CN110307012A - 一种高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开一种高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构，涉及隧道支护技术领域，能够提高围岩支护的稳定性。所述高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构，包括：钻设在隧道壁中的锚索孔；在所述锚索孔中安装有锚杆，锚杆的中部为中空结构，锚杆的内锚头处具有通孔，锚杆的内锚头锚固在锚索孔的围岩中；在锚杆中穿设有锚索，锚索的锚固段伸出所述锚杆的内锚头的通孔后锚固在锚索孔的围岩中，锚索的自由端位于所述锚杆的杆体内。本发明适用于高铁大断面隧道围岩支护。

Description

一种高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构。
背景技术
伴随着我国高铁建设的快速发展，深埋隧道工程逐渐出现并增加。隧道穿越高地应力区、断层及遇到软弱围岩时，常产生软弱围岩大变形。在实际施工中，围岩过于软弱，在地质活动较为频繁或者水文条件不利于施工的情况下，初期支护往往难以保证围岩的整体性，发生较大的变形。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构，能够提高围岩支护的稳定性，防止围岩发生较大的变形。
本发明实施例一种高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构，包括：
沿隧道长度方向按预定距离间隔平行设置的第一钢拱架、第二钢拱架和第三钢拱架；第一钢拱架、第二钢拱架和第三钢拱架之间通过支撑梁连接固定；所述支撑梁包括第一支撑梁、第二支撑梁、第三支撑梁和第四支撑梁；第一支撑梁和第二支撑梁上下平行设置，在第一支撑梁上设有第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽，第一卡槽卡设在第一钢拱架上，第二卡槽开设在第二钢拱架上，第三卡槽开设在第三钢拱架上；在第二支撑梁上设有第四卡槽、第五卡槽和第六卡槽，第四卡槽卡设在第一钢拱架上，第五卡槽开设在第二钢拱架上，第六卡槽开设在第三钢拱架上；第三支架梁和第四支架梁为弧形梁，第三支架梁和第四支架梁的弯曲弧度与所安装位置的隧道侧壁的弧度相适配；第三支架梁的第一端固定在第一支撑梁与第一钢拱架的结合处，第二端固定在第二支撑梁与第三钢拱架的结合处，中间部固定在第二钢拱架上；第四支架梁的第一端固定在第二支撑梁与第一钢拱架的结合处，第二端固定在第一支撑梁与第三钢拱架的结合处，中间部固定在第三支撑梁与第二钢拱架的结合处。
钻设在隧道壁中的锚索孔；
在所述锚索孔中安装有锚杆，锚杆的中部为中空结构，锚杆的内锚头处具有通孔，锚杆的内锚头锚固在锚索孔的围岩中；
在锚杆中穿设有锚索，锚索的锚固段伸出所述锚杆的内锚头的通孔后锚固在锚索孔的围岩中，锚索的自由端位于所述锚杆的杆体内；
锚索具有第一预应力，锚杆具有第二预应力，第一预应力大于第二预应力。
可选地，所述锚索的外锚头和所述锚杆的外锚头固定在距离所述锚索和锚杆最近的钢拱架上。
可选地，钢拱架上开设有通孔，锚索的外锚头和锚杆的外锚头穿过距离所述锚索和锚杆最近的钢拱架上的通孔后用同一垫板固定。
可选地，锚索的锚固段与锚索孔的围岩的锚固体，与锚杆的内锚头与锚索孔的围岩的锚固体为一体结构。
可选地，每一钢拱架的脚部下方设有钢制支撑脚，钢拱架的脚部支撑在所述钢制支撑脚上，相邻钢拱架脚部下方的钢制支撑脚通过槽钢连接固定；
在所述钢制支撑脚上，于钢拱架的两侧设有阻挡限位件，在所述阻挡限位件上设有钢拱架脚部位置调节装置；
所述钢拱架脚部位置调节装置包括设在所述阻挡限位件上的螺纹孔和穿设在所述螺纹孔中的调节螺栓；或
