CN108798720B - 用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系及其施工方法 - Google Patents

用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系，包括格栅钢架和与格栅钢架刚性连接的锚杆。格栅钢架包括上部格栅钢架、下部格栅钢架和拱脚格栅钢架，拱脚格栅钢架设置在格栅钢架的拱脚位置处，拱脚格栅钢架上焊接连接有限位装置，锚杆穿过限位装置后固定在围岩中。限位装置包括有定位锚具、第一U型箍筋和第二U型箍筋，第一U型箍筋和第二U型箍筋的端部均连接在拱脚格栅钢架上，第一U型箍筋和第二U型箍筋的底部交叉形成限位孔，定位锚具设在该限位孔中并与第一U型箍筋和第二U型箍筋焊接连接。该拱脚加固体系的格栅钢架和限位装置为整体设计，使得格栅钢架和限位装置整体受力，受力更加合理，连接更加可靠。

Description

用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系及其施工方法
技术领域
本发明涉及地下工程施工领域，尤其涉及用于地下工程拱盖法拱脚加固结构及其施工方法。
背景技术
随着经济的飞速发展和城市化水平的不断提高，地下空间的开发也日益增多，城市地铁、地下铁路、地下公路隧道、地下车库、地下商场、综合地下管廊等成为目前国内大力发展的方向，目前地下工程的施工方法较多，但比较成熟，使用比较普遍的有台阶法、CD法、双侧壁导坑法，在围岩比较好的地区也有部分使用拱盖法的成功案例，拱盖法在围岩质量比较好，特别是Ⅲ级以上围岩的情况下，具有一定的优势，主要体现在施工效率比较高，施工工序少上。
拱盖法分为初支拱盖法和二衬拱盖法，初支拱盖法具有的优势比较明显，具备拱盖施工的条件下首选的应该是初支拱盖法，能够快速形成比较大的开挖空间，便于施工组织。使用拱盖法最关键的环节就是大拱脚的设计与施工，为了保证大拱脚的质量，使用的方法有扩大拱脚的范围，拱脚打设锚索（锚杆），加强拱座的施工质量等措施，可以说这些方法能够有效的保证拱盖法安全和质量。这些方法中使用锚杆是一种主动的保护大拱脚的质量的有效措施，能够有效的保证大拱脚的安全，但是目前的设计都是格栅钢架与锚杆分开设计的，实际施工中存在着一定的难度，主要体现在格栅与锚杆的连接质量不容易保证，连接整体性不好，不能充分发挥锚杆的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系及其施工方法，以解决现有技术中格栅钢架与锚杆分开设计，实际施工中格栅钢架与锚杆的连接质量不容易保证，连接整体性不好，不能充分发挥锚杆的作用的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系，
包括格栅钢架和与格栅钢架刚性连接的锚杆；
所述格栅钢架包括上部格栅钢架、下部格栅钢架、以及连接在上部格栅钢架和下部格栅钢架之间的拱脚格栅钢架，所述拱脚格栅钢架设置在格栅钢架的拱脚位置处，拱脚格栅钢架上焊接连接有限位装置，所述锚杆穿过限位装置后固定在围岩中；
所述限位装置包括有定位锚具、第一U型箍筋和第二U型箍筋，所述第一U型箍筋和第二U型箍筋的端部均连接在拱脚格栅钢架上，第一U型箍筋和第二U型箍筋的底部交叉形成限位孔，定位锚具设在该限位孔中并与第一U型箍筋和第二U型箍筋焊接连接。
优选地，所述上部格栅钢架和下部格栅钢架呈圆弧状，并且上部格栅钢架和下部格栅钢架不在同一个圆弧上。
优选地，所述拱脚格栅钢架包括有钢桁架和连接在钢桁架之间的水平连接杆。
优选地，所述钢桁架从靠近上部格栅钢架的一端向靠近下部格栅钢架的一端逐渐扩大，包括有拱脚格栅钢架主筋和焊接连接在拱脚格栅钢架主筋之间并且沿拱脚格栅钢架主筋的中轴线对称设置的平顶锯齿形钢筋。
优选地，每榀钢桁架的拱脚格栅钢架主筋之间连接有竖向连接杆。
优选地，所述定位锚具靠近围岩的一端设有限位板，所述限位板上设有与锚杆相适应的开口。
优选地，所述锚杆的长度为5～15m。
另外，本发明还提供一种上述用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系的施工方法，包括以下步骤；
步骤一，格栅钢架和拱脚格栅钢架的设计与加工：根据岩土压力、断面尺寸和断面形式计算确定格栅钢架的钢筋的参数和钢筋的间距，并且将限位装置焊接连接在拱脚格栅钢架上。
