CN109763848B - 隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，包括：标定预应力锚索施工的开孔位置，根据标定的开孔位置及设定的钻孔参数，钻至设计深度；截取设计长度的一次注浆管、一次排气管、二次注浆管、二次排气管及若干根钢绞线并进行摆放形成锚索束，等距间隔安设若干个钢绞线卡具，于相邻的钢绞线卡具之间捆扎钢绞线固定绑扎带；将锚索束安装至设计深度，对孔口处进行封孔；对一次注浆管进行注浆，待一次排气孔返浆后对一次注浆管及一次排气孔进行封堵，一次注浆浆液初凝后对二次注浆管进行注浆，待二次排气孔返浆时，对二次排气孔进行封堵，持续注浆至注浆压力达到设计要求，对二次注浆管进行封堵并停止注浆后，进行预应力张拉工序。
Description
技术领域
本发明涉及预应力锚索施工的技术领域，尤其涉及一种早高强预应力锚索施工的工艺方法。
背景技术
随着隧道和地下工程的不断发展及技术的不断进步，大跨度隧道开挖、开挖地层存在大应力大变形情况、以及既有线大应力大变形病害整治越来越常见，对于正在施工的工程而言，存在施工风险系数高、危及人员、设备安全，甚至造成伤亡事故的隐患；对于既有线运营而言，大变形危及线路运营安全，极易造成巨大的经济损失。
为了保证施工安全，在大跨度及地层大应力大变形地质施工过程中，普遍采用预应力锚杆及预应力锚索进行辅助加固施工，施工预应力锚杆锚索，可提高围岩稳定性和控制开挖支护变形，避免局部在开挖施工过程中发生侵线甚至坍塌，为安全快速开挖创造条件。
目前，国内外采用的预应力锚索施工，锚索加工形式繁杂，注浆均采用常规注浆材料，传统预应力锚索施工工艺在相同钢绞线束数及相同锚固段长度情况下，可承受张拉力低，预应力锚索注浆施工结束至实现可张拉施工周期长(普通注浆材料达到加固体理想强度一般为28天)。对于需要预应力锚索施加预应力稳固地层及控制变形后方可进行下步开挖及需要较大张拉力才可实现对地层的控制等类似施工工艺，不仅施工周期长，而且在施工过程中，存在无法达到设计张拉力的施工风险源。
如中国专利申请201510161961.5号公开的一种预应力锚索以及预应力锚索一次成型施工方法，该方法包括：1)提供锚索以及旋喷钻机，旋喷钻机具有中空钻杆，中空钻杆的前端安装有钻头；2)将锚索安装于中空钻杆的内部；3)使用旋喷钻机向土层内部旋喷钻孔以形成锚索孔，锚索随中空钻杆进入锚索孔的内部；4)旋喷钻机打孔至目标深度后将中空钻杆从锚索孔中抽出；5)向锚索孔内部注浆；6)对锚索进行张拉以及锁定。但是，该发明依然存在以下缺点或不足：(1)、没有进行精细化注浆，难以满足钻孔内浆液的密实注浆效果；(2)、没有公开锚索钢绞线束的设计排布，也没有公开注浆管、排气管的布置位置。
又如中国专利申请201610585058.6公开的一种预应力锚索施工方法，其包括如下步骤：A、施工准备：施工准备包括场地布置、机械设备安装调试、人员上场和材料购置及储备等工作；B、钻孔：包括钻机就位、成孔和清孔三个步骤；C、锚索的制作与安装：在钻孔的同时，进行锚索的制作，将锚索顺直地安放在钻孔中心，并在锚索孔外露出足够的张拉长度；D、常压注浆：对锚索孔进行注浆；E、张拉控制：将张拉装置组装好以后，对中检查及钢绞线预紧补偿张拉，然后进行整体预紧，再进行整体循环张拉，逐级加荷、卸荷，直至加荷到设计最大荷载；F、锁定封锚：采用劈裂高压注浆的方式，使锚索能够封锚牢固。但是，该发明依然存在以下缺点或不足：需要通过两次不同的注浆方法以及特殊的张拉控制方法，增加了施工的难度。
