本实用新型涉及一种双拱圈黄土窑洞支护装置，属于岩土工程技术领域。
背景技术：
黄土主要分布于我国甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西等地，其不仅分布广、厚度大、土质均一，还具有良好的垂直结构和力学性能，非常适宜建造黄土窑洞这种黄土高原独特的古老传统民居。传统的民间匠人在开挖黄土窑洞时，完全依靠经验来确定窑洞形状，窑洞各部位的应力分布常达不到最佳状态，在受到如地震、降雨等外营力作用时，更易于达到发生破坏的临界状态。因此，对部分有建筑缺陷的黄土窑洞进行适当的支护是具有一定意义的。
现有实现方案主要采用牵引式和支架式两种方式对黄土窑洞进行支护，牵引式为使用绳索对支护在窑洞顶部的拱形板进行牵引，限制窑洞拱顶上部土体的变形，提高窑洞整体稳定性。支架式为使用各种不同形式的拱形支架对黄土窑洞拱顶进行支护，按支架固定部位不同，又可分为落地式支架和锚固式支架，两种支架均可降低拱顶所承受的重量，并将这部分重量分别施加在地面或窑洞两侧侧壁上，以改善窑洞拱顶受力情况。
首先，牵引式和支架式两种黄土窑洞支护方式均采用单层拱圈对黄土窑洞进行支护，支护拱圈的曲线与窑洞本身曲线一致，无法向合理拱券曲线进行调整。
其次，牵引式和锚固式支架仍然将拱顶土体的重量和支护装置的重量施加在窑洞两侧的墙壁上，没有改善窑洞侧壁底部的受力情况，不能降低窑洞侧壁在重力及外荷载作用下可能向外凸起发生破坏的风险。
再次，现有窑洞支护装置需一次性完成拱圈及配套的牵引绳索或支架的安装，过程较为繁琐，不便于实际使用。
技术实现要素：
为解决上述问题，本实用新型提供了一种双拱圈黄土窑洞支护装置，可实现支护装置第二拱圈的曲线向合理拱券曲线进行调整，并能对窑洞侧壁底部进行一定程度的支护，且可进行分布安装，方便实际使用。
本实用新型的一种双拱圈黄土窑洞支护装置，其包括第一拱圈，调整支座，第二拱圈，立柱，第一侧挡板，第二侧挡板，第三侧挡板，底部框架；所述第一拱圈由若干个尺寸相同的弧形钢板组成，所述弧形钢板的弧长和弧度与窑洞拱顶一致；所述第二拱圈为弧形钢梁，所述第二拱圈的跨距与窑洞拱顶一致，所述第二拱圈的数量与第一拱圈的数量相同，所述第二拱圈分别对应一组调整支座，所述调整支座固定安装在对应的第二拱圈顶部，所述调整支座将与第二拱圈相对应的第一拱圈固定在窑洞拱顶下表面，所述第二拱圈下部两端固定安装在相应的立柱上端；所述立柱可插入底部框架两侧的支架槽内，所述立柱通过第三固定螺栓固定安装在底部框架的支架槽内；所述第一侧挡板固定安装在窑洞最外侧的立柱下端，所述第一侧挡板通过第一角铁和底部框架外侧的前固定杆相固定；所述第二侧挡板固定安装在相邻两根立柱下端；所述第三侧挡板固定安装在窑洞最内侧的立柱下端，所述第三侧挡板通过第二角铁和底部框架内侧的后固定板相固定。
所述底部框架包括支架安装杆、前固定杆、加强杆和后固定板，所述底部框架外形为矩形，所述支架安装杆、前固定杆、加强杆均为矩形长杆，所述后固定板为矩形板，所述支架安装杆为左右两根，所述支架安装杆上设置有支架槽，所述支架槽上设置有第三固定螺栓，所述前固定杆和后固定板两端通过第二角铁分别固定安装在两根支架安装杆两端，所述加强杆通过第二角铁固定安装在两根支架安装杆中间，所述底部框架尺寸与窑洞底部尺寸相同。
所述支架槽为凸形支架槽。
所述调整支座包括螺栓座和螺母座，所述螺栓座整体为带六边形底座的圆柱体，所述螺栓座上端圆柱体侧表面设置有螺纹，所述螺栓座下端表面固定有橡胶垫，所述螺母座上端为圆柱形，所述螺母座下端为六边柱形，所述螺母座上端表面固定有橡胶垫，所述螺母座下端中心设置有仅下端通透的螺纹孔，所述螺栓座与螺母座螺接，所述调整支座可通过螺栓座和螺母座的相互转动调节高度。
所述第二拱圈下部两端和立柱顶端设置有相配合的搭接槽，所述立柱上端设置有第一固定螺栓，所述第二拱圈和立柱搭接后通过第一固定螺栓固定；
