CN108661676A - 利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，在隧道内的开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面分别进行开挖作业、挂网作业和喷砼作业的平行施工，挂网作业选用的防护网是一种防隧道岩爆柔性防护网，挂网作业时，根据岩爆等级，选择挂单层网或挂双层网。解决现有隧道施工时防护网的结构形式没能跟隧道的设计和施工过程很好的结合起来，防护性能差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法。
背景技术
近年来，随着我国大型地下工程施工项目越来越多，也遇到了越来越多的岩爆问题，给施工人员和机械的安全造成了严重危害，同时造成隧道施工延期、停工，甚至道路改道的严重后果。
为了解决这样的问题，隧道岩爆柔性防护目前已经逐步在高地应力地区的隧道建设中推广使用，目前，地下工程建设在施工期间主要采取用的防护网系统主要由以下几个部分构成：钢绳网、缝合绳、涨壳式锚杆、支撑绳和柔性固定套环，各个支撑绳之间交叉形成正方形网格，与网格数量相等的钢绳网通过缝合绳缝合在各个网格内，缝合绳用紧绳器进行预紧，虽然该方法在防治岩爆上有一定效果，但是由于隧道独特的结构特征以及地质条件的极端复杂性，现在防护网的结构形式还缺乏具体的设计依据，其结构形式和施工也没能跟隧道的设计和施工过程很好的结合起来，隧道建设中往往伴随着多个工种进行施工，由于岩爆灾害具有时效性，不同施工作业面间的相互影响可能会导致防护网无法及时施做，从而导致防护网失去防治岩爆的意义，这就无法满足实际施工过程中的岩爆防护需求，这给现场施工防护和人员机械避险带来了较大困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，解决现有隧道施工时防护网的结构形式没能跟隧道的设计和施工过程很好的结合起来，防护性能差的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，在隧道内的开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面分别进行开挖作业、挂网作业和喷砼作业的平行施工，挂网作业选用的防护网是一种防隧道岩爆柔性防护网，挂网作业时，根据岩爆等级，选择挂单层网或挂双层网。
该方法适用于使用钻爆法开挖的岩石地下工程，充分的考虑了地下工程工程岩爆防护的特殊性，以及防护网施工与隧道初期支护施工相结合的理念，在挂网作业时，同时进行开挖作业和喷砼作业，能使在不影响隧道开挖和后续支护工作的同时，完成防护网施工和岩爆的防治工作，由于防护网的施工是在隧道掌子面开挖后，初期支护形成之前，开挖、挂网和喷砼平行作业，同时进行，互不干扰，平行施工的方法能有效针对岩爆的时效性，提高防护网对岩爆的防护能力，还可以根据隧道岩爆的实际情况，有选择的采取单层或双层挂网的结构形式，选用的防隧道岩爆柔性防护网结构设计更为合理，进一步的提高了防护性能。
作为本发明的进一步优选，所述防隧道岩爆柔性防护网包括钢丝绳网、支撑绳、定位涨壳式锚杆和中心涨壳式锚杆，定位涨壳式锚杆的锚头端插设在隧道岩面内，相邻的定位涨壳式锚杆之间通过支撑绳连接，支撑绳和定位涨壳式锚杆共同组成支撑网，钢丝绳网设置在支撑网的网格内，钢丝绳网与支撑网的支撑绳之间通过缝合绳相连，中心涨壳式锚杆设置在钢丝绳网的中部，中心涨壳式锚杆的锚头端插设在隧道岩面内，中心涨壳式锚杆的杆尾处设有固定板，固定板的后方还设有延长段。
定位涨壳式锚杆通过钻孔安装，深入围岩锚固，钢丝绳网及支撑绳通过预张，对整个岩面形成连续支撑，从而实现较好的防护功能，隧道开挖后即安装中心涨壳式锚杆，待钢丝绳网安装好后，在中心涨壳式锚杆上套上固定板，通过固定板的压紧使防护网贴合岩面，固定板的中心开有供中心涨壳式锚杆穿过的开孔，最后拧上固定螺母固定，这样就能将局部集中荷载向四周均匀传递以充分发挥整个系统的防护能力，即局部受载，整体作用，从而使系统能承受较大的荷载，固定板在拦截小块落石或轻微岩爆时仍能起到固定作用；在拦截较强岩爆时，固定板会因钢丝绳网的受拉而破坏进而失去固定作用，使钢丝绳网“挣脱”固定板并继续变形，固定板在初期起到了使防护网贴合岩面，使喷砼能够覆盖整个防护网的作用，而在变形破坏的过程中起到了吸收岩爆冲击动能的作用，这样的结构防岩爆的效果更好。
