本发明属于隧道开挖支护技术领域，具体涉及一种h型大断面隧道支撑装置及其支撑方法。
背景技术：
在隧道施工工程中，通常把开挖断面在50m2至100m2的隧道称之为大断面隧道，大断面开挖受力较为不利。目前的开挖方式采用双侧壁导坑法、cd法、cbr法，现在的开挖方法不仅需要等待混凝土的固结，而在还要在后期拆除混凝土，等待混凝土固结过程导致效率低下，拆除的混凝土又会浪费大量混凝土材料。
技术实现要素：
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种h型大断面隧道支撑装置及其支撑方法。
本发明的技术方案是：一种h型大断面隧道支撑装置，包括能够进入到隧道围岩中并协助整体沿开挖方向前进的移动装置，所述移动装置为两个，所述移动装置上设置有支腿，所述支腿上设置有横杆，所述横杆上设置有对竖向顶板进行支撑的竖向支撑和对横向顶板进行支撑的横向支撑。
更进一步的，所述竖向支撑包括第一竖杆，所述第一竖杆将竖向顶板顶在隧道围岩上。
更进一步的，所述竖向支撑还包括设置在横杆上的第二竖杆，所述第二竖杆位于第一竖杆两侧进行辅助支撑。
更进一步的，所述横杆上设置有横向放置的横向千斤顶，所述横向千斤顶的伸缩端与横向顶板相连。
更进一步的，所述第一竖杆、第二竖杆为内部中空的筒状体结构，所述第一竖杆、第二竖杆内置有竖向千斤顶，所述千斤顶的伸缩端对筒状体内滑动的顶柱进行驱动，所述顶柱的另一端与横向顶板相连。
更进一步的，所述移动装置为双履带移动装置，所述支腿位于移动装置的中心处。
更进一步的，所述竖向顶板、横向顶板与隧道围岩相接触的一面为与其相适应的圆弧形。
一种h型大断面隧道支撑装置的支撑方法，包括以下步骤：
ⅰ.将支撑装置推动至预备开挖断面
通过移动装置，将支撑装置推入，调整支腿的高度使横杆两端足以支撑到边墙的预定位置；
ⅱ.进行顶部支撑
驱动第一竖杆、第二竖杆内部的竖向千斤顶，调整到预定高度，使竖向顶板前端插入掌子面；
ⅲ.进行上部开挖
挖掘机将横杆上部的土进行开挖，开挖次序为由两边至中间对称开挖，要求两台挖掘机同时开挖以保证隧道内部受力对称；
ⅳ.对外露围岩进行初衬
开挖之后，该断面上半部分的围岩一部分由竖向顶板支撑，另一部分裸露出来，对除支撑部位立即喷混凝土，并安装第一批钢拱；
ⅴ.对横杆下部左右两边的土开挖
保留核心预留土以防掌子面因开挖不慎大规模掉土，对横杆下部左右两边的土开挖，开挖之后进行初衬内容与上半部分相同，同时上半部分的混凝土完成凝固初衬已具有了一定承载力；
ⅵ.安装第二批钢拱
竖向顶板与隧道围岩脱离，同时初衬空缺部分露出，迅速安置设有缺槽的第二批钢拱，需保证通过缺槽相互对接与第一批钢拱紧密贴附；
ⅶ.依次施工直至完成
对支撑在边墙两侧的横向顶板依次按上述方式施工，直到初衬全部完成，整体装置向前推进一段距离下一个断面可以接继工作，拆除一段距离的核心预留土，完成了一个循环单元，后续可接继连续施工。
更进一步的，所述第一批钢拱一侧设置有能够伸缩的小型顶柱，所述小型顶柱能够在初衬时顶住第一批钢拱，从而形成初步的支撑体系。
更进一步的，所述第一批钢拱侧壁处形成阶梯端面，相邻第一批钢拱形成缺槽，所述第二批钢拱装入到缺槽中。
本发明通过竖向支撑实现对隧道围岩拱顶处的支撑，通过横向支撑实现了对隧道围岩外墙处的支撑，通过小型顶柱能够实现对第一批钢拱进行侧压，通过第一批钢拱的缺槽形式便于第二批钢拱的装入。
本发明保证隧道开挖工作可以保证不间断的进行，同时将作用在围岩上的支撑工作和开完后续的初衬工作做出了有序的调整安排。
附图说明
