，對人身安全和機械設(shè)備帶來極大挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，是世界性的地下工程難題之一。

目前，對巖爆的控制手段主要分為主動型和被動型兩種，中國實用新型201120262242x描述了一種巖爆隧道支護結(jié)構(gòu)，包括由大角度超前錨桿、超前應(yīng)力釋放孔、邊墻應(yīng)力釋放孔、柔性細(xì)密鋼絲網(wǎng)、徑向錨桿、噴射混凝土、防水板、模筑二次襯砌墻體組成多層支護結(jié)構(gòu)，所述大角度超前錨桿和超前應(yīng)力釋放孔設(shè)在支護結(jié)構(gòu)中間的掌子面上，支護結(jié)構(gòu)墻體的兩外側(cè)設(shè)置邊墻應(yīng)力釋放孔，支護結(jié)構(gòu)墻面覆蓋柔性細(xì)密鋼絲網(wǎng)。中國發(fā)明專利201611099816x公開一種以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法在待支護隧道的壁面噴射第一混凝土層和開設(shè)鉆孔，在鉆孔內(nèi)設(shè)置漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿，并控制漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿，使其對隧道壁施加徑向力，以進(jìn)行主動支護，在第一混凝土層上設(shè)置鋼筋網(wǎng)，在鋼筋網(wǎng)的表面設(shè)置第二混凝土層，以使得第二混凝土層將鋼筋網(wǎng)覆蓋于第一混凝土層上，上述兩個專利所描述的方法均屬于主動型支護，但實踐表明其防治效果不能令人滿意，且成本高、施工工期長。

中國發(fā)明專利2016104623937公開一種降低巖爆危害的圍巖加固系統(tǒng)，屬于被動支護型支護，其實施方法是：在巖體開挖后，向圍巖表面濕噴一層混凝土找平，待混凝土初凝前迅速沿著混凝土表面粘貼具有高抗拉強度的玄武巖纖維布，然后安裝錨桿，錨桿穿過玄武巖纖維布和混凝土找平層植入巖體，從而使得圍巖、噴射混凝土、玄武巖纖維布和錨桿群形成一個圍巖加固系統(tǒng)，顯著提高圍巖表層的抗拉強度，從而有效防止圍巖表層劈裂巖板彎曲受拉折斷，進(jìn)而抑制巖爆的發(fā)生，但由于該措施吸能強度不足，導(dǎo)致其實踐效果不佳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種地下工程巖爆地質(zhì)災(zāi)害被動防治裝備及其使用方法，該裝備主要是對現(xiàn)有支護系統(tǒng)進(jìn)行加強防護，通過膨脹狀態(tài)的氣囊和氣囊外側(cè)的被動防護機構(gòu)一起組成復(fù)合消能裝置，提升被動防治裝備對巖爆能量的吸收能力。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種地下工程巖爆地質(zhì)災(zāi)害被動防治裝備，包括由外向內(nèi)依次設(shè)置在圍巖表面拱形的被動防護機構(gòu)、伸縮裝置、支撐結(jié)構(gòu)和走行機構(gòu)，所述被動防護機構(gòu)和所述伸縮裝置為拱狀結(jié)構(gòu)；

所述被動防護機構(gòu)包括沿隧道徑向方向設(shè)置的定位柱和固定在該定位柱外端的消能網(wǎng)；

所述伸縮裝置由至少兩個沿其環(huán)向方向設(shè)置的伸縮單元組成，每個所述伸縮單元包括殼體和安裝在該殼體腔體內(nèi)的氣囊、固定樁，所述固定樁內(nèi)端固定在所述殼體底面，其外端伸出所述殼體與所述定位柱的內(nèi)端套接，所述氣囊位于所述殼體內(nèi)壁與所述固定樁外壁之間，所述殼體外壁與所述支撐結(jié)構(gòu)固定連接。

