CN109944619A - 一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，按以下步骤进行：(1)在高地应力软岩隧道的拱墙部分以及顶板部分打入让压锚杆，各让压锚杆分成若干组，每组让压锚杆且呈放射线状分布；(2)拱墙部分挖出卸压槽；(3)废旧轮胎打碎磨成粒度30目的橡胶粉，按等体积取代法，将橡胶粉取代15～25％的细砂作为细骨料，采用该细骨料制作含有橡胶粉的混凝土；(4)将含有橡胶粉的混凝土喷射在拱墙部分、顶板部分和底板部分；(5)在橡胶混凝土层上设置初期支护层和及时强支护。本发明的方法解决了在其支护中由于单纯强支护以及应力过大导致的应力集中问题，避免了支护结构的破坏，减少了隧道后期维护与维修的费用。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程及采矿技术领域，特别涉及一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法。
背景技术
高地应力软岩具有应力高、自身强度低的特点，导致自身稳定性较差，存在对支护结构易产生破坏、二次衬砌提早施做等一些列严重问题，在工程施工和后期运行维护中都具有难度大、安全性低等特点；软岩隧道的支护与硬岩隧道的支护原理不同，硬岩隧道支护原则是不允许硬岩进入塑性，因为进入塑性后的硬岩将丧失承载能力，而软岩隧道的塑性能必须以某种形式释放出来，因此对高地应力软岩隧道的卸压影响的研究迫在眉睫。
在传统的软岩隧道支护中，有主动支护也有被动支护；其中金属支架采用的比较多，是典型的被动支护形式，工作的原理主要就是通过砌体或者钢架自身的强度来抵御外界的岩体变形，对于高应力软岩中的变形其刚度很难达到要求；而且，如果采用刚度很大的支护结构，则会在支护结构附近形成较大应力集中，应力不能向深部转移，导致支护结构严重变形甚至失效；在高地应力情况下，普通锚杆很难承受围岩带来的应力，经常出现锚杆断裂的现象，最后导致灾害的发生；当前，高地应力软岩隧道工程掘进中经常会出现前掘后卧、前支后修的情况，这样不仅导致工程周期延长，而且其安全性和经济性也受到比较大的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，通过让压锚杆、喷射橡胶混凝土、开挖卸压槽以及及时强支护的协同作用，解决支护中单纯强支护以及应力过大导致的应力集中问题。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、在高地应力软岩隧道的拱墙部分以及顶板部分打入让压锚杆，各让压锚杆分成若干组，每组让压锚杆位于高地应力软岩隧道的一个垂直截面上，且呈放射线状分布；
2、在高地应力软岩隧道的拱墙部分挖出卸压槽，卸压槽位于每组让压锚杆中的相邻两个让压锚杆之间；
3、将废旧轮胎打碎磨成粒度30目的橡胶粉，将橡胶粉与细砂混合作为细骨料，制作含有橡胶粉的混凝土，强度C20；其中橡胶粉与细砂混合作为细骨料时，按等体积取代法，橡胶粉按掺入量15～25％取代细砂；
4、将含有橡胶粉的混凝土喷射在高地应力软岩隧道的拱墙部分、顶板部分和底板部分，喷射厚度20～40cm，形成橡胶混凝土层；
5、在橡胶混凝土层上喷射强度C25的混凝土，厚度25～30cm，形成初期支护层；在初期支护层表面设置双层钢筋网，再采用C35防水钢筋混凝土在双层钢筋网上进行二次砌筑，砌筑厚度40～50cm，形成二次砌筑层；初期支护层与二次砌筑层形成及时强支护。
上述方法中，高地应力软岩隧道的底板部分的宽度为850～950cm，拱墙部分的高度为700～750cm。
上述方法中，每组让压锚杆中，相邻两个让压锚杆位于拱墙上的端部的间距为1～2m。
上述方法中，相邻两组让压锚杆的水平间距为1～2m。
上述方法中，让压锚杆的长度4～5m。
上述方法中，卸压槽距离底板部分的高度为3～5m。
上述方法中，双层钢筋网的网格水平间距1～4cm，垂直间距15～25cm。
本发明的原理是：采用让压锚杆，当支护结构发生大变形，让压锚杆承受的拉力超过其设计的让压力时，让压锚杆上的让压装置将使锚杆体产生与岩土体相适应的变形，此时，拉力值则维持固定不变，直到为锚杆设定的让压量耗尽，此举是避免锚杆体拉断失效，保持支护作用；配合橡胶混合土及卸压槽的结构，通过卸压的方式解决了在其支护中由于单纯强支护以及应力过大导致的应力集中问题，避免了支护结构的破坏，同时减少了隧道后期维护与维修的费用，具有明显的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例中的高用于高地应力软岩隧道的联合支护结构示意图；
图中，1、围岩，2、橡胶混凝土喷层，3、初期支护层，4、二次衬砌层，5、卸压槽，6、顶板部分，7、拱墙部分，8、底板部分，9、锚杆，h、底部部分宽度，l、拱墙部分高度。
图2为本发明实施例中的让压锚杆结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的让压锚杆为市购分段式让压锚杆，结构如图2所示，包括杆体、让压组件、钢绞线、定心器以及垫板。
本发明实施例中采用的让压锚杆的杆体直径25mm。
本发明实施例中的含有橡胶粉的混凝土的原料为粗骨料，细骨料、水泥和水，其中的细骨料有橡胶粉和细砂组成。
本发明实施例中的钢筋直径8mm。
本发明实施例中双层钢筋网的层间距为20cm。