作为本发明的进一步优选，所述挂网作业的步骤如下：a、清理危岩；b、钻孔，安装定位涨壳式锚杆和中心涨壳式锚杆；c、将旋转套环和固定螺母依次安装到定位涨壳式锚杆的尾部，并将支撑绳的两端分别与相邻定位涨壳式锚杆上的旋转套环连接，完成支撑绳的横向布置和纵向布置，然后对支撑绳进行预紧，形成支撑网；d、利用缝合绳将钢丝绳网挂在支撑网的网格内；e、将固定板安装到中心涨壳式锚杆的尾部，使钢丝绳网贴合岩面；f、根据岩爆等级选择是否进行第二层网的拉设，若岩爆未达到规定等级，切割掉中心涨壳式锚杆尾部的延长段，待岩爆活跃期之后，清理掉因为岩爆松动的岩块，喷射混凝土，使喷射混凝土覆盖第一层网，形成隧道初期支护系统；若岩爆达到规定等级，则进行第二层网的拉设。
钢丝绳网在安装完成后，直接在其表面喷砼形成初衬，这里整个柔性防护网将起到类似钢筋网的作用，与喷砼形成一体，同时发挥承载和拦截岩爆块体的作用。
作为本发明的进一步优选，所述岩爆程度为中等岩爆及中等岩爆以下程度时，取消第二层网的拉设；岩爆程度在中等岩爆以上，进行第二层网的拉设。
作为本发明的进一步优选，所述第二层网进行拉设的时机，是在用混凝土将第一层网覆盖后，拉设第二层网的步骤为将旋转套环和固定螺母依次安装到中心涨壳式锚杆的延长段上，并将支撑绳的两端分别与相邻中心涨壳式锚杆的延长段上的旋转套环连接，完成支撑绳的横向布置和纵向布置，然后对支撑绳进行预紧，形成支撑网，利用缝合绳将钢丝绳网挂在支撑网的网格内，待岩爆活跃期过后，对第二层网进行回收。
当隧道岩爆程度较为严重，需要提高隧道岩爆的安全防护措施，这时采用双层挂网的防护形式，挂设的第二层网增加了安全冗余，挂设第二层网只需在初衬施做完成后，在用于安装固定板的锚杆末端，在其预留的长度内再增加一组钢垫板、套环和固定螺母即可，当岩爆活跃期过后，松掉绳卡和螺母，拆掉钢丝绳网，对整个第二层网进行回收，实现重复利用。
作为本发明的进一步优选，所述只拉设第一层网时，开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面从隧道的掌子面开始从内到外依次排布，拉设第二层网时，开挖作业面，喷砼作业面，挂网/回收网体作业面从隧道的掌子面开始从内到外依次排布。
开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面这样从内到外依次排布，便于开挖、挂网和喷砼同时进行，互不影响，而在挂设第二层网时，则需在保证掌子面工作空间的前提下，使初期支护应尽量靠近掌子面，这样进行平行施工作业，才不会对前方隧道的开挖和喷砼作业造成影响，使其既不影响隧道的施工，又提高了防护网的安全冗余。
作为本发明的进一步优选，所述对第二层网进行回收的步骤依次包括剪掉缝合绳、拆卸钢丝绳网、松掉绳卡和固定螺母、拆卸旋转套环、切割掉初衬外露出来的延伸段。
作为本发明的进一步优选，所述旋转套环为马蹄形结构。
采用的刚性旋转套环采用马蹄形结构，其两端的端部均为内径为R28的套环，固定螺母和旋转套环的尺寸满足隧道喷砼设计厚度的需求，强度满足锚杆抗拔力所对应的抗剪强度需求。
作为本发明的进一步优选，所述固定板是厚度为3mm、直径为120mm的圆形钢板。
使用圆形钢板是为了防止固定板的边缘割裂钢丝绳网。
与现有技术相比，本发明至少能达到以下有益效果中的一项：
1、满足多个工作面同时平行施工，且施工方便、互不干扰，并能做到对隧道岩爆现象的及时防护。
2、施工时使用的防隧道岩爆柔性防护网具有新的结构形式能更好的适应隧道的结构形式，施工时，配合该防隧道岩爆柔性防护网，能同时进行开挖作业、挂网作业和喷砼作业，缩短了工期，这样的平行施工作业方法既能有效、及时的防治岩爆，同时又不影响隧道的施工，即不影响隧道的施工进度。
3、通过喷砼作业形成的初衬能代替钢筋网，同时发挥承载和拦截岩爆块石的作用，充分发挥了防隧道岩爆柔性防护网的抗拉能力。
4、可破坏式的固定板在防隧道岩爆柔性防护网安装以及拦截小块落石或轻微岩爆时仍能起到固定网体的作用；在拦截较强岩爆时，还可以在其受拉破坏时起到吸收岩爆动能的作用，失去固定板的第一层网会改善受力形式，增加变形量和冲击时间，从而使防隧道岩爆柔性防护网达到了充分吸收动能的目的。
