CN108643949B - 一种隧道破碎围岩的锚杆施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隧道破碎围岩的锚杆施工方法，包括塌孔段一次钻进步骤、塌孔段二次钻进步骤和磨损段锚杆钻进步骤，塌孔段一次钻进步骤包括：钻机控制其钻杆上的一次性钻头对塌孔段钻进，形成第一钻孔；控制一次性钻头从第一钻孔内退出，同时控制高压水对第一钻孔清洗；塌孔段二次钻进步骤包括：将一次性钻头更换成联结套，联结套连接锚杆杆体，且在锚杆杆体上连接钻头；控制钻头对第一钻孔进行二次钻进；磨损段锚杆钻进步骤包括：当钻头对第一钻孔进行二次钻进完毕后，将钻杆更换成杆体加长段；控制钻头对磨损段进行钻进施工，形成第二钻孔。锚杆施工方法确保破碎围岩得到有效的加固，且保证了锚杆的施工质量。

Description

一种隧道破碎围岩的锚杆施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程施工技术领域，尤其是涉及一种隧道破碎围岩的锚杆施工方法。

背景技术

在隧道工程施工中，锚杆种类繁多，常见的有砂浆锚杆、中空锚杆、组合中空锚杆、树脂锚杆等等，均属于先钻孔后插入的方式进行安装。在针对隧道围岩较为破碎时，钻孔后极易出现塌孔的岩层则会使用自进式锚杆，自进式锚杆具有钻、注、锚一体化的功能，是一种先进的锚固体系，可解决塌孔的问题，确保复杂地质条件下的注浆效果。

自进式锚杆由杆体（中空全螺纹杆体）、连接套、一次性钻头、拱形垫板、螺母组成，钻进时，锚杆尾部通过连接套加设钎尾，由钻机（锚杆钻机或凿岩台车）连接钻进，其自带钻头，可自行钻进，自进式锚杆兼有钻杆和锚杆两种功能，在原理上取消了退钻杆插锚杆的工序，因此可避免因塌孔而导致返工的现象。

但是随着现阶段隧道施工多趋于长大山岭隧道类型，不可避免的隧道掘进中遭遇众多不良地质，其中高地应力破碎软岩尤为突出，其在隧道开挖后受高地应力的影响，松动圈迅速扩大（大于或等于4米），软岩变形速率加大，对于隧道施工支护措施技术要求极高。在这种破碎围岩段锚杆施工只能依靠自进式锚杆的技术特点，但是由于围岩破碎外加高地应力，自进式锚杆仅仅能钻进4米至5米之间，穿越塌孔段岩层后，钻进至磨损段岩层时极为困难甚至无法钻进，导致锚杆无法确保有效长度，即保证不了锚固区域，且大大降低长锚杆（长度大于或等于5米）对破碎围岩段的加固效果，隧道施工将面临无法控制围岩变形的巨大安全和质量风险。

发明内容

为了实现本发明的主要目的，本发明提供一种隧道破碎围岩的锚杆施工方法，解决了隧道施工中破碎围岩的锚杆难钻进、难锚固的技术问题，确保破碎围岩得到有效的加固，且保证了锚杆的施工质量。

为了实现本发明的主要目的，本发明提供一种隧道破碎围岩的锚杆施工方法，隧道包括初期支护和多个锚杆，破碎围岩位于初期支护的外壁，破碎围岩具有塌孔段和磨损段，塌孔段邻接初期支护的外壁，多个锚杆在环向呈放射状地埋入初期支护和破碎围岩内，多个锚杆在纵向相互错开地布置，锚杆具有钻头、锚杆杆体、联结套、杆体加长段、止浆塞、拱形垫板以及螺母，钻头与锚杆杆体的一端连接，联结套连接锚杆杆体的另一端和杆体加长段的一端，止浆塞、拱形垫板以及螺母依次地套在杆体加长段的另一端，杆体加长段的另一端具有外漏段，外漏段延伸出螺母的外部，外漏段用于与注浆管连接，锚杆施工方法包括塌孔段一次钻进步骤、塌孔段二次钻进步骤和磨损段锚杆钻进步骤，塌孔段一次钻进步骤包括：钻机控制其钻杆上的一次性钻头对塌孔段进行钻进施工；一次性钻头钻进形成第一钻孔；控制一次性钻头从第一钻孔内退出，同时控制高压水对第一钻孔进行清洗；

