CN109826657A - 一种用于软岩隧道掌子面加固装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于软岩隧道掌子面加固装置及其施工方法，包括沿隧道掌子面设置的保护层；还包括垂直于隧道掌子面插入软岩隧道的多个中空结构锚杆；锚杆表面设置有多个溢浆孔，锚杆内的混凝土浆液可溢浆孔溢出；锚杆尾端设置有木楔；本发明对软岩隧道掌子面超前核心土进行预加固后，可充分发挥锚杆抗拉、抗剪切能力，实现全长锚固，隧道掌子面稳定性得到很大提高，可以避免隧道径向发生拱顶过大的收敛和预收敛变形和隧道掌子面挤压变形，开挖机械可直接挖除通过，不仅提高了施工过程中安全性，也可减轻工人的劳动强度、加快掘进速度、支护费用低、提高工程的经济效益，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明涉及软岩隧道超前加固技术领域，具体涉及一种用于软岩隧道掌子面加固装置及其施工方法。
背景技术
在隧道工程的修建过程中，不可避免的会遇到各种各样复杂的工程地质条件，给工程施工带来难度；如在软岩隧道开挖后，由于隧道周边变形、支护不及时施作及地下水侵蚀等原因，会造成软岩隧道掌子面出现坍塌、落石、掉块等灾害；这些不仅造成了施工困难，毁坏施工设备、延长施工工期，更严重的会直接危及施工人员的人身安全，造成重大经济损失；在软弱岩大断面浅埋隧道工程施工中，通常采用台阶法、CRD法、双侧壁导坑法施工；但这些方法施工工序复杂、材料浪费严重、工程进度缓慢，难以满足当前工程建设的需要。
随着地下工程的大量建设，机械化施工程度不断提高，新技术、新工艺陆续被国内众多工程所采用；由于预加固大断面隧道施工围岩软弱、掌子面容易失稳等施工难题，近年来在一些工程地质条件非常复杂的隧道工程中应用较为广泛；但是预加固措施通常采用钢筋及喷射混凝土对软弱围岩地质条件下掌子面前方的超前核心土进行预加固；但是核心土体加固后还要进行开挖，而且钢筋的切割不仅会增加工程建设的投入，二期制作工艺复杂、造成材料浪费，大大降低了隧道掘进的效率，不利于快速施工，难以推广应用。
发明内容
本发明提供一种结构简单、施工便捷，加固效果好的用于软岩隧道掌子面加固装置及其施工方法。
本发明采用的技术方案是：一种用于软岩隧道掌子面加固装置，包括沿隧道掌子面设置的保护层；还包括垂直于隧道掌子面插入软岩隧道的多个中空结构锚杆；锚杆表面设置有多个溢浆孔，锚杆内的混凝土浆液可溢浆孔溢出；锚杆尾端设置有木楔。
进一步的，所述锚杆为竹锚杆。
进一步的，所述锚杆深入软岩隧道一端端部沿其周向设置有裂缝。
进一步的，所述溢浆孔在锚杆杆体上呈梅花形分布。
进一步的，所述锚杆沿隧道掌子面上呈阵列结构分布或呈梅花形布置。
进一步的，所述木楔为锥形结构。
进一步的，所述保护层为混凝土层和钢筋网片。
一种用于软岩隧道掌子面加固装置的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：开挖隧道断面，采用喷射混凝土封闭隧道掌子面，然后安装一层钢筋网片；
步骤2：在隧道掌子面上标记锚杆位置；
步骤3：按照步骤2标记位置钻设锚杆孔，锚杆孔冲洗后打入锚杆；注入含有膨胀剂的混凝土浆液，混凝土浆液注满锚杆后设置木楔；混凝土浆液充分膨胀后完成软岩隧道掌子面的加固。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用竹锚杆注入一定膨胀剂的混凝土浆液后，锚杆充分膨胀，沿轴线对周边软弱围岩产生三维应力，可达到全长锚固作用，极大的改善了掌子面软弱围岩的力学参数，可避免隧道径向发生拱顶过大的收敛和预收敛变形和隧道掌子面挤压变形，保证了施工安全；