所述立柱整体为矩形短杆，所述立柱下端向窑洞内一面的两侧设置有挡板槽，所述立柱上端截面为矩形，所述立柱下端截面为凸形，所述挡板槽内设置有第二固定螺栓孔，所述立柱下部末端中间设置有第三固定螺栓孔；
所述第一侧挡板和第三侧挡板均只有一侧设置有挡板安装槽，所述第二侧挡板两侧均设置有挡板安装槽，所述挡板安装槽上设置有第二固定螺栓，所述挡板槽和挡板安装槽为相互搭接的配合尺寸，所述第一侧挡板、第二侧挡板、第三侧挡板均安装在立柱上后和窑洞侧壁接触的表面与立柱齐平，所述第一侧挡板、第二侧挡板、第三侧挡板和立柱通过第二固定螺栓固定。
在实现对黄土窑洞拱顶进行支护的同时，还可使支护装置拱圈曲线向合理拱券曲线进行适当调整；
本实用新型的有益效果是：
1、与牵引式和支架式两种黄土窑洞支护方式相比，本实用新型设置第一拱圈，调整支座和第二拱圈，在实现对黄土窑洞拱顶进行支护的同时，还可使支护装置第二拱圈曲线向合理拱券曲线进行适当调整；
2、与牵引式和锚固式支架方式相比，本实用新型设置第一侧挡板，第二侧挡板、第三侧挡板、立柱和底部框架，可改善窑洞侧壁底部受力情况，降低窑洞侧壁在重力及外荷载作用下可能向外凸起发生破坏的风险；
3、与现有的支护装置相比，本实用新型通过设置各组件之间的搭接槽、安装槽和角铁，可分布完成支护装置安装，方便实际使用。
附图说明
图1为本实用新型的主体结构正面示意图；
图2为本实用新型的全剖左视图；
图3为本实用新型的底部框架俯视图；
图4为本实用新型的调整支座全剖正视图；
图5为本实用新型的立柱正视图；
图6为本实用新型的第二侧挡板俯视图。
图中：1、窑洞拱顶；2、第一拱圈；3、调整支座；4、第二拱圈；5、立柱；6、第一侧挡板；7、黄土层；8、第一角铁；9、前固定杆；10、第一固定螺栓；11、第二侧挡板；12、第二固定螺栓；13、第三固定螺栓；14、支架安装杆；15、加强杆；16、第三侧挡板；17、第二角铁；18、后固定板；19、底部框架；20、支架槽；21、橡胶垫；22、螺母座；23、螺栓座；24、第一固定螺栓孔；25、第二固定螺栓孔；26、挡板槽；27、第三固定螺栓孔；28、挡板安装槽。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图1-6对本实用新型进行详细说明，如图1所示，其包括第一拱圈2，调整支座3，第二拱圈4，立柱5，第一侧挡板6，第二侧挡板11，第三侧挡板16，底部框架19；所述第一拱圈2由若干个尺寸相同的弧形钢板组成，所述弧形钢板的弧长和弧度与窑洞拱顶一致；所述第二拱圈4为弧形钢梁，所述第二拱圈4的跨距与窑洞拱顶一致，所述第二拱圈4的数量与第一拱圈2的数量相同，所述第二拱圈4分别对应一组调整支座3，所述调整支座3固定安装在对应的第二拱圈4顶部，所述调整支座3将与第二拱圈4相对应的第一拱圈2固定在窑洞拱顶下表面，所述第二拱圈4下部两端固定安装在相应的立柱5上端；所述立柱5可插入底部框架19两侧的支架槽20内，所述立柱5通过第三固定螺栓13固定安装在底部框架19的支架槽20内；所述第一侧挡板6固定安装在窑洞最外侧的立柱5下端，所述第一侧挡板6通过第一角铁8和底部框架19外侧的前固定杆9相固定；所述第二侧挡板11固定安装在相邻两根立柱5下端；所述第三侧挡板16固定安装在窑洞最内侧的立柱5下端，所述第三侧挡板16通过第二角铁17和底部框架19内侧的后固定板18相固定。
所述底部框架19包括支架安装杆14、前固定杆9、加强杆15和后固定板18，所述底部框架19外形为矩形，所述支架安装杆14、前固定杆9、加强杆15均为矩形长杆，所述后固定板18为矩形板，所述支架安装杆14为左右两根，所述支架安装杆14上设置有支架槽20，所述支架槽20上设置有第三固定螺栓13，所述前固定杆9和后固定板18两端通过第二角铁17分别固定安装在两根支架安装杆14两端，所述加强杆15通过第二角铁17固定安装在两根支架安装杆中14间，所述底部框架19尺寸与窑洞底部尺寸相同。
