CN109630174A - 一种地铁隧道安全施工装置及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地铁隧道安全施工装置，属于隧道施工技术领域，包括中空的锚杆，所述锚杆上设置有注浆孔，所述锚杆的侧壁沿锚杆的周向开设有至少三个活动孔，所述锚杆内固定设置有至少两个固定环，所述固定环的中轴线与锚杆的中轴线共线，所述固定环内滑动穿设有沿锚杆轴向延伸的驱动杆，所述驱动杆上铰接有穿过活动孔并向外延伸的支撑杆，支撑杆的长度大于锚杆的半径，所述锚杆靠近开口处套设有用于封闭锚孔的堵浆塞。将锚杆插入锚孔内，在支撑杆的支撑下，锚杆处于锚孔的中间位置，锚杆外的混凝土层分布均匀，提高锚杆与土体之间的抓持力，进而增加锚杆对土体的支撑性能，提高隧道施工的安全性。

Description

一种地铁隧道安全施工装置及施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种地铁隧道安全施工装置及施工方法。
背景技术
目前，地铁已经成为我国大城市最主要的出行方式之一，而在地铁修建的过程中，需要进行地铁隧道施工，新奥法是目前地铁隧道施工的一种主要的施工方法。
新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。
在喷锚施工时，即在隧道开挖端面将若干的锚杆沿隧道设计顶面打入土层中的锚孔内，而锚杆在插入锚孔内后，需要向锚杆内灌注水泥混凝土，而水泥混凝土将从锚杆上的注浆孔排出，待水泥混凝土凝固后，起到支撑土体的作用。
但是，在将锚杆插入锚孔内的过程中，锚杆在重力的作用下，将会与锚孔的底壁抵触，很难保证锚杆处于锚孔的中间位置，从而导致灌注水泥混凝土后，锚杆外的混凝土层分布不均匀，削弱锚杆与锚孔周边土体之间的抓持力，影响锚杆的支撑作用，使得隧道在施工过程中会有发生塌方的危险，施工安全性低。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种地铁隧道安全施工装置，具有可使锚杆处于锚孔的中间位置，提高锚杆的支撑性能，提高施工的安全性的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种地铁隧道安全施工装置，包括中空的锚杆，所述锚杆上设置有注浆孔，所述锚杆一端开口、另一端封闭，所述锚杆的侧壁沿锚杆的周向开设有至少三个活动孔，所述锚杆内固定设置有至少两个固定环，所述固定环的中轴线与锚杆的中轴线共线，所述固定环内滑动穿设有沿锚杆轴向延伸的驱动杆，所述驱动杆上铰接有穿过活动孔并向外延伸的支撑杆，支撑杆的长度大于锚杆的半径，所述锚杆靠近开口处套设有用于封闭锚孔的堵浆塞。
实施上述技术方案，将锚杆插入锚孔内后，向锚杆内推动驱动杆，驱动杆带动支撑杆向活动孔外运动，直到支撑杆与锚孔的孔壁抵紧为止，此时在支撑杆的支撑下，锚杆处于锚孔的中间位置，从而使得灌注水泥混凝土后，锚杆外的混凝土层分布均匀，提高锚杆与土体之间的抓持力，保证水泥混凝土与锚孔孔壁良好的粘接以及对锚杆的握裹，进而增加锚杆对土体的支撑性能，提高隧道施工的安全性。
本发明进一步设置为：每个所述支撑杆伸出活动孔外的一端铰接有用于与锚孔孔壁抵触的支撑板。
实施上述技术方案，在将锚杆插入锚孔的过程中，向锚杆外拉动驱动杆，使支撑板与锚杆的外壁贴紧，以避免锚杆在插入锚孔的过程中支撑板干涉锚杆；当锚杆处于锚孔的中间位置时，支撑板与锚孔的孔壁抵触，而支撑板增大了与锚孔孔壁的接触面积，防止支撑杆插入锚孔的土层内。
本发明进一步设置为：所述支撑板设置为可与锚杆外壁贴合的弧形板，且所述支撑板的面积大于活动孔的面积。
实施上述技术方案，在将锚杆插入锚孔的过程中，向锚杆外拉动驱动杆，使支撑板与锚杆的外壁贴紧，而支撑板的面积大于活动孔的面积且为弧形板，使得支撑板能够完全封闭活动孔，从而起到阻止锚孔中的泥土进入活动孔内的目的。
本发明进一步设置为：所述锚杆上设置有若干的倒刺。
实施上述技术方案，倒刺的设置，起到增大锚杆与锚杆外水泥混凝土之间的有效接触面积，提高水泥混凝土对锚杆的握裹，增加锚杆的支撑能力。
本发明进一步设置为：所述锚杆远离开口的一端设置有尖端部。
实施上述技术方案，尖端部的设置，便于锚杆顺利插入锚孔内，提高施工效率。
本发明的另一目的在于提供一种地铁隧道安全施工方法，具有提高锚杆与土体之间的抓持力，提高施工的安全性的优点。