塌孔段二次钻进步骤包括：将一次性钻头更换成联结套，联结套连接锚杆杆体的另一端，且在锚杆杆体的一端连接钻头；控制钻头对第一钻孔进行二次钻进施工；

磨损段锚杆钻进步骤包括：当钻头对第一钻孔进行二次钻进完毕后，将钻杆更换成杆体加长段；将杆体加长段的另一端与钻机的钎尾连接套连接；控制钻头对磨损段进行钻进施工；钻头钻进形成第二钻孔。

由此可见，锚杆施工方法结合钻机一次钻机和锚杆二次套钻钻进相结合，可轻松完成破碎围岩条件下塌孔段和磨损段的锚杆钻进，既保证了锚杆钻进深度又可确保注浆效果，相较于传统自进式锚杆一次钻机方法，本实施例锚杆施工方法高效快速，锚杆施工效果和质量控制显著，可彻底解决隧道施工中破碎围岩自进式锚杆难钻进、难锚固的技术问题，确保破碎围岩的加固得到有效控制，保证锚杆的设计效果和施工质量，现场实施效果极其显著。

更进一步的方案是，在执行塌孔段一次钻进步骤之前，锚杆施工方法还包括施工准备步骤，根据锚杆预埋位置确定相对应的锚杆杆体、杆体加长段以及外漏段的长度和管径。

更进一步的方案是，在执行磨损段锚杆钻进步骤之后，锚杆施工方法还包括锚杆安装步骤，在杆体加长段的另一端依次地套上止浆塞、拱形垫板以及螺母。

更进一步的方案是，在执行锚杆安装步骤之后，锚杆施工方法还包括注浆步骤，将外漏段与注浆管连接，对锚杆进行注浆，第一钻孔和第二钻孔充满砂浆。

更进一步的方案是，在执行注浆步骤之后，锚杆施工方法还包括紧固步骤，将锚固剂对止浆塞和外漏段的开口进行抹平，锁紧拱形垫板和螺母，并在砂浆的强度达到设计强度后再一次对拱形垫板和螺母施加紧固力。

更进一步的方案是，第一钻孔的长度小于4米。

更进一步的方案是，第二钻孔的长度为4米至10米之间。

更进一步的方案是，外漏段的长度不小于10厘米。

更进一步的方案是，两个相邻锚杆在环向的最小间距为1.2米。

更进一步的方案是，两个相邻锚杆在纵向的间距为1米。

附图说明

图1是本发明隧道实施例的横向剖视图。

图2是本发明隧道实施例中锚杆的布置示意图。

图3是本发明隧道实施例中锚杆的结构图。

图4是本发明隧道实施例中锚杆的第一施工状态示意图。

图5是本发明隧道实施例中锚杆的第二施工状态示意图。

图6是本发明隧道实施例中锚杆的第三施工状态示意图。

图7是本发明隧道实施例中锚杆的第四施工状态示意图。

图8是本发明隧道实施例中锚杆的第五施工状态示意图。

图9是本发明隧道实施例中锚杆的第六施工状态示意图。

图10是本发明锚杆施工方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

隧道实施例：

参见图1至图3，隧道1包括初期支护3和多个锚杆4，破碎围岩2位于初期支护3的外壁，破碎围岩2具有塌孔段22和磨损段21，塌孔段22邻接初期支护3的外壁。多个锚杆4在环向呈放射状地埋入初期支护3和破碎围岩2内，多个锚杆4在纵向相互错开地布置。本实施例在环向相邻两个锚杆4之间的最小周向间距A为1.2米，在纵向相邻两个锚杆4之间的纵向间距B为1米。

锚杆4具有钻头44、锚杆杆体41、联结套43、杆体加长段42、止浆塞45、拱形垫板46以及螺母47，钻头44与锚杆杆体41的一端连接，联结套43连接锚杆杆体41的另一端和杆体加长段42的一端，止浆塞45、拱形垫板46以及螺母47依次地套在杆体加长段42的另一端，杆体加长段42的另一端具有外漏段421，外漏段421延伸出螺母47的外部，外漏段421用于与注浆管连接。