所述支架槽20为凸形支架槽。
所述调整支座3包括螺栓座23和螺母座22，所述螺栓座23整体为带六边形底座的圆柱体，所述螺栓座23上端圆柱体侧表面设置有螺纹，所述螺栓座23下端表面固定有橡胶垫21，所述螺母座22上端为圆柱形，所述螺母座22下端为六边柱形，所述螺母座22上端表面固定有橡胶垫21，所述螺母座22下端中心设置有仅下端通透的螺纹孔，所述螺栓座23与螺母座22螺接，所述调整支座3可通过螺栓座23和螺母座22的相互转动调节高度。
所述第二拱圈4下部两端和立柱5顶端设置有相配合的搭接槽，所述立柱5上端设置有第一固定螺栓10，所述第二拱圈4和立柱5搭接后通过第一固定螺栓10固定；
所述立柱5整体为矩形短杆，所述立柱5下端向窑洞内一面的两侧设置有挡板槽26，所述立柱5上端截面为矩形，所述立柱5下端截面为凸形，所述挡板槽26内设置有第二固定螺栓孔25，所述立柱5下部末端中间设置有第三固定螺栓孔27；
所述第一侧挡板6和第三侧挡板16均只有一侧设置有挡板安装槽28，所述第二侧挡板11两侧均设置有挡板安装槽28，所述挡板安装槽28上设置有第二固定螺栓12，所述挡板槽26和挡板安装槽28为相互搭接的配合尺寸，所述第一侧挡板6、第二侧挡板11、第三侧挡板16均安装在立柱5上后和窑洞侧壁接触的表面与立柱5齐平，所述第一侧挡板6、第二侧挡板11、第三侧挡板16和立柱5通过第二固定螺栓12固定。
实施例1
需要说明的是，本实用新型在安装时，安装步骤如下：第一，使用第三角铁将支架安装杆，前固定杆，后固定板，加强杆在窑洞底部组装成底部框架；第二，将立柱插入支架安装杆上的支架槽内，并使用第三固定螺栓进行固定；第三，将第二拱圈依次搭接在相应的两根立柱上，并使用第一固定螺栓进行固定；第四，将三种侧挡板安装在立柱下端，使立柱上的挡板槽和三种侧挡板上的挡板安装槽相扣合，再使用第二固定螺栓进行固定；第五，先依次将第二拱圈对应的一组调整支座放置在第二拱圈顶部，再依次将对应的第一拱圈放置在调整支座顶部，然后调节每一个调整支座高度并调节第一拱圈位置，使第一拱圈连续的贴合并顶紧固定在窑洞拱顶下表面以完成安装。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
技术特征：
1.一种双拱圈黄土窑洞支护装置，其特征在于：包括第一拱圈(2)，调整支座(3)，第二拱圈(4)，立柱(5)，第一侧挡板(6)，第二侧挡板(11)，第三侧挡板(16)，底部框架(19)；所述第一拱圈(2)由若干个尺寸相同的弧形钢板组成，所述弧形钢板的弧长和弧度与窑洞拱顶一致；所述第二拱圈(4)为弧形钢梁，所述第二拱圈(4)的跨距与窑洞拱顶一致，所述第二拱圈(4)的数量与第一拱圈(2)的数量相同，所述第二拱圈(4)分别对应一组调整支座(3)，所述调整支座(3)固定安装在对应的第二拱圈(4)顶部，所述调整支座(3)将与第二拱圈(4)相对应的第一拱圈(2)固定在窑洞拱顶下表面，所述第二拱圈(4)下部两端固定安装在相应的立柱(5)上端；所述立柱(5)可插入底部框架(19)两侧的支架槽(20)内，所述立柱(5)通过第三固定螺栓(13)固定安装在底部框架(19)的支架槽(20)内；所述第一侧挡板(6)固定安装在窑洞最外侧的立柱(5)下端，所述第一侧挡板(6)通过第一角铁(8)和底部框架(19)外侧的前固定杆(9)相固定；所述第二侧挡板(11)固定安装在相邻两根立柱(5)下端；所述第三侧挡板(16)固定安装在窑洞最内侧的立柱(5)下端，所述第三侧挡板(16)通过第二角铁(17)和底部框架(19)内侧的后固定板(18)相固定。