因此，提供一种可实现锚索锚固体的早期强度高、张拉周期短、可承受张拉力大、地下工程预应力锚索施工工期短、施工安全性高的隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法成为业内急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，通过细化锚索加工工艺、改进注浆材料、优化预应力锚索注浆工序，实现锚索锚固体的早期强度高、张拉周期短、可承受张拉力高的施工工艺，缩短预应力锚索施工周期，降低工程成本和施工风险，实现对地层的稳固及控制围岩变形的效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，其包括以下步骤：(1)、依托隧道已开挖部分为锚索施工工作面，标定预应力锚索施工的开孔位置，根据标定的开孔位置及设定的钻孔参数，调整钻机角度，钻至设计深度；(2)、截取设计长度的一次注浆管、一次排气管、二次注浆管、二次排气管、及若干根钢绞线，摆放一次注浆管、一次排气管、二次注浆管二次排气管、及钢绞线的排布位置形成锚索束，沿钢绞线的长度方向等距间隔安设若干个钢绞线卡具，于相邻的两个钢绞线卡具之间捆扎钢绞线固定绑扎带；(3)、将制作好的锚索束安装至钻孔内直至设计深度，并对孔口处用锚固剂进行封孔；(4)、配置注浆材料，使用注浆设备对一次注浆管进行注浆，待一次排气孔返浆后对一次注浆管及一次排气孔利用阀止装置进行封堵，一次注浆浆液初凝之后对二次注浆管进行注浆，待二次排气孔返浆时，利用阀止装置对二次排气孔进行封堵，持续注浆至注浆压力达到设计要求，利用阀止装置对二次注浆管进行封堵并停止注浆；以及(5)、进行预应力张拉工序。
可选择地，一次注浆管及一次排气管均布置于锚索束的自由段内，一次排气管的长度比一次注浆管的长度长0.5～1.5米，二次注浆管的长度比一次排气管的长度长0.5～1.5米，二次排气管的底端距离锚索束的底端短0.5～1.5米。
可选择地，二次排气管及二次注浆管分别位于锚索束的最外侧，钢绞线位于锚索束的最内侧，一次注浆管位于二次注浆管与钢绞线之间，一次排气管位于二次排气管与钢绞线之间。
可选择地，分别于一次注浆管、一次排气管、二次注浆管及二次排气管的端头通过热熔装置包覆刚性管材。
可选择地，刚性管材的长度设定为安装到位后该刚性管材于孔口锚固剂里外各1.5米以保证注浆上压时孔口外注浆管不会胀裂。
可选择地，钢绞线的锚固段处理为无油状态，钢绞线的自由段处理为套皮状态。
可选择地，相邻两个钢绞线卡具之间的距离为1～2米。
可选择地，在步骤(4)中，通过钻机及卷扬机将制作好的锚索束安装至钻孔内直至设计深度。
可选择地，在步骤(4)中，一次注浆浆液初凝的时间设定为至少30分钟。
其中，注浆浆液由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥100～120份、减水剂2～5份、早强剂3～5份、以及速凝剂0.5～3份。
其中，减水剂可以为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、或聚羧酸减水剂中的一种或几种。
早强剂可以为氯化钙、或是重量比为10～12:1的无机钠盐与三乙醇胺的混合物，其中，无机钠盐为氯化钠或硫酸钠。
速凝剂可以NaAlO2、LiCl、或Li2CO3。
可选择地，在步骤(5)中，当孔口地层情况较好时，通过安装锚垫墩回填砂浆进行张拉工序；当孔口地层较软弱时，通过安装工字钢支撑在两侧拱架上进行张拉工序。
本发明的有益效果是：(1)、预应力锚索锚固段注浆材料24小时的强度可达41兆帕，通过合理的锚固段长度及锚索钢绞线束的设计，可达到24小时张拉1200千牛，缩短锚索施工周期，实现锚索施工与隧道开挖施工的紧密连接；(2)、适用于大跨度隧道分步开挖及大应力大变形隧道开挖或既有线修复，可实现锚索锚固体的早期强度高、张拉周期短、可承受张拉力大幅提升；(3)、大大缩短预应力锚索施工周期并实现预应力锚索施工与各步开挖工序的流水作业，降低工程成本和施工风险。
附图说明
图1示出了本发明的预应力锚索施工的开孔的工艺示意图。
图2示出了本发明的锚索束的结构示意图。
图3示出了本发明的锚索束的安装工艺示意图。
图4示出了本发明的锚索孔周边为软弱围岩张拉工序的改进示意图。
具体实施方式
接下来参照附图具体描述本发明的隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法。
首先，如图1所示，在步骤1中，依托隧道已开挖部分为锚索施工工作面1，在隧道已开挖部分初支2上标定预应力锚索施工的开孔位置，钻机就位后，根据标定的开孔位置及设定的钻孔参数，调整钻机角度，利用钻杆3，钻至设计深度。