5、可根据隧道建设中的具体岩爆情况，选择采用双层挂网以达到更好的防护效果，提高了安全冗余。
6、双层挂网具备较高的灵活性，第二层网在使用后回收并在下一段隧道中继续使用，经济环保，且施作时不会对隧道其他结构和施工造成影响。
7、旋转套环较柔性套环空间占用小，受力较好，且造价低廉，结构形式简单。
附图说明
图1为钢丝绳网、支撑绳、定位涨壳式锚杆和中心涨壳式锚杆的连接结构示意图。
图2为定位涨壳式锚杆、中心涨壳式锚杆和支撑网与隧道岩面的连接结构示意图。
图3为定位涨壳式锚杆的结构示意图。
图4为中心涨壳式锚杆的结构示意图。
图5为本发明挂第一层网时开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面的位置示意图。
图6为本发明挂第二层网时开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面的位置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例1：
一种利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，在隧道内的开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面分别进行开挖作业、挂网作业和喷砼作业的平行施工，挂网作业选用的防护网是一种防隧道岩爆柔性防护网，挂网作业时，根据岩爆等级，选择挂单层网或挂双层网。
该方法适用于使用钻爆法开挖的岩石地下工程，充分的考虑了地下工程工程岩爆防护的特殊性，以及防护网施工与隧道初期支护施工相结合的理念，在挂网作业时，同时进行开挖作业和喷砼作业，能使在不影响隧道开挖和后续支护工作的同时，完成防护网施工和岩爆的防治工作，由于防护网的施工是在隧道掌子面开挖后，初期支护形成之前，开挖、挂网和喷砼平行作业，同时进行，互不干扰，平行施工的方法能有效针对岩爆的时效性，提高防护网对岩爆的防护能力，还可以根据隧道岩爆的实际情况，有选择的采取单层或双层挂网的结构形式，选用的防隧道岩爆柔性防护网结构设计更为合理，进一步的提高了防护性能。
具体实施例2：
如图1、图2、图3、图4所示，本实施例是在具体实施例1的基础上对防隧道岩爆柔性防护网进行了进一步的说明，所述防隧道岩爆柔性防护网包括钢丝绳网1、支撑绳2、定位涨壳式锚杆3和中心涨壳式锚杆4，定位涨壳式锚杆3的锚头端插设在隧道岩面内，相邻的定位涨壳式锚杆3之间通过支撑绳2连接，支撑绳2和定位涨壳式锚杆3共同组成支撑网，钢丝绳网1设置在支撑网的网格内，钢丝绳网1与支撑网的支撑绳2之间通过缝合绳5相连，中心涨壳式锚杆4设置在钢丝绳网1的中部，中心涨壳式锚杆4的锚头端插设在隧道岩面内，中心涨壳式锚杆4的杆尾处设有固定板6，固定板6的后方还设有延长段41。
定位涨壳式锚杆通过钻孔安装，深入围岩锚固，钢丝绳网及支撑绳通过预张，对整个岩面形成连续支撑，从而实现较好的防护功能，隧道开挖后即安装中心涨壳式锚杆，待钢丝绳网安装好后，在中心涨壳式锚杆上套上固定板，通过固定板的压紧使防护网贴合岩面，固定板的中心开有供中心涨壳式锚杆穿过的开孔，最后拧上固定螺母固定，这样就能将局部集中荷载向四周均匀传递以充分发挥整个系统的防护能力，即局部受载，整体作用，从而使系统能承受较大的荷载，固定板在拦截小块落石或轻微岩爆时仍能起到固定作用；在拦截较强岩爆时，固定板会因钢丝绳网的受拉而破坏进而失去固定作用，使钢丝绳网“挣脱”固定板并继续变形，固定板在初期起到了使防护网贴合岩面，使喷砼能够覆盖整个防护网的作用，而在变形破坏的过程中起到了吸收岩爆冲击动能的作用，这样的结构防岩爆的效果更好。
具体实施例3：