所述钢拱架脚部位置调节装置包括：所述阻挡限位件上靠近钢拱架脚部的一侧的斜坡，和设在所述阻挡限位件的所述斜坡与钢拱架脚部之间楔形块。
可选地，第一钢拱架包括顶部支拱架、左上支拱架、左中支拱架、左下支拱架、右上支拱架、右中支拱架和右下支拱架；
右侧导坑上台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后0米；
中部支撑土上台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后95米；
左侧导坑中台阶和右侧导坑中台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后115米；
中部支撑土中台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后125米；
左侧导坑下台阶和右侧导坑下台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后135米；
中部支撑土下台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后155米；
仰拱，比左侧导坑上台阶开挖滞后175米。
左上支拱架支护在左侧导坑左上部的侧壁上，左中支拱架支护在左侧导坑左中部的侧壁上，左下支拱架支护在左侧导坑左下部的侧壁上；左中支拱架上部与左上支拱架固定连接，下部与左下支拱架固定连接；
右上支拱架，支护在右侧导坑右上部的侧壁上，右中支拱架支护在右侧导坑右中部的侧壁上，右下支拱架支护在右侧导坑右下部的侧壁上；右中支拱架上部与右上支拱架固定连接，下部与右下支拱架固定连接；
顶部支拱架支护在中部支撑土上台阶的顶部，并与左上支拱架和右上支拱架固定连接；仰拱的左端与左下支拱架的下部固定连接，右端与右下支拱架的下部固定连接。
本实施例中，在锚索孔中安装有锚杆，锚杆中穿设有锚索，锚索的锚固段伸出所述锚杆的内锚头的通孔后锚固在锚索孔的围岩中，锚索的自由端位于所述锚杆的杆体内，这样，通过将锚杆和锚索结合使用在同一锚固位置，一方面可提高锚固力，另一方面，可减少锚杆或锚索失效所带来的风险，从而提高锚固的可靠性，从而防止围岩发生较大的变形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构的断面结构示意图；
图2为本发明实施例中锚杆及锚索支护结构示意图；
图3为本发明实施例中钢拱架连接结构示意图；
图4为本发明实施例中隧道断面开挖顺序及钢拱架结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1及图2，本实施例高铁大断面(断面面积大于300平方米)隧道预应力锚杆加固围岩结构，包括：沿隧道长度方向按预定距离间隔(如1米、1.5米或2米等)平行设置的钢拱架1；钻设在隧道壁2中的锚索孔3；在所述锚索孔3中安装有锚杆4，锚杆4的中部为中空结构，锚杆4的内锚头处具有通孔，锚杆4的内锚头锚固在锚索孔3的围岩中；在锚杆4中穿设有锚索5，锚索5的锚固段伸出所述锚杆的内锚头的通孔后锚固在锚索孔3的围岩中，锚索5的自由端位于所述锚杆4的杆体内。
本实施例中，在锚索孔中安装有锚杆，锚杆中穿设有锚索，锚索的锚固段伸出所述锚杆的内锚头的通孔后锚固在锚索孔的围岩中，锚索的自由端位于所述锚杆的杆体内，这样，通过将锚杆和锚索结合使用在同一锚固位置，一方面可提高锚固力，另一方面，可减少锚杆或锚索失效所带来的风险，从而提高锚固的可靠性，从而防止围岩发生较大的变形。
在一实施例中，锚索具有第一预应力，锚杆具有第二预应力，第一预应力大于第二预应力。本实施例中，锚索的预应力大于锚杆的预应力，当围岩发生形变后，使得锚索拉伸一定程度后，锚杆可为锚索起到让压保护的作用。