接着，在步骤2中，截取设计长度的一次注浆管10、一次排气管8、二次注浆管9、二次排气管7、及若干根钢绞线5，摆放一次注浆管10、一次排气管8、二次注浆管9、二次排气管7、及钢绞线5的排布位置形成锚索束12(如图3所示)，通过加工保证钢绞线5的锚固段无油及自由段套皮，沿钢绞线的长度方向等距间隔安设若干个钢绞线卡具4，于相邻的两个钢绞线卡具4之间捆扎钢绞线固定绑扎带6。
具体来讲，如图2所示，一次注浆管10及一次排气管8均布置于锚索束5的自由段内，一次排气管8的长度比一次注浆管10的长度长0.5～1.5米，二次注浆管9的长度比一次排气管8的长度长0.5～1.5米，二次排气管7的底端距离锚索束12的底端短0.5～1.5米。
作为一种非限制性实施方式，二次排气管7及二次注浆管9分别位于锚索束的最外侧，钢绞线5位于锚索束的最内侧，一次注浆管10位于二次注浆管9与钢绞线5之间，一次排气管8位于二次排气管7与钢绞线5之间。
然后，在步骤3中，如图3所示，通过钻机及卷扬机配合人力将制作好的锚索束12安装至钻孔内直至设计深度，并对孔口处用锚固剂13进行封孔。
作为另一种非限制性实施方式，如图2所示，用热熔装置安装刚性管材11并保证锚索束安装到位后，刚性管材11在孔口锚固剂13里外各1.5米，从而保证注浆上压时，孔口外注浆管不会胀裂。
随后，在步骤4中，配置注浆材料，利用制浆机及注浆泵对预应力锚索进行注浆。具体来讲，对于上扬预应力锚索，首先对一次注浆管10进行注浆直至一次排气孔8返浆，停止注浆并通过阀止装置14对一次注浆管10、一次排气管8进行封堵，至少间隔30分钟(一次注浆浆液终凝可承压)后，对二次注浆管9进行注浆，逆浆液自重方向进行灌注，以保证注浆区域填充密实，至二次排气管7返浆，用阀止装置14对二次排气管7进行封堵继续注浆直至压力达到设计值，利用阀止装置14对二次注浆管9进行封堵并停止注浆，如此循环对锚索进行注浆工序。对于下扎预应力锚索，制作时可只制作一次排气管8及二次注浆管9，注浆时对二次注浆管9进行注浆，逆浆液自重方向进行灌注以保证注浆区域填充密实，一次排气管8返浆后用阀止装置14对一次排气管8进行封堵，继续注浆直至孔内填满浆液并满足设计要求停止，如此循环施做预应力锚索注浆。
其中，配置的注浆材料的性能参数如表1所示，注浆材料强度及耐久性参数如表2所示。
表1注浆材料的参数表
| 材料名称 | 水灰比 | 粘稠度 | 可注性 | 初凝时间 | 终凝时间 | 膨胀率 |
| 注浆水泥 | 1:3 | 22s | 可注 | 15min | 55min | 0.012％ |
表2注浆材料强度及耐久性参数
最后，在步骤5中进行预应力锚索张拉。具体来讲，注浆取样试块同养条件下达到设计强度后根据孔口地层情况，地层较好安装锚垫墩回填砂浆可进行张拉工序，地层较软弱破碎安装工字钢15(如图4所示)支撑在两侧拱架上可进行张拉工序。
如此，妥善安排预应力锚索施工工序以达到流水作业标准，循环直到所有设计预应力锚索施工完成。
在新建京张铁路八达岭隧道长城站大跨段预应力锚索施工中，进行早高强预应力锚索施工工艺方法的试验施工，获得成功，施工参数为：注浆材料24小时承载41MPa，可实现24小时进行张拉，张拉设计压力800KN，考虑预应力锚索后期钢材蠕变实际张拉1200KN。取得较好的经济和社会效益。
尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。
Claims (7)
1.一种隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、依托隧道已开挖部分为锚索施工工作面，标定预应力锚索施工的开孔位置，根据标定的所述开孔位置及设定的钻孔参数，调整钻机角度，钻至设计深度；