步骤二，隧道开挖：根据围岩的质量等级和环境敏感条件确定隧道的开挖形式和开挖进尺，开挖一段隧道。
步骤三，格栅钢架和拱脚格栅钢架的现场架设：沿隧道横向架设格栅钢架，在格栅钢架的拱脚位置处架设拱脚格栅钢架。
步骤四，锚杆的施工：先按照定位锚具的位置打设锚杆，锚杆穿过定位锚具后锚固在围岩中，然后进行灌浆和锚杆的张拉锚固。
步骤五，喷射混凝土。
优选地，所述步骤二中靠近拱脚位置的围岩采用机械切割。
优选地，步骤四中打设锚杆位置处的围岩完整，并且围岩的单轴饱和抗压强度为10～30MPa。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：
（1）本发明的格栅钢架和限位装置为整体设计，使得格栅钢架和限位装置整体受力，受力更加合理，连接更加可靠。
（2）本发明的通过在拱脚位置设置锚杆来保证拱座的承载力和稳定性，保证拱盖法的安全性。采用定位锚具进一步限定锚杆的位置，确定了打设锚杆的方向，保证其与拱脚格栅钢架的可靠连接和共同传力。定位锚具靠近围岩的一端设置有限位板，保证在拱脚格栅钢架和锚杆在施工及张拉过程中的位置不变，保证拱脚格栅钢架不变形，拱脚格栅钢架和锚杆的连接更可靠。
（3）本发明的格栅钢架包括上部格栅钢架、下部格栅钢架和拱脚格栅钢架，上部格栅钢架和下部格栅钢架不在同一个圆弧上，并且拱脚格栅钢架的采用端头扩大的形式，能够扩大拱脚处的初期支护与基座岩石的接触面积，使拱部传来的压力更好的传递到基座围岩上。并且下部格栅钢架支撑拱脚格栅钢架时受力更加合理，同时下部格栅钢架能够很好的抵抗基座部位及以下围岩的侧向压力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的锚杆和锚具的连接位置处的剖面图。
图3为本发明的拱脚格栅钢架的截面示意图。
图4为图3中A-A的剖面图。
图5为图3中B-B的剖面图。
附图标记：1-锚杆、2-拱脚格栅钢架、21-钢桁架、211-拱脚格栅钢架主筋、212-平顶锯齿形钢筋、22-水平连接杆、23-竖向连接杆、31-上部格栅钢架、32-下部格栅钢架、4-限位孔、51-定位锚具、52-第一U型箍筋、53-第二U型箍筋、6-限位板。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
如图1-5所示，一种用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系，包括格栅钢架和与格栅钢架刚性连接的锚杆（1）。锚杆（1）现场打设，其长度根据围岩及周边环境条件确定。锚杆（1）的长度为5～15m，锚固长度可根据拱脚围岩情况确定。锚杆（1）的作用是为拱脚提供拉力，属于主动的受力体系，通过锚杆（1）的作用，确保拱脚的稳定。根据围岩的情况和受力情况，锚杆（1）可以打设一道或者多道。
格栅钢架包括上部格栅钢架（31）、下部格栅钢架（32）、以及连接在上部格栅钢架（31）和下部格栅钢架（32）之间的拱脚格栅钢架（2）。上部格栅钢架（31）和下部格栅钢架（32）呈圆弧状，并且上部格栅钢架（31）和下部格栅钢架（32）不在同一个圆弧上。这样设计便使得下部格栅钢架（32）支撑拱脚格栅钢架（2）时受力更加合理，同时下部格栅钢架（32）能够很好的抵抗基座部位及以下围岩的侧向压力。
拱脚格栅钢架（2）设置在格栅钢架的拱脚位置处，包括有钢桁架（21）和连接在钢桁架（21）之间的水平连接杆（22），水平连接杆（22）之间还连接有支撑杆。钢桁架（21）从靠近上部格栅钢架（31）的一端向靠近下部格栅钢架（32）的一端逐渐扩大，包括有拱脚格栅钢架主筋（211）和焊接连接在拱脚格栅钢架主筋（211）之间并且沿拱脚格栅钢架主筋（211）的中轴线对称设置的平顶锯齿形钢筋（212）。每榀钢桁架（21）的拱脚格栅钢架主筋（211）之间还连接有竖向连接杆（23）。每榀钢桁架（21）的间距可取0.5m～0.75m，根据围岩稳定性确定，锚杆（1）的间距与钢桁架（21）的间距一样。沿隧道横向布置的拱脚格栅钢架主筋（211）为三排，也可以根据围岩情况设置更多。隧道纵向布置的拱脚格栅钢架主筋（211）之间还焊接连接有呈单个梅花形布置的U型钢筋。拱脚格栅钢架（2）采用端头扩大的形式，能够扩大拱脚处的初期支护与基座岩石的接触面积，使拱部传来的压力更好的传递到基座围岩上。格栅钢架采用常规工厂加工的方法，焊接加工好后运到现场，然后逐榀进行拼接。拱脚的尺寸设计也要充分考虑地质条件，通过计算分析选用合适的尺寸以保证拱脚的稳定性。