為更好地實現(xiàn)本技術(shù)方案，可進(jìn)一步地，所述氣囊外側(cè)設(shè)置有導(dǎo)向卡槽，該導(dǎo)向卡槽與所述固定樁相配合設(shè)置，當(dāng)所述氣囊充氣時，所述固定樁伸出所述伸縮裝置，當(dāng)所述氣囊放氣時，所述固定樁回到伸縮裝置內(nèi)，并通過所述導(dǎo)向卡槽進(jìn)行定位。便于該防治裝備在非使用狀態(tài)時，固定樁能夠放置在殼體內(nèi)，使該裝備占用體積小。

進(jìn)一步地，所述走行機構(gòu)為自帶動力行走或依靠牽引裝置牽引行走，該走行機構(gòu)至少為一層，且其頂面和靠近隧道的相對側(cè)壁均安裝有高強度的承載板。安裝高強度的承載板便于設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)和分擔(dān)圍巖傳遞的力。

進(jìn)一步地，所述支撐結(jié)構(gòu)包括支撐座和至少三根支撐桿，其中一根所述支撐桿內(nèi)端通過所述支撐座固定在所述走行機構(gòu)頂面的所述承載板上，另外兩根所述支撐桿內(nèi)端通過所述支撐座分別固定在所述走行機構(gòu)側(cè)面的所述承載板上，且三根所述支撐桿外端緊貼所述伸縮裝置的內(nèi)表面。

進(jìn)一步地，所述支撐桿為液壓千斤頂或可伸縮的桿體，同樣的是為了在非使用狀態(tài)時該裝置整體占用體積小。

進(jìn)一步地，所述消能網(wǎng)采用拼裝式的sns網(wǎng)，相鄰的兩個網(wǎng)片采用鎖定環(huán)固定在所述定位柱上。

進(jìn)一步地，所述定位柱以承插方式與所述固定樁相連，在遭到強烈?guī)r爆毀壞時，便于定位柱和消能網(wǎng)更換。

本發(fā)明的另一個目的就是對上述一種地下工程巖爆地質(zhì)災(zāi)害被動防治裝備的使用方法進(jìn)行詳細(xì)說明，包括以下步驟：

步驟一、在洞外將該巖爆被動防治裝備組裝完畢，并對其走行能力、伸縮能力進(jìn)行測試，保證該裝備的正常運行；

步驟二、將所述氣囊的氣體放掉，收縮所述支撐桿，使其均處于收縮狀態(tài)，然后移動所述走形機構(gòu)到需要進(jìn)行巖爆防護的位置，主要是掌子面附近。

步驟三、將所述消能網(wǎng)固定在所述定位柱上，形成外層防護網(wǎng)；

步驟四、對所述氣囊進(jìn)行充氣，使之處于膨脹狀態(tài)，同時調(diào)節(jié)所述支撐桿，使被動防護機構(gòu)緊貼圍巖表面，從而與被動防護機構(gòu)一起組成復(fù)合消能裝置，提升被動防治裝備對巖爆能量的吸收能力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)、本發(fā)明提供的適用于地下工程巖爆地質(zhì)災(zāi)害的被動式防治裝備，有效的解決了高強度巖爆發(fā)生時因地下工程支護系統(tǒng)吸能強度不足而導(dǎo)致巖體中積聚的能量瞬間釋放引起的安全事故，最大限度的降低巖爆危害，為作業(yè)人員爭取到逃生的時間，降低了工程風(fēng)險。

(2)、本發(fā)明采用氣囊和被動防護機構(gòu)組成復(fù)合消能裝置，提升被動防治裝備對巖爆能量的吸收能力，大幅降低巖爆破壞強度，同時被動防護機構(gòu)中消能網(wǎng)可防止巖爆發(fā)生時，剝離防護層的碎塊對人員和設(shè)備造成傷害。

(3)、本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單，操作性強，重復(fù)利用率高、成本低廉的特點，巖爆發(fā)生時，最易損壞的是消能網(wǎng)和定位柱，但兩者均易更換。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為伸縮裝置立體示意圖；