（2）、截取设计长度的一次注浆管、一次排气管、二次注浆管、二次排气管、及若干根钢绞线，摆放所述一次注浆管、所述一次排气管、所述二次注浆管、所述二次排气管、及所述钢绞线的排布位置形成锚索束，沿所述钢绞线的长度方向等距间隔安设若干个钢绞线卡具，于相邻的两个所述钢绞线卡具之间捆扎钢绞线固定绑扎带，其中，所述一次注浆管及所述一次排气管均布置于所述锚索束的自由段内，所述一次排气管的长度比所述一次注浆管的长度长0.5~1.5米，所述二次注浆管的长度比所述一次排气管的长度长0.5~1.5米，所述二次排气管的底端距离所述锚索束的底端短0.5~1.5米；所述二次排气管及所述二次注浆管分别位于所述锚索束的最外侧，所述钢绞线位于所述锚索束的最内侧，所述一次注浆管位于所述二次注浆管与所述钢绞线之间，所述一次排气管位于所述二次排气管与所述钢绞线之间；
（3）、将制作好的锚索束安装至钻孔内直至设计深度，并对孔口处用锚固剂进行封孔；
（4）、配置注浆材料，对于上扬预应力锚索，使用注浆设备对所述一次注浆管进行注浆，待所述一次排气管返浆后对所述一次注浆管及所述一次排气管利用阀止装置进行封堵，一次注浆浆液初凝之后对所述二次注浆管进行注浆，待所述二次排气管返浆时，利用阀止装置对所述二次排气管进行封堵，持续注浆至注浆压力达到设计要求，利用所述阀止装置对所述二次注浆管进行封堵并停止注浆；对于下扎预应力锚索，制作时只制作所述一次排气管及所述二次注浆管，注浆时对所述二次注浆管进行注浆，逆浆液自重方向进行灌注以保证注浆区域填充密实，所述一次排气管返浆后用所述阀止装置对所述一次排气管进行封堵，继续注浆直至孔内填满浆液并满足设计要求停止注浆，如此循环施做预应力锚索注浆，其中，注浆浆液由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥100~120份、减水剂2~5份、早强剂3~5份、以及速凝剂0.5~3份，所述减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、或聚羧酸减水剂中的一种或几种，所述早强剂为氯化钙、或是重量比为10~12:1的无机钠盐与三乙醇胺的混合物，其中，无机钠盐为氯化钠或硫酸钠，所述速凝剂为NaAlO2、LiCl、或Li2CO3；以及
（5）、进行预应力张拉工序。
2.如权利要求1所述的隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，其特征在于，分别于所述一次注浆管、所述一次排气管、所述二次注浆管及所述二次排气管的端头通过热熔装置包覆刚性管材。
3.如权利要求2所述的一种隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，其特征在于，所述刚性管材的长度设定为安装到位后所述刚性管材于所述孔口锚固剂里外各1.5米。
4.如权利要求1所述的一种隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，其特征在于，所述钢绞线的锚固段处理为无油状态，所述钢绞线的自由段处理为套皮状态。
5.如权利要求1所述的隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，其特征在于，相邻两个所述钢绞线卡具之间的距离为1~2米。
6.如权利要求3所述的隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，其特征在于，在步骤（3）中，通过钻机及卷扬机将制作好的锚索束安装至钻孔内直至设计深度。
7.如权利要求3所述的隧道和地下工程早高强预应力锚索施工方法，其特征在于，在步骤（4）中，所述一次注浆浆液初凝的时间设定为至少30分钟。
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2019
- 2019-01-25 CN CN201910074807.2A patent/CN109763848B/zh active Active
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|---|
| 倪修全等.《土木工程材料》.《土木工程材料》.2014,(2014年1月第1版),第152-155页. * |
Also Published As
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