2.根据权利要求1所述的一种双拱圈黄土窑洞支护装置，其特征在于：所述底部框架(19)包括支架安装杆(14)、前固定杆(9)、加强杆(15)和后固定板(18)，所述底部框架(19)外形为矩形，所述支架安装杆(14)、前固定杆(9)、加强杆(15)均为矩形长杆，所述后固定板(18)为矩形板，所述支架安装杆(14)为左右两根，所述支架安装杆(14)上设置有支架槽(20)，所述支架槽(20)上设置有第三固定螺栓(13)，所述前固定杆(9)和后固定板(18)两端通过第二角铁(17)分别固定安装在两根支架安装杆(14)两端，所述加强杆(15)通过第二角铁(17)固定安装在两根支架安装杆(14)中间，所述底部框架(19)尺寸与窑洞底部尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的一种双拱圈黄土窑洞支护装置，其特征在于：所述支架槽(20)为凸形支架槽。
4.根据权利要求1所述的一种双拱圈黄土窑洞支护装置，其特征在于：所述调整支座(3)包括螺栓座(23)和螺母座(22)，所述螺栓座(23)整体为带六边形底座的圆柱体，所述螺栓座(23)上端圆柱体侧表面设置有螺纹，所述螺栓座(23)下端表面固定有橡胶垫(21)，所述螺母座(22)上端为圆柱形，所述螺母座(22)下端为六边柱形，所述螺母座(22)上端表面固定有橡胶垫(21)，所述螺母座(22)下端中心设置有仅下端通透的螺纹孔，所述螺栓座(23)与螺母座(22)螺接，所述调整支座(3)可通过螺栓座(23)和螺母座(22)的相互转动调节高度。
5.根据权利要求1所述的一种双拱圈黄土窑洞支护装置，其特征在于：所述第二拱圈(4)下部两端和立柱(5)顶端设置有相配合的搭接槽，所述立柱(5)上端设置有第一固定螺栓(10)，所述第二拱圈(4)和立柱(5)搭接后通过第一固定螺栓(10)固定；
所述立柱(5)整体为矩形短杆，所述立柱(5)下端向窑洞内一面的两侧设置有挡板槽(26)，所述立柱(5)上端截面为矩形，所述立柱(5)下端截面为凸形，所述挡板槽(26)内设置有第二固定螺栓孔(25)，所述立柱(5)下部末端中间设置有第三固定螺栓孔(27)；
所述第一侧挡板(6)和第三侧挡板(16)均只有一侧设置有挡板安装槽(28)，所述第二侧挡板(11)两侧均设置有挡板安装槽(28)，所述挡板安装槽(28)上设置有第二固定螺栓(12)，所述挡板槽(26)和挡板安装槽(28)为相互搭接的配合尺寸，所述第一侧挡板(6)、第二侧挡板(11)、第三侧挡板(16)均安装在立柱(5)上后和窑洞侧壁接触的表面与立柱(5)齐平，所述第一侧挡板(6)、第二侧挡板(11)、第三侧挡板(16)和立柱(5)通过第二固定螺栓(12)固定。
技术总结
本实用新型公开了一种双拱圈黄土窑洞支护装置。其包括第一拱圈，调整支座，第二拱圈，立柱，第一侧挡板，第二侧挡板，第三侧挡板，底部框架；所述第二拱圈分别对应一组调整支座，所述调整支座固定安装在对应的第二拱圈顶部，所述调整支座将与第二拱圈相对应的第一拱圈固定在窑洞拱顶下表面，所述第二拱圈下部两端固定安装在相应的立柱上端；所述立柱可插入底部框架两侧的支架槽内，所述立柱通过第三固定螺栓固定安装在底部框架的支架槽内。本实用新型实现支护装置第二拱圈的曲线向合理拱券曲线进行调整，并能对窑洞侧壁底部进行一定程度的支护，且可进行分布安装，方便实际使用。
技术研发人员：高中南;王谦;钟秀梅;刘富强;钱紫玲;马紫娟;刘小丰;郑龙;赵乘程;程超;许晓威;梁玉鑫
受保护的技术使用者：甘肃省地震局(中国地震局兰州地震研究所)
技术研发日：2020.09.30
技术公布日：2021.07.23
声明：
“双拱圈黄土窑洞支护装置的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：甘肃省地震局(中国地震局兰州地震研究所)
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2024年05月24日 ~ 26日 
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