（2）本发明结构简单、施工方便、掌子面预加固效果好、减少了劳动力、生产效率高、保障了施工安全，加快施工进度，可广泛应用于各类软岩隧道工程中掌子面的超前预加固中；
（3）本发明锚杆抗拉强度高、粘结强度高、重量轻、耐久性好、材料易得，造价低；加固后的掌子面，开挖机械可直接挖除通过，提高施工效率、机械化程度高、工厂额效益及经济效益显著。
附图说明
图1为锚杆结构示意图。
图2为锚杆俯视结构示意图。
图3为锚杆使用状态示意图。
图4为掌子面锚杆全断面预加固布设示意图。
图中：1-软岩隧道，2-隧道掌子面，3-锚杆，4-溢浆孔，5-混凝土浆液，6-木楔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
一种用于软岩隧道掌子面加固装置，包括沿隧道掌子面2设置的保护层；还包括垂直于隧道掌子面2插入软岩隧道1的多个中空结构锚杆3；锚杆3表面设置有多个溢浆孔4，锚杆3内的混凝土浆液5可溢浆孔4溢出；锚杆3尾端设置有木楔6。
锚杆3为竹锚杆，锚杆3深入软岩隧道1一端端部沿其周向设置有裂缝；溢浆孔4在锚杆3杆体上呈梅花形分布。锚杆3沿隧道掌子面2上呈阵列结构分布或呈梅花形布置。木楔6为锥形结构。保护层为混凝土层和钢筋网片。
软岩隧道1开挖形成隧道掌子面2，在进行下一断面隧道开挖前采用锚杆3全断面预加固隧道掌子面2；待锚杆3充分膨胀后，达到全长锚固效果，抑制隧道掌子面2产生过大变形，可避免隧道径向发生拱顶过大的收敛和预收敛变形和隧道掌子面2挤压变形，利于隧道掌子面2的稳定性，保证施工安全。软岩隧道1指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩，隧道开挖后表现出自稳能力差，表现出“自稳时间短、易坍塌”的特征。隧道掌子面2指隧道开挖不断向前推进的工作面，即隧道已开挖和未开挖的岩层分界面。锚杆3采用中空注浆竹锚杆，为全长粘接型锚杆，竹锚杆长度一般选取9m，搭接处搭接2m，实际可根据现场情况确定其长度。锚杆3杆体处采用梅花形布置溢浆孔4，便于后续混凝土浆液5从溢浆孔4中流出，与周围软弱围岩形成一个膨胀圈，加固软弱围岩，进一步提高隧道掌子面2的稳定性。锚杆3端头可沿竹杆一周劈开分成四片，待混凝土浆液5注入后在端部形成一个扩头，进一步增大锚杆3的锚固效果。锚杆3可选择楠竹制成，可充分发挥其耐久性，加之轻质、抗拉性能强、取材易得、造价低等特点。混凝土浆液5中掺有一定含量膨胀剂，利用其注入锚杆3后的膨胀效果与周围地层更加紧密融为一体，极大的改善了隧道掌子面2软弱围岩的力学参数，防止其因失稳而产生的塌方等危险事故。木楔6采用硬质木头进行制作，制成锥形，待锚杆3注浆完成后塞入锚杆3尾部封口，防止混凝土浆液5流出，达到止浆效果。
一种如权利要求7所述的用于软岩隧道掌子面加固装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：开挖隧道断面，采用喷射混凝土封闭隧道掌子面2，封闭厚度可以设置为7～10cm，然后安装一层钢筋网片；
步骤2：在隧道掌子面2上标记锚杆3位置；钻孔前在隧道掌子面2上按设计位置标识清楚，确保位置准确；隧道掌子面2上锚杆3呈梅花形布置，间距为1.2×1.2m，长9m，搭接长度2m。
步骤3：按照步骤2标记位置钻设锚杆孔，锚杆孔冲洗后打入锚杆3；注入含有膨胀剂的混凝土浆液5，混凝土浆液5注满锚杆3后设置木楔6；混凝土浆液5充分膨胀后完成软岩隧道掌子面的加固。