一种地铁隧道安全施工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据地质调查和环境调查结果确定工程支护施工方案；
步骤二、在隧道开挖面端部沿隧道设计顶面钻设若干的锚孔，然后将权利要求1-5任意一项所述的锚杆插入锚孔；
步骤三、向锚杆内注入水泥混凝土，使土层加固；
步骤四、在隧道开挖面端部沿隧道设计方向开挖隧道，且每次掘进距离为3-5m；
步骤五、完成步骤四后，重复步骤二至步骤四，直至隧道施工完毕。
实施上述技术方案，根据地质调查和环境调查结果确定工程支护施工方案，在隧道开挖面端部沿隧道设计顶面通过锚固钻机钻设若干的锚孔，然后将锚杆插入锚孔内，并使锚杆处于锚孔的中间位置，即锚杆的中轴线与锚孔的中轴线共线。然后向锚杆内注入水泥混凝土，使土层加固；然后在隧道开挖面端部沿隧道设计方向开挖隧道，且每次掘进距离为3-5m；以此循环直至隧道施工完毕。灌注水泥混凝土后，锚杆外的混凝土层厚度分布均匀，提高锚杆与土体之间的抓持力，保证混凝土与孔壁良好的粘接以及对锚杆的握裹，进而增加锚杆对土体的支撑性能，提高隧道施工的安全性。
本发明进一步设置为：所述步骤二中，每个锚孔之间的环向间距为30-50cm。
实施上述技术方案，根据地质调查和环境调查的结果，确定隧道基质的情况，以此确定锚孔之间的间距，可在保证足够的支撑能力的情况下，减小锚杆的使用量。
本发明进一步设置为：所述步骤二中，锚杆的外插角为50-100。
实施上述技术方案，将锚杆的外插角设置为50-100，有利于增加锚杆的支撑效果。
综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：
一、将锚杆插入锚孔内后，向锚杆内推动驱动杆，驱动杆带动支撑杆向活动孔外运动，直到支撑杆与锚孔的孔壁抵紧为止，此时在支撑杆的支撑下，锚杆处于锚孔的中间位置，从而使得灌注水泥混凝土后，锚杆外的混凝土层分布均匀，提高锚杆与土体之间的抓持力，保证水泥混凝土与锚孔孔壁良好的粘接以及对锚杆的握裹，进而增加锚杆对土体的支撑性能，提高隧道施工的安全性；
二、在将锚杆插入锚孔的过程中，向锚杆外拉动驱动杆，使支撑板与锚杆的外壁贴紧，以避免锚杆在插入锚孔的过程中支撑板干涉锚杆；当锚杆处于锚孔的中间位置时，支撑板与锚孔的孔壁抵触，而支撑板增大了与锚孔孔壁的接触面积，防止支撑杆插入锚孔的土层内；
三、倒刺的设置，起到增大锚杆与锚杆外水泥混凝土之间的有效接触面积，提高水泥混凝土对锚杆的握裹，增加锚杆的支撑能力。
附图说明
图1是本发明锚杆的整体结构示意图；
图2是本发明锚杆的剖视图；
图3是图2中的A部放大图。
附图标记：1、锚杆；11、注浆孔；12、倒刺；13、尖端部；2、活动孔；3、固定环；4、驱动杆；5、支撑杆；51、支撑板；6、堵浆塞。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
如图1、2所示，一种地铁隧道安全施工装置，包括中空的锚杆1，锚杆1上设置有注浆孔11，锚杆1一端开口、另一端封闭，锚杆1的侧壁沿锚杆1的周向开设有至少三个活动孔2，本实施例中，活动孔2设置三个，且沿锚杆1周向均匀分布。锚杆1内固定设置有至少两个固定环3（参见图3），固定环3的中轴线与锚杆1的中轴线共线，固定环3内滑动穿设有沿锚杆1轴向延伸的驱动杆4，驱动杆4的直径小于锚杆1的内部空间的宽度，以使水泥混凝土能够顺利通过，固定环3与锚杆1相适配，以使驱动杆4处于锚杆1的中间位置。
如图2、3所示，驱动杆4上铰接有穿过活动孔2并向外延伸的支撑杆5，活动孔2沿锚杆1轴向的长度大于支撑杆5的宽度，支撑杆5的长度大于锚杆1的半径，且支撑杆5的长度不小于锚孔的半径，锚杆1靠近开口处套设有用于封闭锚孔的堵浆塞6；锚杆1远离开口的一端设置有尖端部13；尖端部13的设置，便于锚杆1顺利插入锚孔内，提高施工效率。
其中，如图2、3所示，每个支撑杆5伸出活动孔2外的一端铰接有用于与锚孔孔壁抵触的支撑板51；支撑板51设置为可与锚杆1外壁贴合的弧形板，且支撑板51的面积大于活动孔2的面积。
在将锚杆1插入锚孔的过程中，向锚杆1外拉动驱动杆4，使支撑板51与锚杆1的外壁贴紧，以避免锚杆1在插入锚孔的过程中支撑板51干涉锚杆1；当锚杆1处于锚孔的中间位置时，支撑板51与锚孔的孔壁抵触，而支撑板51增大了与锚孔孔壁的接触面积，防止支撑杆5插入锚孔的土层内；支撑板51的面积大于活动孔2的面积且为弧形板，使得支撑板51能够完全封闭活动孔2，从而起到阻止锚孔中的泥土进入活动孔2内的目的。