本实施例是在具体实施例1的基础上对挂网作业的步骤进行了进一步的说明，所述挂网作业的步骤如下：a、清理危岩；b、钻孔，安装定位涨壳式锚杆3和中心涨壳式锚杆4；c、将旋转套环7和固定螺母8依次安装到定位涨壳式锚杆3的尾部，并将支撑绳2的两端分别与相邻定位涨壳式锚杆3上的旋转套环7连接，完成支撑绳2的横向布置和纵向布置，然后对支撑绳2进行预紧，形成支撑网；d、利用缝合绳5将钢丝绳网1挂在支撑网的网格内；e、将固定板6安装到中心涨壳式锚杆4的尾部，使钢丝绳网1贴合岩面；f、根据岩爆等级选择是否进行第二层网的拉设，若岩爆未达到规定等级，切割掉中心涨壳式锚杆4尾部的延长段41，待岩爆活跃期之后，清理掉因为岩爆松动的岩块，喷射混凝土，使喷射混凝土覆盖第一层网，形成隧道初期支护系统；若岩爆达到规定等级，则进行第二层网的拉设。
钢丝绳网在安装完成后，直接在其表面喷砼形成初衬，这里整个柔性防护网将起到类似钢筋网的作用，与喷砼形成一体，同时发挥承载和拦截岩爆块体的作用。
具体实施例4：
本实施例是在具体实施例3的基础上对步骤f进行了进一步的说明，所述岩爆程度为中等岩爆及中等岩爆以下程度时，取消第二层网的拉设；岩爆程度在中等岩爆以上，进行第二层网的拉设。
下表为岩爆程度分级表：
注：σθ/σc与围岩强度比不同；其中，σθ为地下工程围岩最大切向应力，σc岩石单轴抗压强度。
具体实施例5：
本实施例是在具体实施例4的基础上对第二层网的拉设进一步的说明，所述第二层网进行拉设的时机，是在用混凝土将第一层网覆盖后，拉设第二层网的步骤为将旋转套环7和固定螺母8依次安装到中心涨壳式锚杆4的延长段41上，并将支撑绳2的两端分别与相邻中心涨壳式锚杆4的延长段41上的旋转套环7连接，完成支撑绳2的横向布置和纵向布置，然后对支撑绳2进行预紧，形成支撑网，利用缝合绳5将钢丝绳网1挂在支撑网的网格内，待岩爆活跃期过后，对第二层网进行回收。
当隧道岩爆程度较为严重，需要提高隧道岩爆的安全防护措施，这时采用双层挂网的防护形式，挂设的第二层网增加了安全冗余，挂设第二层网只需在初衬施做完成后，在用于安装固定板的锚杆末端，在其预留的长度内再增加一组钢垫板、套环和固定螺母即可，当岩爆活跃期过后，松掉绳卡和螺母，拆掉钢丝绳网，对整个第二层网进行回收，实现重复利用。
具体实施例6：
如图5、图6所示，本实施例是在具体实施例5的基础上对挂设第一层网时和挂设第二层网时的作业面进行了进一步的说明，所述只拉设第一层网时，开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面从隧道的掌子面开始从内到外依次排布，拉设第二层网时，开挖作业面，喷砼作业面，挂网/回收网体作业面从隧道的掌子面开始从内到外依次排布。
开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面这样从内到外依次排布，便于开挖、挂网和喷砼同时进行，互不影响，而在挂设第二层网时，则需在保证掌子面工作空间的前提下，使初期支护应尽量靠近掌子面，这样进行平行施工作业，才不会对前方隧道的开挖和喷砼作业造成影响，使其既不影响隧道的施工，又提高了防护网的安全冗余，图5的最左端和图6的最左端均为掌子面所在位置，图5中的a、b、c表示开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面，图6中的a1、b1、c1则分别表示开挖作业面、喷砼作业面和挂网/回收网体作业面。
具体实施例7：
本实施例是在具体实施例5的基础上对第二层网的回收进行了进一步的说明，所述对第二层网进行回收的步骤依次包括剪掉缝合绳5、拆卸钢丝绳网1、松掉绳卡和固定螺母8、拆卸旋转套环7、切割掉初衬外露出来的延伸段41。
具体实施例8：
本实施例是在具体实施例3-7中任意一项的基础上对旋转套环7进行了进一步的说明，所述旋转套环7为马蹄形结构。
采用的刚性旋转套环采用马蹄形结构，其两端的端部均为内径为R28的套环，固定螺母和旋转套环的尺寸满足隧道喷砼设计厚度的需求，强度满足锚杆抗拔力所对应的抗剪强度需求。
具体实施例9：
本实施例是在具体实施例2-7中任意一项的基础上对固定板6进行了进一步的说明，所述固定板6是厚度为3mm、直径为120mm的圆形钢板。
使用圆形钢板是为了防止固定板的边缘割裂钢丝绳网。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (9)