采用钻机打设锚杆孔，冲洗锚杆孔后打入锚杆3，随后立即注入含有膨胀剂的混凝土浆液5，待浆液注满后，及时打紧木楔6，防止浆液流出。待混凝土浆液5充分膨胀加固隧道掌子面2后，可选取部分锚杆3进行锚固力测试。经过测试采用锚杆3充分预加固隧道掌子面2后，保证了隧道掌子面2的稳定性，为后续工程施工提供了安全，加快了施工进度，工程效益显著。
本发明采用竹制锚杆3注入含有一定膨胀剂的混凝土浆液5后，锚杆3充分膨胀，沿轴线对周边软弱围岩产生三维应力，可达到全长锚固作用，极大的改善了隧道掌子面2软弱围岩的力学参数，可避免隧道径向发生拱顶过大的收敛和预收敛变形和隧道掌子面2挤压变形，保证了施工安全。竹锚杆制备材料来源广泛，可就近取材，简化了施工工艺，节省了锚杆材料，降低了锚杆成本；充分发挥了竹子抗拉强度高、粘接强度高、重量轻、耐久性好、材料易得、造价低等特点；采用锚杆3加固后的隧道掌子面，开挖机械可直接挖除通过，提高施工效率、机械化程度高，工程效益及经济效益显著；本发明装置结构简单、施工方便，隧道掌子面2预加固效果好，减少了劳动力、生产效率高、保障了施工安全、显著加快工程进度，可广泛应用于各类软岩隧道工程中隧道掌子面的超前预加固措施。对软岩隧道掌子面超前核心土进行预加固后，可充分发挥锚杆抗拉、抗剪切能力，实现全长锚固，隧道掌子面稳定性得到很大提高，可以避免隧道径向发生拱顶过大的收敛和预收敛变形和隧道掌子面挤压变形，开挖机械可直接挖除通过，不仅提高了施工过程中安全性，也可减轻工人的劳动强度、加快掘进速度、支护费用低、提高工程的经济效益，应用前景广泛。
Claims (8)
1.一种用于软岩隧道掌子面加固装置，其特征在于，包括沿隧道掌子面(2)设置的保护层；还包括垂直于隧道掌子面(2)插入软岩隧道(1)的多个中空结构锚杆(3)；锚杆(3)表面设置有多个溢浆孔(4)，锚杆(3)内的混凝土浆液(5)可溢浆孔(4)溢出；锚杆(3)尾端设置有木楔(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于软岩隧道掌子面加固装置，其特征在于，所述锚杆(3)为竹锚杆。
3.根据权利要求2所述的一种用于软岩隧道掌子面加固装置，其特征在于，所述锚杆(3)深入软岩隧道(1)一端端部沿其周向设置有裂缝。
4.根据权利要求1所述的一种用于软岩隧道掌子面加固装置，其特征在于，所述溢浆孔(4)在锚杆(3)杆体上呈梅花形分布。
5.根据权利要求1所述的一种用于软岩隧道掌子面加固装置，其特征在于，所述锚杆(3)沿隧道掌子面(2)上呈阵列结构分布或呈梅花形布置。
6.根据权利要求1所述的一种用于软岩隧道掌子面加固装置，其特征在于，所述木楔(6)为锥形结构。
7.根据权利要求3所述的一种用于软岩隧道掌子面加固装置，其特征在于，所述保护层为混凝土层和钢筋网片。
8.一种如权利要求7所述的用于软岩隧道掌子面加固装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：开挖隧道断面，采用喷射混凝土封闭隧道掌子面(2)，然后安装一层钢筋网片；
步骤2：在隧道掌子面(2)上标记锚杆(3)位置；
步骤3：按照步骤2标记位置钻设锚杆孔，锚杆孔冲洗后打入锚杆(3)；注入含有膨胀剂的混凝土浆液(5)，混凝土浆液(5)注满锚杆(3)后设置木楔(6)；混凝土浆液(5)充分膨胀后完成软岩隧道掌子面的加固。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190531 |