本发明实施例中的高地应力是指初始应力，特别是水平初始应力分量超过其上覆盖层岩体的重力，针对软岩而言，特别是围岩级别较高时，则易发生塌方及软岩塑性大变形等问题。
本发明实施例中卸压槽由两部分组成，这两部分沿整个高地应力软岩隧道中线两侧对称设置，卸压槽的高度60～70cm，深度535～599cm。
本发明的粒度30目是指过30目筛。
实施例1
高地应力软岩隧道的底板部分宽度h＝890cm，拱墙部分高度l＝720cm；
在高地应力软岩隧道的拱墙部分以及顶板部分打入让压锚杆，各让压锚杆分成若干组，每组的各让压锚杆位于高地应力软岩隧道的一个垂直截面上，且呈放射线状分布；每组让压锚杆中，相邻两个让压锚杆位于拱墙上的端部的间距为1～2m；相邻两组让压锚杆的水平间距为1～2m；让压锚杆的长度4～5m；
在高地应力软岩隧道的拱墙部分挖出卸压槽，卸压槽位于各组让压锚杆中的相邻两个让压锚杆之间；卸压槽距离底板部分的高度为4m；
将废旧轮胎打碎磨成粒度30目的橡胶粉，将橡胶粉与细砂混合作为细骨料，制作含有橡胶粉的混凝土，强度C20；其中橡胶粉与细砂混合作为细骨料时，按等体积取代法，橡胶粉按掺入量20％取代细砂；
将含有橡胶粉的混凝土喷射在高地应力软岩隧道的拱墙部分、顶板部分和底板部分，喷射厚度30cm，形成橡胶混凝土层；
在橡胶混凝土层上喷射强度C25的混凝土，厚度25cm，形成初期支护层；在初期支护层表面设置双层钢筋网，双层钢筋网的网格水平间距2cm，垂直间距20cm；再采用C35防水钢筋混凝土在双层钢筋网上进行二次砌筑，砌筑厚度45cm，形成二次砌筑层；初期支护层与二次砌筑层形成及时强支护；结构如图1所示；
上述支护方法的卸压方式解决了单纯强支护以及应力过大导致的应力集中问题，避免了支护结构的破坏，同时减少了隧道后期维护与维修的费用。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)高地应力软岩隧道的底板部分宽度h＝850cm，拱墙部分高度l＝750cm；
(2)各卸压槽距离底板部分的高度为3m；
(3)含有橡胶粉的混凝土中，橡胶粉按掺入量15％取代细砂；
(4)含有橡胶粉的混凝土喷射厚度20cm；
(5)强度C25的混凝土厚度28cm；双层钢筋网的网格水平间距1cm，垂直间距15cm；二次砌筑厚度40cm。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)高地应力软岩隧道的底板部分宽度h＝950cm，拱墙部分高度l＝700cm；
(2)各卸压槽距离底板部分的高度为5m；
(3)含有橡胶粉的混凝土中，橡胶粉按掺入量25％取代细砂；
(4)含有橡胶粉的混凝土喷射厚度40cm；
(5)强度C25的混凝土厚度30cm；双层钢筋网的网格水平间距4cm，垂直间距25cm；二次砌筑厚度50cm。
Claims (7)
1.一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)在高地应力软岩隧道的拱墙部分以及顶板部分打入让压锚杆，各让压锚杆分成若干组，每组让压锚杆位于高地应力软岩隧道的一个垂直截面上，且呈放射线状分布；
(2)在高地应力软岩隧道的拱墙部分挖出卸压槽，卸压槽位于各组让压锚杆中的相邻两个让压锚杆之间；
(3)将废旧轮胎打碎磨成粒度30目的橡胶粉，将橡胶粉与细砂混合作为细骨料，制作含有橡胶粉的混凝土，强度C20；其中橡胶粉与细砂混合作为细骨料时，按等体积取代法，橡胶粉按掺入量15～25％取代细砂；
(4)将含有橡胶粉的混凝土喷射在高地应力软岩隧道的拱墙部分、顶板部分和底板部分，喷射厚度20～40cm，形成橡胶混凝土层；
(5)在橡胶混凝土层上喷射强度C25的混凝土，厚度25～30cm，形成初期支护层；在初期支护层表面设置双层钢筋网，再采用C35防水钢筋混凝土在双层钢筋网上进行二次砌筑，砌筑厚度40～50cm，形成二次砌筑层；初期支护层与二次砌筑层形成及时强支护。
2.根据权利要求1所述的一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，其特征在于所述的高地应力软岩隧道的底板部分的宽度为850～950cm，拱墙部分的高度为700～750cm。
3.根据权利要求1所述的一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，其特征在于所述的每组让压锚杆中，相邻两个让压锚杆位于拱墙上的端部的间距为1～2m。
4.根据权利要求1所述的一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，其特征在于步骤(1)中，相邻两组让压锚杆的水平间距为1～2m。
5.根据权利要求1所述的一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，其特征在于所述的让压锚杆的长度4～5m。
6.根据权利要求1所述的一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，其特征在于所述的各卸压槽距离底板部分的高度为3～5m。
7.根据权利要求1所述的一种用于高地应力软岩隧道的联合支护方法，其特征在于所述的双层钢筋网的网格水平间距1～4cm，垂直间距15～25cm。
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