另外，如图2、3所示，锚杆1上设置有若干的倒刺12，倒刺12的设置，起到增大锚杆1与锚杆1外水泥混凝土之间的有效接触面积，提高水泥混凝土对锚杆1的握裹，增加锚杆1的支撑能力。
具体工作过程：将锚杆1插入锚孔内后，向锚杆1内推动驱动杆4，驱动杆4带动支撑杆5向活动孔2外运动，直到支撑杆5与锚孔的孔壁抵紧为止，此时在支撑杆5的支撑下，锚杆1处于锚孔的中间位置，从而使得灌注水泥混凝土后，锚杆1外的混凝土层分布均匀，提高锚杆1与土体之间的抓持力，保证水泥混凝土与锚孔孔壁良好的粘接以及对锚杆1的握裹，进而增加锚杆1对土体的支撑性能，提高隧道施工的安全性。
实施例二：
一种地铁隧道安全施工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据地质调查和环境调查结果确定工程支护施工方案；
步骤二、在隧道开挖面端部沿隧道设计顶面钻设若干的锚孔，每个锚孔之间的环向间距为30-50cm,然后将锚杆1插入锚孔，锚杆1的外插角为50-100；
步骤三、向锚杆1内注入水泥混凝土，使土层加固；
步骤四、在隧道开挖面端部沿隧道设计方向开挖隧道，且每次掘进距离为3-5m；
步骤五、完成步骤四后，重复步骤二至步骤四，直至隧道施工完毕。
根据地质调查和环境调查结果确定工程支护施工方案，在隧道开挖面端部沿隧道设计顶面通过锚固钻机钻设若干的锚孔，每个锚孔之间的环向间距为30-50cm，然后将锚杆1插入锚孔内，并使锚杆1处于锚孔的中间位置，即锚杆1的中轴线与锚孔的中轴线共线，且锚杆1的外插角为50-100，外插角是指锚杆1与隧道纵向开挖轮廓线的夹角。然后向锚杆1内注入水泥混凝土，使土层加固；在隧道开挖面端部沿隧道设计方向开挖隧道，且每次掘进距离为3-5m；以此循环直至隧道施工完毕。
灌注水泥混凝土后，锚杆1外的混凝土层厚度分布均匀，提高锚杆1与土体之间的抓持力，保证混凝土与孔壁良好的粘接以及对锚杆1的握裹，进而增加锚杆1对土体的支撑性能，提高隧道施工的安全性。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地铁隧道安全施工装置，其特征在于：包括中空的锚杆(1)，所述锚杆(1)上设置有注浆孔(11)，所述锚杆(1)一端开口、另一端封闭，所述锚杆(1)的侧壁沿锚杆(1)的周向开设有至少三个活动孔(2)，所述锚杆(1)内固定设置有至少两个固定环(3)，所述固定环(3)的中轴线与锚杆(1)的中轴线共线，所述固定环(3)内滑动穿设有沿锚杆(1)轴向延伸的驱动杆(4)，所述驱动杆(4)上铰接有穿过活动孔(2)并向外延伸的支撑杆(5)，支撑杆(5)的长度大于锚杆(1)的半径，所述锚杆(1)靠近开口处套设有用于封闭锚孔的堵浆塞(6)。
2.根据权利要求1所述的一种地铁隧道安全施工装置，其特征在于：每个所述支撑杆(5)伸出活动孔(2)外的一端铰接有用于与锚孔孔壁抵触的支撑板(51)。
3.根据权利要求2所述的一种地铁隧道安全施工装置，其特征在于：所述支撑板(51)设置为可与锚杆(1)外壁贴合的弧形板，且所述支撑板(51)的面积大于活动孔(2)的面积。
4.根据权利要求3所述的一种地铁隧道安全施工装置，其特征在于：所述锚杆(1)上设置有若干的倒刺(12)。
5.根据权利要求4所述的一种地铁隧道安全施工装置，其特征在于：所述锚杆(1)远离开口的一端设置有尖端部(13)。
6.一种地铁隧道安全施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据地质调查和环境调查结果确定工程支护施工方案；
步骤二、在隧道开挖面端部沿隧道设计顶面钻设若干的锚孔，然后将权利要求1-5任意一项所述的锚杆(1)插入锚孔；
步骤三、向锚杆(1)内注入水泥混凝土，使土层加固；
步骤四、在隧道开挖面端部沿隧道设计方向开挖隧道，且每次掘进距离为3-5m；
步骤五、完成步骤四后，重复步骤二至步骤四，直至隧道施工完毕。
7.根据权利要求6所述的一种地铁隧道安全施工方法，其特征在于：所述步骤二中，每个锚孔之间的环向间距为30-50cm。
8.根据权利要求6所述的一种地铁隧道安全施工方法，其特征在于：所述步骤二中，锚杆(1)的外插角为50-100。
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