图1是本发明支撑状态的结构示意图；
图2是本发明中竖向顶板、第一批钢拱布置示意图；
图3是本发明中第一批钢拱、第二批钢拱的结合示意图；
图4是本发明中第一批钢拱的局部立体图；
图5是本发明中竖向顶板及小型顶柱的平面示意图；
其中：
1隧道围岩2第一批钢拱
3横杆4横向顶板
5第一竖杆6第二竖杆
7移动装置8支腿
9核心预留土10竖向顶板
11第二批钢拱12对接方形钢片
13预留孔14电磁装置
15旋转操纵杆16小型顶柱。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1~5所示，一种h型大断面隧道支撑装置，包括能够进入到隧道围岩1中的移动装置7，所述移动装置7为两个，所述移动装置7上设置有支腿8，所述支腿8上设置有横杆3，所述横杆3上设置有对竖向顶板10进行支撑的竖向支撑和对横向顶板4进行支撑的横向支撑。
所述竖向支撑包括第一竖杆5，所述第一竖杆5将竖向顶板10顶在隧道围岩1上。
所述竖向支撑还包括设置在横杆3上的第二竖杆6，所述第二竖杆6位于第一竖杆5两侧进行辅助支撑。
所述横杆3上设置有横向放置的横向千斤顶，所述横向千斤顶的伸缩端与横向顶板4相连。
所述第一竖杆5、第二竖杆6为内部中空的筒状体结构，所述第一竖杆5、第二竖杆6内置有竖向千斤顶，所述千斤顶的伸缩端对筒状体内滑动的顶柱进行驱动，所述顶柱的另一端与横向顶板4相连。
所述移动装置7为双履带移动装置，所述支腿8位于移动装置7的中心处。
所述竖向顶板10、横向顶板4与隧道围岩1相接触的一面为与其相适应的圆弧形。
一种h型大断面隧道支撑装置的支撑方法，包括以下步骤：
ⅰ.将支撑装置推动至预备开挖断面
通过移动装置7，将支撑装置推入，调整支腿8的高度使横杆3两端足以支撑到边墙的预定位置；
ⅱ.进行顶部支撑
驱动第一竖杆5、第二竖杆6内部的竖向千斤顶，调整到预定高度，使竖向顶板10前端插入掌子面；
ⅲ.进行上部开挖
挖掘机将横杆3上部的土进行开挖，开挖次序为由两边至中间对称开挖，要求两台挖掘机同时开挖以保证隧道内部受力对称；
ⅳ.对外露围岩进行初衬
开挖之后，该断面上半部分的围岩一部分由竖向顶板10支撑，另一部分裸露出来，对除支撑部位立即喷混凝土，并安装第一批钢拱2；
ⅴ.对横杆下部左右两边的土开挖
保留核心预留土9以防掌子面因开挖不慎大规模掉土，对横杆下部左右两边的土开挖，开挖之后进行初衬内容与上半部分相同，同时上半部分的混凝土完成凝固初衬已具有了一定承载力；
ⅵ.安装第二批钢拱
竖向顶板10与隧道围岩1脱离，同时初衬空缺部分露出，迅速安置设有缺槽的第二批钢拱11，需保证通过缺槽相互对接与第一批钢拱2紧密贴附；
ⅶ.依次施工直至完成
对支撑在边墙两侧的横向顶板4依次按上述方式施工，直到初衬全部完成，整体装置向前推进一段距离下一个断面可以接继工作，拆除一段距离的核心预留土9，完成了一个循环单元，后续可接继连续施工。
所述第一批钢拱2一侧设置有能够伸缩的小型顶柱16，所述小型顶柱16能够在初衬时顶住第一批钢拱2，从而形成初步的支撑体系。
所述第一批钢拱2侧壁处形成阶梯端面，相邻第一批钢拱2形成缺槽，所述第二批钢拱11装入到缺槽中。
所述竖向顶板10内部设有电磁工作室，所述电磁工作室中设置有能够伸缩滑动的连接杆，所述连接杆一端与小型顶柱16相连，所述连接杆的另一端设置有滑动磁体，所述滑动磁体能够在驱动箱内滑动，所述电磁工作室中设置有的旋转驱动结构对滑动磁体进行驱动。