1.一种利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：在隧道内的开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面分别进行开挖作业、挂网作业和喷砼作业的平行施工，挂网作业选用的防护网是一种防隧道岩爆柔性防护网，挂网作业时，根据岩爆等级，选择挂单层网或挂双层网。
2.根据权利要求1所述的利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：所述防隧道岩爆柔性防护网包括钢丝绳网（1）、支撑绳（2）、定位涨壳式锚杆（3）和中心涨壳式锚杆（4），定位涨壳式锚杆（3）的锚头端插设在隧道岩面内，相邻的定位涨壳式锚杆（3）之间通过支撑绳（2）连接，支撑绳（2）和定位涨壳式锚杆（3）共同组成支撑网，钢丝绳网（1）设置在支撑网的网格内，钢丝绳网（1）与支撑网的支撑绳（2）之间通过缝合绳（5）相连，中心涨壳式锚杆（4）设置在钢丝绳网（1）的中部，中心涨壳式锚杆（4）的锚头端插设在隧道岩面内，中心涨壳式锚杆（4）的杆尾处设有固定板（6），固定板（6）的后方还设有延长段（41）。
3.根据权利要求1所述的利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：所述挂网作业的步骤如下：a、清理危岩；b、钻孔，安装定位涨壳式锚杆（3）和中心涨壳式锚杆（4）；c、将旋转套环（7）和固定螺母（8）依次安装到定位涨壳式锚杆（3）的尾部，并将支撑绳（2）的两端分别与相邻定位涨壳式锚杆（3）上的旋转套环（7）连接，完成支撑绳（2）的横向布置和纵向布置，然后对支撑绳（2）进行预紧，形成支撑网；d、利用缝合绳（5）将钢丝绳网（1）挂在支撑网的网格内；e、将固定板（6）安装到中心涨壳式锚杆（4）的尾部，使钢丝绳网（1）贴合岩面；f、根据岩爆等级选择是否进行第二层网的拉设，若岩爆未达到规定等级，切割掉中心涨壳式锚杆（4）尾部的延长段（41），待岩爆活跃期之后，清理掉因为岩爆松动的岩块，喷射混凝土，使喷射混凝土覆盖第一层网，形成隧道初期支护系统；若岩爆达到规定等级，则进行第二层网的拉设。
4.根据权利要求3所述的利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：所述岩爆程度为中等岩爆及中等岩爆以下程度时，取消第二层网的拉设；岩爆程度在中等岩爆以上，进行第二层网的拉设。
5.根据权利要求4所述的利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：所述第二层网进行拉设的时机，是在用混凝土将第一层网覆盖后，拉设第二层网的步骤为将旋转套环（7）和固定螺母（8）依次安装到中心涨壳式锚杆（4）的延长段（41）上，并将支撑绳（2）的两端分别与相邻中心涨壳式锚杆（4）的延长段（41）上的旋转套环（7）连接，完成支撑绳（2）的横向布置和纵向布置，然后对支撑绳（2）进行预紧，形成支撑网，利用缝合绳（5）将钢丝绳网（1）挂在支撑网的网格内，待岩爆活跃期过后，对第二层网进行回收。
6.根据权利要求5所述的利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：所述只拉设第一层网时，开挖作业面、挂网作业面和喷砼作业面从隧道的掌子面开始从内到外依次排布，拉设第二层网时，开挖作业面，喷砼作业面，挂网/回收网体作业面从隧道的掌子面开始从内到外依次排布。
7.根据权利要求5所述的利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：所述对第二层网进行回收的步骤依次包括剪掉缝合绳（5）、拆卸钢丝绳网（1）、松掉绳卡和固定螺母（8）、拆卸旋转套环（7）、切割掉初衬外露出来的延伸段（41）。
8.根据权利要求3-7中任意一项所述的利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：所述旋转套环（7）为马蹄形结构。
9.根据权利要求2-7中任意一项所述的利用钢绳柔性网进行隧道岩爆防护施工的方法，其特征在于：所述固定板（6）是厚度为3mm、直径为120mm的圆形钢板。
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