拱脚格栅钢架（2）上焊接连接有限位装置，锚杆（1）穿过限位装置后固定在围岩中。限位装置包括有定位锚具（51）、第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53），第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53）的端部均连接在拱脚格栅钢架（2）上，第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53）的底部交叉形成限位孔（4），定位锚具（51）设在该限位孔（4）中并与第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53）焊接连接。定位锚具（51）提供了锚杆（1）的位置，确定了打设锚杆（1）的方向。定位锚具（51）使用第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53）焊接对拉固定，保证其与拱脚格栅钢架（2）的可靠连接，共同传力，受力。
定位锚具（51）靠近围岩的一端设有限位板（6），限位板（6）上设有与锚杆（1）相适应的开口。限位板（6）的作用是在打设锚杆（1）的过程中限位拱脚格栅钢架（2），保证拱脚格栅钢架（2）与围岩的相对位置不变。
拱脚支撑可靠的岩石，拱脚部分一定区域的围岩不宜采用爆破开挖的形式，可采用机械切割的方式破除围岩，以确保该部分围岩不受扰动，拱盖安全，为下部围岩开挖提供安全的环境。
具体施工工艺包括以下步骤：
1、格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）的设计与加工。根据岩土压力、断面尺寸及断面形式计算确定初支格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）的形式，包括钢筋的参数及间距等数据。格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）的加工可以采用在工厂加工或者现场加工的形式，严格按照图纸的设计加工，便于焊接成型。焊接时尤其应注意定位锚具（51）的焊接位置和焊接质量。
2、隧道的开挖。采用合适的隧道开挖形式和开挖进尺，根据围岩的质量等级和环境敏感条件综合各因素确定，通常分为爆破开挖和非爆开挖，本发明适用于各种开挖形式，包括爆破开挖和非爆开挖。此处需要注意的是，在采用爆破开挖形式的时候，在靠近拱脚位置一定区域的围岩采用机械切割的形式，以确保拱脚部位围岩的稳定性。
3、格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）的现场架设。每榀格栅钢架的间距要求与开挖进尺有良好的匹配度。拱脚格栅钢架（2）的间距与锚杆（1）的间距同步。对于围岩级别稍低，要求尽早架设格栅钢架，格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）的现场连接严格按照相关规范，采用机械连接或者焊接的形式。同时，格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）的架设质量也要符合相关的规范要求，以充分发挥格栅钢架的作用。
4、锚杆（1）的施工。格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）架设好后，及时按照定位锚具（51）的位置确定锚杆（1）的钻孔位置。打设锚杆（1）位置处的围岩完整，并且围岩的单轴饱和抗压强度为10～30MPa。钻孔打设锚杆（1），锚杆（1）的长度为5～15m，锚固长度可根据拱脚围岩情况确定。施工中注意施工质量。打设锚杆（1）的时候定位锚具（51）和限位板（6）的作用要充分发挥，打孔、放锚杆、灌浆、张拉锚固要满足各个阶段相关的要求，尤其要注意锚头的保护，确保锚杆（1）和拱脚格栅钢架（2）的可靠连接。该步骤的施工质量是关键。
5、喷射混凝土。拱脚格栅钢架（2）、格栅钢架和锚杆（1）施工完成以后及时喷射早强混凝土，喷射混凝土要均匀密实，不要漏喷，喷设质量也要满足规范的要求。
6、下一部的开挖支护。同样的办法可以施工第二榀、第三榀，每一个分部的进尺长度也要根据围岩和环境敏感程度确定，直至该分部施工完毕。然后开始另外一个分部的开挖。