所述旋转驱动结构包括箱体中能够转动的旋转操纵杆15，所述旋转操纵杆15上设置有能够随其转动的驱动磁体，所述旋转操纵杆15转动后，驱动磁体的同性极与滑动磁体相对时，滑动磁体远离驱动磁体移动，连接杆带动小型顶柱16外移压紧第一批钢拱2。
所述驱动磁体为电磁铁，所述滑动磁体为永磁体。
相反的，驱动磁体的同性极与滑动磁体相背时，滑动磁体朝向驱动磁体移动，连接杆带动小型顶柱16内移脱离第一批钢拱2。
所述初衬的具体过程如下：
首先，喷混凝土安置第一批钢拱2，第一批钢拱2安置的同时通过遥控旋转操纵杆15，将电磁工作室调整为同性相斥的状态，接着通电磁铁受到排斥力，从而使小型顶柱16保持伸出状态，使其作用到钢拱截面的连接钢片上以提供支持力，此举可保证钢拱与顶板在受力方面形成一个支撑体系。
然后，将初衬剩余工作完成，包括铺设钢筋网插入锚杆复喷混凝土等，初衬与顶板的结合部位置暂不处理。
所述第一批钢拱2、第二批钢拱11截面连接处设有对接方形钢片12，对接方形钢片12上有预留孔13，向预留孔13插入铸铁短棒以提高整体稳定性，然后铺设钢筋网插入锚杆最后复喷混凝土。
所述横杆3与第一竖杆5、第二竖杆6、两个支腿8直接的固定方式为焊接。
所述第一竖杆5焊接于横杆3的中部，位于隧道开挖断面的中央。第二竖杆6于第一竖杆5两侧对称设置，围岩较差时可根据现场情况多设置若干根，配置与主竖杆类似，型号可适当减小，支撑于拱腰处围岩。
所述顶柱与竖向顶板10相连接，顶柱通过推动有一定承载面积的竖向顶板10支撑在围岩上。顶板侧面设有可伸缩的小型顶柱16用以稳定第一批钢拱2，内部设有控制小型顶柱伸出或回缩的电磁工作室，电磁工作室可由遥控控制通电和旋转操控杆进行调动。
所述支腿8位于支撑装置的两侧，与横杆3的下表面焊接，负责承担整个装置的荷载并将荷载传递给地面。
所述支腿8下端连接于移动装置7，移动装置7左右各设置具有一定宽度的履带。支腿8设置为可伸缩结构，通过调整支腿的高低调节横杆3的位置。
所述竖向顶板10、横向顶板4与隧道接触的一面设置为圆弧状，弧度大小以及推板倾斜角度可由所处位置的具体情况而定，原则上要与隧道的形状相适宜。竖向顶板10、横向顶板4的承载面设为方形，与掌子面接触的一端可做成楔形。
所述第一竖杆5、第二竖杆6的截面均呈圆形，第一竖杆5、第二竖杆6均与横杆3焊接；横杆3截面呈方形。横杆3截面呈方形，以便给予竖杆较大的承载面积，同时有利于整体的稳定性。
所述顶柱沿筒内轴向方向可自由活动。当杆需要伸长长度时，操作液压千斤顶推动顶柱，使顶柱朝着筒体外侧活动直到到达预定支撑位置；当杆需要缩短时，调整液压千斤顶使其收缩，同时顶柱重新回到筒体内，简单操作方便。
所述移动装置可保证整个装置向前平稳推进，采用转动履带的方式前进，以避免开挖之后的地面凹凸不平影响平稳性。
本发明通过竖向支撑实现对隧道围岩拱顶处的支撑，通过横向支撑实现了对隧道围岩外墙处的支撑，通过小型顶柱能够实现对第一批钢拱进行侧压，通过第一批钢拱的缺槽形式便于第二批钢拱的装入。
本发明保证隧道开挖工作可以保证不间断的进行，同时将作用在围岩上的支撑工作和开完后续的初衬工作做出了有序的调整安排。
1.一种h型大断面隧道支撑装置，包括能够进入到隧道围岩（1）中并协助整体前进的移动装置（7），所述移动装置（7）为两个，其特征在于：所述移动装置（7）上设置有支腿（8），所述支腿（8）上设置有横杆（3），所述横杆（3）上设置有对竖向顶板（10）进行支撑的竖向支撑和对横向顶板（4）进行支撑的横向支撑。