上述隧道1的环向和纵向通过锚杆4对破碎围岩2进行加固，解决破碎围岩2坍塌带来的危害，对后期隧道系统的运营安全起到巨大保障。

锚杆施工方法实施例：

参照图4至图10，锚杆施工方法包括施工准备步骤S10、塌孔段一次钻进步骤S20、塌孔段二次钻进步骤S30、磨损段锚杆钻进步骤S40、锚杆安装步骤S50、注浆步骤S60以及紧固步骤S70，锚杆施工方法具体实施如下。

首先，执行施工准备步骤S10，对隧道1进行勘测设计，包括地质钻探、地质素描，岩土体分类分级、稳定性分析、掌子面前方预加固范围确定、支护参数选择、变形测量方法规划和施工组织设计，将其中破碎围岩2分类成塌孔段22和磨损段21，根据塌孔段22和磨损段21的长度进而确定相对应的锚杆杆体41、杆体加长段42以及外漏段421的长度和管径。同时，采用钎尾连接套7将钻机的钻杆6与钻机相接，然后在隧道1的初期支护3内壁上测量放样出锚杆4的预埋位置，进行钻机定位准备开钻。

随后，执行塌孔段一次钻进步骤S20，钻机控制钻杆6上的一次性钻头5对塌孔段22进行钻进施工，一次性钻头5钻进形成第一钻孔8，本实施例第一钻孔8的长度小于4米。第一钻孔8完成钻进后，控制一次性钻头5从第一钻孔8内退出，同时控制高压水对第一钻孔8进行清洗。在第一钻孔8的钻进过程中应采用大功率快速钻进施工，确保整体破碎围岩2塌孔段22的成孔效果，快速成孔后需立即进行退钻操作，退钻过程中采用钻头高压水对第一钻孔8进行边退钻边清洗，确保塌孔段22短时间内成孔。

进一步，执行塌孔段二次钻进步骤S30，将一次性钻头5更换成联结套43，联结套43连接锚杆杆体41的另一端，且在锚杆杆体41的一端连接钻头44，然后控制钻头44对第一钻孔8进行二次钻进施工，第一钻孔8的二次钻进进行的是快速钻进。

再进一步，执行磨损段锚杆钻进步骤S40，当钻头44对第一钻孔8进行二次钻进完毕后，根据锚杆4的设计长度，将钻杆6更换成杆体加长段42，同时将杆体加长段42的另一端与钻机的钎尾连接套7连接，然后控制钻头44继续对磨损段21进行钻进施工，钻头44钻进形成第二钻孔9，本实施例第二钻孔9的长度为4米至10米之间。

再进一步，执行锚杆安装步骤S50，当钻头44完成第二钻孔9的钻进后，将钻机的钎尾连接套7从杆体加长段42的另一端上拆卸，然后在杆体加长段42的另一端依次地套上止浆塞45、拱形垫板46以及螺母47，同时应确保外漏段421的长度满足设计要求，本实施例外漏段421的长度不小于10厘米。

接着，执行注浆步骤S60，将外漏段421与注浆管连接，对锚杆4进行注浆，使第一钻孔8和第二钻孔9均饱满地充满砂浆10。

然后，执行紧固步骤S70，当第一钻孔8和第二钻孔9均充满砂浆10后，将注浆管从外漏段421上拆卸，将锚固剂对止浆塞45和外漏段421的开口进行抹平，接着锁紧拱形垫板46和螺母47，并在砂浆10的强度达到设计强度后再一次对拱形垫板46和螺母47施加紧固力，确保螺母47和拱形垫板46牢固紧贴。

本实施例锚杆施工方法结合钻机一次钻机和锚杆二次套钻钻进相结合，可轻松完成破碎围岩条件下塌孔段和磨损段的锚杆钻进，既保证了锚杆钻进深度又可确保注浆效果，相较于传统自进式锚杆一次钻机方法，本实施例锚杆施工方法高效快速，锚杆施工效果和质量控制显著，可彻底解决隧道施工中破碎围岩自进式锚杆难钻进、难锚固的技术问题，确保破碎围岩的加固得到有效控制，保证锚杆的设计效果和施工质量，现场实施效果极其显著。