进一步地，锚杆的外锚头处还可进一步设置让压保护部件，在一个例子中国，所述让压保护部件可以是弹簧。在另一个例子中，所述让压保护部件包括第一圆形碟片6和第二圆形碟片7，第一圆形碟片6和第二圆形碟片7均为凹型，由钢板冲压制成，类似圆形的盘子，第一圆形碟片和第二圆形碟片对扣在一起，锚杆的外锚头穿过第一圆形碟片和第二圆形碟片的中心孔，第一圆形碟片和第二圆形碟片扣合后形成碟片组，在所述碟片组的两侧设有第一挡板8和第二挡板9，第一挡板8用于贴靠在隧道的内壁上，第二挡板9与锚杆4的外锚头通过螺纹或通过焊接相固定。在第二挡板9外侧设有第三挡板10，用于固定锚索的外端部(即外锚头)。
当围岩发生较大形变后，第一圆形碟片和/或第二圆形碟片可发生形变，第一圆形碟片的中心向第二圆形碟片的中心靠近，以吸收围岩发生的形变。
所述碟片组可以多个碟片组，多个碟片组串联在锚杆的外锚头处。
进一步地，为提高让压保护效果，第一圆形碟片和第二圆形碟片之间可设有柱状弹簧11。
在一实施例中，所述锚索的外锚头和所述锚杆的外锚头固定在距离所述锚索和锚杆最近的钢拱架上。在一个例子中，钢拱架上开设有通孔，锚索的外锚头和锚杆的外锚头穿过距离所述锚索和锚杆最近的钢拱架上的通孔后用同一垫板固定。锚索的外锚头和锚杆的外锚头穿过距离所述锚索和锚杆最近的钢拱架上并固定，既便于对锚索和锚杆施加预紧力，也可提高钢拱架的稳定性，防止钢拱架下沉。本实施例中，锚杆和锚索的外锚头处可设有至少一组所述碟片组。
在一实施例中，锚索的锚固段与锚索孔的围岩的锚固体，与锚杆的内锚头与锚索孔的围岩的锚固体为一体结构。
在进行锚固时，可将混凝土锚固剂注入锚杆内部，通过锚杆上的通孔流出后进入锚索的锚固段与锚索孔之间、以及锚杆的内锚头与锚索孔之间的空隙，混凝土锚固剂凝固后，在锚索的锚固段与锚索孔之间形成第一锚固体12，在锚杆的内锚头与锚索孔之间形成第二锚固体13，第一锚固体和第二锚固体为一体化锚固结构，这样，通过一次注射混凝土锚固剂，可同时形成锚索的锚固段与锚索孔的围岩的锚固体，以及锚杆的内锚头与锚索孔的围岩的锚固体，提高锚固作业效率。
在一实施例中，在隧道壁中钻设锚索孔；在距离所述锚索孔的孔底预定位置处设置止浆塞，在止浆塞中部开设有注浆孔，通过所述注浆孔按照第一预定压力向锚索孔的孔底注浆第一时长后，按照第二预定压力向锚索孔的孔底继续注浆第二时长，以使浆液注入锚索孔的孔底的围岩缝隙中，浆液凝固后在锚索孔的孔底周围形成锚固墩；在所述锚索孔中安装锚杆，锚杆的中部为中空结构，锚杆的内锚头处具有通孔，锚杆的内锚头锚固在锚索孔的围岩中；在锚杆中穿设锚索，锚索的锚固段伸出所述锚杆的内锚头的通孔后锚固在锚索孔的围岩中并锚固在所述锚固墩上，锚索的自由端位于所述锚杆的杆体内。
参看图3，在一实施例中，所述钢拱架1包括第一钢拱架14、第二钢拱架15和第三钢拱架16；第一钢拱架14、第二钢拱架15和第三钢拱架16之间通过支撑梁连接固定；所述支撑梁包括第一支撑梁17、第二支撑梁18、第三支撑梁19和第四支撑梁20；第一支撑梁17和第二支撑梁18上下平行设置，在第一支撑梁17上设有第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽，第一卡槽卡设在第一钢拱架14上，第二卡槽开设在第二钢拱架15上，第三卡槽开设在第三钢拱架16上；在第二支撑梁18上设有第四卡槽、第五卡槽和第六卡槽，第四卡槽卡设在第一钢拱架14上，第五卡槽开设在第二钢拱架15上，第六卡槽开设在第三钢拱架16上；第三支架梁19和第四支架梁20为弧形梁，第三支架梁和第四支架梁的弯曲弧度与所安装位置的隧道侧壁的弧度相适配；第三支架梁19的第一端固定在第一支撑梁17与第一钢拱架14的结合处，第二端固定在第二支撑梁18与第三钢拱架16的结合处，中间部固定在第二钢拱架15上；第四支架梁的第一端固定在第二支撑梁18与第一钢拱架14的结合处，第二端固定在第一支撑梁17与第三钢拱架16的结合处，中间部固定在第三支撑梁19与第二钢拱架15的结合处。
通过支撑梁与钢拱架的上述配合连接结构，可放置钢拱架的位置发生偏移和扭转，同时可提高钢拱架的整体结构的稳定性。