2.根据权利要求1所述的一种h型大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述竖向支撑包括第一竖杆（5），所述第一竖杆（5）将竖向顶板（10）顶在隧道围岩（1）上。
3.根据权利要求2所述的一种h型大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述竖向支撑还包括设置在横杆（3）上的第二竖杆（6），所述第二竖杆（6）位于第一竖杆（5）两侧进行辅助支撑。
4.根据权利要求3所述的一种h型大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述横杆（3）上设置有横向放置的横向千斤顶，所述横向千斤顶的伸缩端与横向顶板（4）相连。
5.根据权利要求4所述的一种h型大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述第一竖杆（5）、第二竖杆（6）为内部中空的筒状体结构，所述第一竖杆（5）、第二竖杆（6）内置有竖向千斤顶，所述千斤顶的伸缩端对筒状体内滑动的顶柱进行驱动，所述顶柱的另一端与横向顶板（4）相连。
6.根据权利要求5所述的一种h型大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述移动装置（7）为双履带移动装置，所述支腿（8）位于移动装置（7）的中心处。
7.根据权利要求6所述的一种h型大断面隧道支撑装置，其特征在于：所述竖向顶板（10）、横向顶板（4）与隧道围岩（1）相接触的一面为与其相适应的圆弧形。
8.一种h型大断面隧道支撑装置的支撑方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）将支撑装置推动至预备开挖断面
通过移动装置（7），将支撑装置推入，调整支腿（8）的高度使横杆（3）两端足以支撑到边墙的预定位置；
（ⅱ）进行顶部支撑
驱动第一竖杆（5）、第二竖杆（6）内部的竖向千斤顶，调整到预定高度，使竖向顶板（10）前端插入掌子面；
（ⅲ）进行上部开挖
挖掘机将横杆（3）上部的土进行开挖，开挖次序为由两边至中间对称开挖，要求两台挖掘机同时开挖以保证隧道内部受力对称；
（ⅳ）对外露围岩进行初衬
开挖之后，该断面上半部分的围岩一部分由竖向顶板（10）支撑，另一部分裸露出来，对除支撑部位立即喷混凝土，并安装第一批钢拱（2）；
（ⅴ）对横杆下部左右两边的土开挖
保留核心预留土（9）以防掌子面因开挖不慎大规模掉土，对横杆下部左右两边的土开挖，开挖之后进行初衬，内容与上半部分相同，同时上半部分的混凝土完成凝固，初衬已具有了一定承载力；
（ⅵ）安装第二批钢拱
竖向顶板（10）与隧道围岩（1）脱离，同时初衬空缺部分露出，迅速喷混凝土并安置设有缺槽的第二批钢拱（11），需保证通过缺槽相互对接与第一批钢拱（2）紧密贴附；
（ⅶ）依次施工直至完成
对支撑在边墙两侧的横向顶板（4）依次按上述方式施工，直到初衬全部完成，整体装置向前推进一段距离下一个断面可以接继工作，拆除一段距离的核心预留土（9），完成了一个循环单元，后续可接继连续施工。
9.根据权利要求8所述的一种h型大断面隧道支撑装置的支撑方法，其特征在于：所述顶板（10）一侧设置有能够伸缩的小型顶柱（16），所述小型顶柱（16）能够在初衬时顶住第一批钢拱（2），从而形成初步的支撑体系。
10.根据权利要求8所述的一种h型大断面隧道支撑装置的支撑方法，其特征在于：所述第一批钢拱（2）侧壁处形成阶梯端面，相邻第一批钢拱（2）形成缺槽，所述第二批钢拱（11）装入到缺槽中。
技术总结