以上实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (9)

1.一种隧道破碎围岩的锚杆施工方法，所述隧道包括初期支护和多个锚杆，所述破碎围岩位于所述初期支护的外壁，所述破碎围岩具有塌孔段和磨损段，所述塌孔段邻接所述初期支护的外壁；

多个所述锚杆在环向呈放射状地埋入所述初期支护和所述破碎围岩内，多个所述锚杆在纵向相互错开地布置，所述锚杆具有钻头、锚杆杆体、联结套、杆体加长段、止浆塞、拱形垫板以及螺母，所述钻头与所述锚杆杆体的一端连接，所述联结套连接所述锚杆杆体的另一端和所述杆体加长段的一端，所述止浆塞、所述拱形垫板以及所述螺母依次地套在所述杆体加长段的另一端，所述杆体加长段的另一端具有外漏段，所述外漏段延伸出所述螺母的外部，所述外漏段用于与注浆管连接；

其特征在于，所述锚杆施工方法包括塌孔段一次钻进步骤、塌孔段二次钻进步骤和磨损段锚杆钻进步骤，

所述塌孔段一次钻进步骤包括：钻机控制其钻杆上的一次性钻头对所述塌孔段进行钻进施工；所述一次性钻头钻进形成第一钻孔；控制所述一次性钻头从所述第一钻孔内退出，同时控制高压水对所述第一钻孔进行清洗；

所述塌孔段二次钻进步骤包括：将所述一次性钻头更换成所述联结套，所述联结套连接所述锚杆杆体的另一端，且在所述锚杆杆体的一端连接所述钻头；控制所述钻头对所述第一钻孔进行二次钻进施工；

所述磨损段锚杆钻进步骤包括：当所述钻头对所述第一钻孔进行二次钻进完毕后，将所述钻杆更换成所述杆体加长段；将所述杆体加长段的另一端与所述钻机的钎尾连接套连接；控制所述钻头对所述磨损段进行钻进施工；所述钻头钻进形成第二钻孔；

所述第一钻孔的长度小于4米。

2.根据权利要求1所述的锚杆施工方法，其特征在于：

在执行所述塌孔段一次钻进步骤之前，所述锚杆施工方法还包括施工准备步骤，根据所述锚杆预埋位置确定相对应的所述锚杆杆体、所述杆体加长段以及所述外漏段的长度和管径。

3.根据权利要求2所述的锚杆施工方法，其特征在于：

在执行所述磨损段锚杆钻进步骤之后，所述锚杆施工方法还包括锚杆安装步骤，在所述杆体加长段的另一端依次地套上所述止浆塞、所述拱形垫板以及所述螺母。

4.根据权利要求3所述的锚杆施工方法，其特征在于：

在执行所述锚杆安装步骤之后，所述锚杆施工方法还包括注浆步骤，将所述外漏段与所述注浆管连接，对所述锚杆进行注浆，所述第一钻孔和所述第二钻孔充满砂浆。

5.根据权利要求4所述的锚杆施工方法，其特征在于：

在执行所述注浆步骤之后，所述锚杆施工方法还包括紧固步骤，将锚固剂对所述止浆塞和所述外漏段的开口进行抹平，锁紧所述拱形垫板和所述螺母，并在所述砂浆的强度达到设计强度后再一次对所述拱形垫板和所述螺母施加紧固力。

6.根据权利要求1至5任一项所述的锚杆施工方法，其特征在于：

所述第二钻孔的长度为4米至10米之间。

7.根据权利要求6所述的锚杆施工方法，其特征在于：

所述外漏段的长度不小于10厘米。

8.根据权利要求7所述的锚杆施工方法，其特征在于：

两个相邻所述锚杆在环向的最小间距为1.2米。

9.根据权利要求8所述的锚杆施工方法，其特征在于：

两个相邻所述锚杆在纵向的间距为1米。

Images