圖3為單個伸縮裝置立體示意圖；

圖4為固定柱與消能網(wǎng)拼裝圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

為更好說明本發(fā)明的技術(shù)特征，以下實施例為圓拱形隧道為例進(jìn)行具體的說明。

最優(yōu)實施例：如圖1所示，一種地下工程巖爆地質(zhì)災(zāi)害被動防治裝備，包括由外向內(nèi)依次設(shè)置在圍巖6表面的被動防護機構(gòu)1、伸縮裝置2、支撐結(jié)構(gòu)3和走行機構(gòu)4，被動防護機構(gòu)1和伸縮裝置2對巖爆形成的破壞能進(jìn)行吸收。

所述走行機構(gòu)4為自帶動力行走或依靠牽引裝置牽引行走，也可以是受推力作用前進(jìn)，對走行機構(gòu)4的選擇主要取決于隧道的坡度、規(guī)格形狀及可能發(fā)生巖爆的強度，本實施例中走行機構(gòu)4兩層，其頂面和靠近隧道的相對側(cè)壁均安裝有高強度的承載板41，該承載板41不僅可以作為工作平臺，而且能防止支撐結(jié)構(gòu)3受力過大穿透承載板41后破壞走行機構(gòu)4。

所述支撐結(jié)構(gòu)3包括支撐座31和圍繞走行機構(gòu)4徑向方向設(shè)置的若干根支撐桿32，本實施例中支撐桿32的數(shù)量為八根，其中兩根支撐桿32內(nèi)端通過支撐座31固定在走行機構(gòu)4頂面，另外六根支撐桿32內(nèi)端通過支撐座31對稱設(shè)置在走行機構(gòu)4相對側(cè)面的承載板41上，這八根支撐桿32外端緊貼伸縮裝置2的內(nèi)表面，上述的支撐桿32為千斤頂或可伸縮的桿體。

如圖4所示，所述被動防護機構(gòu)1包括沿圓拱形隧道徑向設(shè)置的定位柱11和固定在該定位柱11外端的消能網(wǎng)12，其中消能網(wǎng)12可采用拼裝式的sns網(wǎng)，相鄰的兩個網(wǎng)片采用鎖定環(huán)固定在定位柱11上。

如圖2和圖3所示，所述伸縮裝置2由若干個沿其環(huán)向方向設(shè)置的伸縮單元5組成，且若干個伸縮單元5一體成型。每個伸縮單元5包括拱形的殼體51和安裝在該殼體51腔體內(nèi)的氣囊52和固定樁53，所述固定樁53內(nèi)端固定在殼體51底面的中心，外端伸出殼體51與定位柱11的內(nèi)端以承插方式的連接，氣囊52位于殼體51內(nèi)壁與固定樁53外壁之間，所述殼體51外壁與支撐結(jié)構(gòu)3固定連接，所述氣囊52外側(cè)設(shè)置有導(dǎo)向卡槽54，該導(dǎo)向卡槽54與固定樁53相配合設(shè)置，當(dāng)氣囊52充氣時，所述固定樁53伸出伸縮裝置2，當(dāng)氣囊52放氣時，所述固定樁53回到伸縮裝置2內(nèi)，并通過導(dǎo)向卡槽54進(jìn)行定位。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

步驟一、在洞外將該巖爆被動防治裝備組裝完畢，并對其走行能力、伸縮能力進(jìn)行測試，保證該裝備的正常運行；

步驟二、將氣囊52的氣體放掉，收縮支撐桿32，使其均處于收縮狀態(tài)，然后移動走形機構(gòu)4到需要進(jìn)行巖爆防護的位置，主要是掌子面附近。

步驟三、將消能網(wǎng)12固定在定位柱11上，形成外層防護網(wǎng)；

步驟四、對氣囊52進(jìn)行充氣，使之處于膨脹狀態(tài)，同時調(diào)節(jié)支撐桿32，使被動防護機構(gòu)1緊貼圍巖表面，從而與被動防護機構(gòu)1一起組成復(fù)合消能裝置，提升被動防治裝備對巖爆能量的吸收能力。

上述技術(shù)方案僅體現(xiàn)了本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選技術(shù)方案，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對其中某些部分所可能做出的一些變動均體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。