在一实施例中，每一钢拱架的脚部下方设有钢制支撑脚，钢拱架的脚部支撑在所述钢制支撑脚上，相邻钢拱架脚部下方的钢制支撑脚通过槽钢连接固定；
在所述钢制支撑脚上，于钢拱架的两侧设有阻挡限位件，在所述阻挡限位件上设有钢拱架脚部位置调节装置；
所述钢拱架脚部位置调节装置包括设在所述阻挡限位件上的螺纹孔和穿设在所述螺纹孔中的调节螺栓；或
所述钢拱架脚部位置调节装置包括：所述阻挡限位件上靠近钢拱架脚部的一侧的斜坡，和设在所述阻挡限位件的所述斜坡与钢拱架脚部之间楔形块。
通过钢制支撑脚可提高钢拱架的脚部与隧道底部的接触面积，防止钢拱架下沉，影响支护效果。通过钢拱架脚部位置调节装置，可调节钢制支撑脚的位置，从而保证相邻钢拱架之间具有预定的距离。
参看图4，在一实施例中，第一钢拱架包括顶部支拱架21、左上支拱架22、左中支拱架23、左下支拱架24、右上支拱架25、右中支拱架26和右下支拱架27；右侧导坑上台阶29，比左侧导坑上台阶28开挖滞后0米；中部支撑土上台阶30，比左侧导坑上台阶28开挖滞后95米，中部支撑土上台阶为正梯形结构，正梯形结构的中部支撑土上台阶的侧部为临时支护提供稳定支撑，可提高临时支护的稳定性；左侧导坑中台阶31和右侧导坑中台阶32，比左侧导坑上台阶28开挖滞后115米；中部支撑土中台阶33，比左侧导坑上台阶28开挖滞后125米；左侧导坑下台阶34和右侧导坑下台阶35，比左侧导坑上台阶28开挖滞后135米；中部支撑土下台阶36，比左侧导坑上台阶28开挖滞后155米；仰拱37，比左侧导坑上台阶28开挖滞后175米；左上支拱架22支护在左侧导坑左上部的侧壁上，左中支拱架23支护在左侧导坑左中部的侧壁上，左下支拱架24支护在左侧导坑左下部的侧壁上；左中支拱架23上部与左上支拱架22固定连接，下部与左下支拱架24固定连接；右上支拱架25，支护在右侧导坑右上部的侧壁上，右中支拱架26支护在右侧导坑右中部的侧壁上，右下支拱架27支护在右侧导坑右下部的侧壁上；右中支拱架26上部与右上支拱架25固定连接，下部与右下支拱架27固定连接；顶部支拱架21支护在中部支撑土上台阶30的顶部，并与左上支拱架22和右上支拱架25固定连接；仰拱37的左端与左下支拱架24的下部固定连接，右端与右下支拱架27的下部固定连接。
本实施例中，除仰拱37外，将整个隧道断面分为上、中、下三层、每层分为左、中、右三部分，对每层每部分进行有序开挖，可适用于地铁大断面的隧道开挖，在保证开挖安全性的同时，可提高开挖效率。
右侧导坑上台阶29，比左侧导坑上台阶28开挖滞后0米，即右侧导坑上台阶29和左侧导坑上台阶28同时开挖，可提高开挖效率，相应地，可提高支护效率。
中部支撑土上台阶30，相比左侧导坑中台阶31和右侧导坑中台阶32提前开挖，可在隧道顶部留出较大的作业空间，便于后续的开挖作业。
进一步地，在右侧导坑上台阶29，和左侧导坑上台阶28同时开挖的过程中，在已形成的中部支撑土上台阶30上，可间隔预定距离(如15米)开挖一个连通左侧导坑和右侧导坑的导洞，导洞的宽度可为1.5米，可用于左侧导坑和右侧导坑的作业人员、物料或小型设备的通行通道，由此提高左侧导坑和右侧导坑开挖的协作性，便于提高开挖效率；该导洞也可作为左侧导坑和右侧导坑之间进行通风的通道，这样，可仅在左侧导坑或右侧导坑一侧布置一套通风设备，利用该一套通风设备可同时对左侧导坑和右侧导坑进行通风，有利于降低隧道开挖成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高铁大断面隧道预应力锚杆加固围岩结构，其特征在于，包括：