以上各实施例仅用于对本发明进行解释说明，并不构成对权利要求范围的限定，本领域技术人员根据本发明说明书内容可以想到的其他替代手段，均应在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系，其特征在于：包括格栅钢架和与格栅钢架刚性连接的锚杆（1）；
所述格栅钢架包括上部格栅钢架（31）、下部格栅钢架（32）、以及连接在上部格栅钢架（31）和下部格栅钢架（32）之间的拱脚格栅钢架（2），所述拱脚格栅钢架（2）设置在格栅钢架的拱脚位置处，拱脚格栅钢架（2）上焊接连接有限位装置，所述锚杆（1）穿过限位装置后固定在围岩中；
所述限位装置包括有定位锚具（51）、第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53），所述第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53）的端部均连接在拱脚格栅钢架（2）上，第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53）的底部交叉形成限位孔（4），定位锚具（51）设在该限位孔（4）中并与第一U型箍筋（52）和第二U型箍筋（53）焊接连接；
所述上部格栅钢架（31）和下部格栅钢架（32）呈圆弧状，并且上部格栅钢架（31）和下部格栅钢架（32）不在同一个圆弧上；
所述拱脚格栅钢架（2）包括有钢桁架（21）和连接在钢桁架（21）之间的水平连接杆（22）。
2.根据权利要求1所述的用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系，其特征在于：所述钢桁架（21）从靠近上部格栅钢架（31）的一端向靠近下部格栅钢架（32）的一端逐渐扩大，包括有拱脚格栅钢架主筋（211）和焊接连接在拱脚格栅钢架主筋（211）之间并且沿拱脚格栅钢架主筋（211）的中轴线对称设置的平顶锯齿形钢筋（212）。
3.根据权利要求2所述的用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系，其特征在于：每榀钢桁架（21）的拱脚格栅钢架主筋（211）之间连接有竖向连接杆（23）。
4.根据权利要求1所述的用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系，其特征在于：所述定位锚具（51）靠近围岩的一端设有限位板（6），所述限位板（6）上设有与锚杆（1）相适应的开口。
5.根据权利要求4所述的用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系，其特征在于：所述锚杆（1）的长度为5～15m。
6.一种权利要求1-5中任意一项所述的用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系的施工方法，其特征在于包括以下步骤；
步骤一，格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）的设计与加工：根据岩土压力、断面尺寸和断面形式计算确定格栅钢架的钢筋的参数和钢筋的间距，并且将限位装置焊接连接在拱脚格栅钢架（2）上；
步骤二，隧道开挖：根据围岩的质量等级和环境敏感条件确定隧道的开挖形式和开挖进尺，开挖一段隧道；
步骤三，格栅钢架和拱脚格栅钢架（2）的现场架设：沿隧道横向架设格栅钢架，在格栅钢架的拱脚位置处架设拱脚格栅钢架（2）；
步骤四，锚杆（1）的施工：先按照定位锚具（51）的位置打设锚杆（1），锚杆（1）穿过定位锚具（51）后锚固在围岩中，然后进行灌浆和锚杆（1）的张拉锚固；
步骤五，喷射混凝土。
7.根据权利要求6所述的用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系的施工方法，其特征在于：所述步骤二中靠近拱脚位置的围岩采用机械切割。
8.根据权利要求6所述的用于地下工程拱盖法锚栅一体拱脚加固体系的施工方法，其特征在于：步骤四中打设锚杆（1）位置处的围岩完整，并且围岩的单轴饱和抗压强度为10～30MPa。
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