沿隧道长度方向按预定距离间隔平行设置的第一钢拱架、第二钢拱架和第三钢拱架；第一钢拱架、第二钢拱架和第三钢拱架之间通过支撑梁连接固定；所述支撑梁包括第一支撑梁、第二支撑梁、第三支撑梁和第四支撑梁；第一支撑梁和第二支撑梁上下平行设置，在第一支撑梁上设有第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽，第一卡槽卡设在第一钢拱架上，第二卡槽开设在第二钢拱架上，第三卡槽开设在第三钢拱架上；在第二支撑梁上设有第四卡槽、第五卡槽和第六卡槽，第四卡槽卡设在第一钢拱架上，第五卡槽开设在第二钢拱架上，第六卡槽开设在第三钢拱架上；第三支架梁和第四支架梁为弧形梁，第三支架梁和第四支架梁的弯曲弧度与所安装位置的隧道侧壁的弧度相适配；第三支架梁的第一端固定在第一支撑梁与第一钢拱架的结合处，第二端固定在第二支撑梁与第三钢拱架的结合处，中间部固定在第二钢拱架上；第四支架梁的第一端固定在第二支撑梁与第一钢拱架的结合处，第二端固定在第一支撑梁与第三钢拱架的结合处，中间部固定在第三支撑梁与第二钢拱架的结合处。
钻设在隧道壁中的锚索孔；
在所述锚索孔中安装有锚杆，锚杆的中部为中空结构，锚杆的内锚头处具有通孔，锚杆的内锚头锚固在锚索孔的围岩中；
在锚杆中穿设有锚索，锚索的锚固段伸出所述锚杆的内锚头的通孔后锚固在锚索孔的围岩中，锚索的自由端位于所述锚杆的杆体内。
2.根据权利要求1所述的加固围岩结构，其特征在于，所述锚索的外锚头和所述锚杆的外锚头固定在距离所述锚索和锚杆最近的钢拱架上。
3.根据权利要求1至2任一项所述的加固围岩结构，其特征在于，钢拱架上开设有通孔，锚索的外锚头和锚杆的外锚头穿过距离所述锚索和锚杆最近的钢拱架上的通孔后用同一垫板固定。
4.根据权利要求1至3任一项所述的加固围岩结构，其特征在于，锚索的锚固段与锚索孔的围岩的锚固体，与锚杆的内锚头与锚索孔的围岩的锚固体为一体结构。
5.根据权利要求1至4任一项所述的钢拱架，其特征在于，
每一钢拱架的脚部下方设有钢制支撑脚，钢拱架的脚部支撑在所述钢制支撑脚上，相邻钢拱架脚部下方的钢制支撑脚通过槽钢连接固定；
在所述钢制支撑脚上，于钢拱架的两侧设有阻挡限位件，在所述阻挡限位件上设有钢拱架脚部位置调节装置；
所述钢拱架脚部位置调节装置包括设在所述阻挡限位件上的螺纹孔和穿设在所述螺纹孔中的调节螺栓；或
所述钢拱架脚部位置调节装置包括：所述阻挡限位件上靠近钢拱架脚部的一侧的斜坡，和设在所述阻挡限位件的所述斜坡与钢拱架脚部之间楔形块。
6.根据权利要求1至5任一项所述的钢拱架，其特征在于，第一钢拱架包括顶部支拱架、左上支拱架、左中支拱架、左下支拱架、右上支拱架、右中支拱架和右下支拱架；
右侧导坑上台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后0米；
中部支撑土上台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后95米；
左侧导坑中台阶和右侧导坑中台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后115米；
中部支撑土中台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后125米；
左侧导坑下台阶和右侧导坑下台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后135米；
中部支撑土下台阶，比左侧导坑上台阶开挖滞后155米；
仰拱，比左侧导坑上台阶开挖滞后175米。
左上支拱架支护在左侧导坑左上部的侧壁上，左中支拱架支护在左侧导坑左中部的侧壁上，左下支拱架支护在左侧导坑左下部的侧壁上；左中支拱架上部与左上支拱架固定连接，下部与左下支拱架固定连接；
右上支拱架，支护在右侧导坑右上部的侧壁上，右中支拱架支护在右侧导坑右中部的侧壁上，右下支拱架支护在右侧导坑右下部的侧壁上；右中支拱架上部与右上支拱架固定连接，下部与右下支拱架固定连接；
顶部支拱架支护在中部支撑土上台阶的顶部，并与左上支拱架和右上支拱架固定连接；
仰拱的左端与左下支拱架的下部固定连接，右端与右下支拱架的下部固定连接。
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