CN110486068B - 一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构及其施工方法，结构中锁脚锚杆（1）穿过上部型钢拱架（2）的预留孔（203）顶部插入对应的钻孔中，锁脚锚杆（1）穿过预留孔（203）处上侧和下侧的锚固底板（5）分别通过旋紧锚具Ⅰ（3）和旋紧锚具Ⅱ（4）抵固在腹板（202）上，锁脚锚杆（1）中插有加强杆（6）；方法首先在围岩上钻孔，然后布置上部型钢拱架（2）使钻孔与对应预留孔（203）对齐，再锁脚锚杆（1）都插入到围岩的钻孔并旋紧旋紧锚具Ⅰ（3）后借助注浆泵的压力将浆液通过锁脚锚杆（1）渗入、扩散到岩层孔隙或裂隙中，最后将加强杆件（6）插入到锁脚锚杆（1）中。极大的提高了隧道围岩的自稳能力，超前支护效果好。

Description

一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土浇筑装置，更具体的说涉及一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构及其施工方法，属于隧道施工技术领域。

背景技术

随着我国公路、铁路隧道的蓬勃发展，隧道占比日渐增大；在隧道工程建设中，遇到的隧道安全支护问题越来越多，所以保证隧道围岩稳定对隧道建设具有重要意义。锁脚锚杆是通过钻孔将锚杆压入钢格栅或型钢里的地层中，借助注浆泵的压力使浆液通过锚杆渗入、扩散到岩层孔隙或裂隙中，以改善岩体物理力学性能，有效地限制岩层松弛变形从而达到提高开挖面岩层自稳能力和延长岩自稳的目的。锁脚锚杆通常用于台阶法开挖支护，在上台阶开挖支护完成开挖下断面前、在隧道横截面于拱脚斜向下打入锁脚锚杆，即可稳定拱脚、减少初期支护悬空引起的沉降，又可对下部开挖起到超前支护作用。相比于其它支护结构，锁脚锚杆的经济实用性和加固效果都更好；由于其简单易行，经济、效果明显，大大地提高了施工效率，省去了其他辅助施工措施，节约了人力、物力，因此，在国内外的大断面隧道施工中得到了广泛的运用。

在实际施工中，锁脚锚杆和上部型钢拱架焊接在一起形成锁脚锚杆与钢拱架联合承载机制，共同承载围岩压力；但是，该种连接方式在承受一定围岩压力时，通常当锁脚锚杆和钢拱架本身还未达到极限承载力时，锚杆端头焊接部位却超过了焊接强度而易发生破坏。同时，在施工过程中，焊接劳动强度大；且在隧道内由于空间有限，焊接所产生的有害气体，对施工人员造成一定的伤害。此外，在隧道横截面，于拱脚处斜向下打入锁脚锚杆的传统施工方法，仅可对下部开挖起到超前支护作用，没有对前方开挖起到超前支护的作用，不能满足支护需求。

发明内容

本发明的目的在于针对存在的上述技术问题，提供一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构及其施工方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构，包括锁脚锚杆和上部型钢拱架，所述的上部型钢拱架包括两端的翼缘和中间的腹板，所述的腹板上设置有若干个预留孔，围岩上对应预留孔设置有多个钻孔，所述锁脚锚杆穿过预留孔顶部插入对应的钻孔中。

所述腹板上的预留孔按0.6m-0.8m距离设置。

所述围岩上的钻孔轴线指向隧道中心并与隧道轴线夹角为40°-50°。

所述的锁脚锚杆穿过预留孔处上侧和下侧分别设置有锚固底板，所述的锚固底板为中部开有孔洞、截面为梯形的棱柱体，锁脚锚杆穿过锚固底板中部的孔洞，预留孔上侧的锚固底板通过旋紧锚具Ⅰ抵固在腹板上，预留孔下侧的锚固底板通过旋紧锚具Ⅱ抵固在腹板上。

所述的旋紧锚具Ⅰ为空心圆柱体，旋紧锚具Ⅰ内孔设置有卡固螺纹Ⅰ，所述的旋紧锚具Ⅱ为空心圆柱体，旋紧锚具Ⅱ内孔设置有卡固螺纹Ⅱ，旋紧锚具Ⅱ底部设置有底板，所述的锁脚锚杆中下部设置有预制螺纹Ⅰ，锁脚锚杆底端部设置有预制螺纹Ⅱ，锁脚锚杆穿过旋紧锚具Ⅰ内孔和旋紧锚具Ⅱ内孔，锁脚锚杆中下部的预制螺纹Ⅰ与卡固螺纹Ⅰ螺纹配合连接，锁脚锚杆底端的预制螺纹Ⅱ与卡固螺纹Ⅱ螺纹配合连接。

所述的锁脚锚杆为空心钢管，锁脚锚杆中插有加强杆，所述的加强杆顶部深入围岩一定距离。

所述的加强杆顶部深入围岩的深度为1.5-2倍锁脚锚杆外露的长度。

一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构的施工方法，包括下面的步骤：

步骤一，首先在隧道上台阶开挖完成后，根据事先设计的钻孔角度和间距在围岩上钻孔；

步骤二，钻孔完成后，布置上部型钢拱架，并保证钻孔与上部型钢拱架上的对应预留孔对齐；

步骤三，将旋紧锚具Ⅰ和预留孔上侧的锚固底板托举，使围岩上钻孔、旋紧锚具Ⅰ内孔、锚固底板中部孔洞、上部型钢拱架上的预留孔对齐，然后将锁脚锚杆通过上部型钢拱架上的预留孔插入钻孔中，使得旋紧锚具Ⅰ和该锚固底板与上部型钢拱架通过锁脚锚杆串接，此时旋紧旋紧锚具Ⅰ，以使该锚固底板抵固在上部型钢拱架的腹板上，多次重复此操作至所有锁脚锚杆都插入到围岩的钻孔并旋紧旋紧锚具Ⅰ后，借助注浆泵的压力将浆液通过锁脚锚杆渗入、扩散到岩层孔隙或裂隙中；

步骤四，将加强杆件插入到锁脚锚杆中，并通过旋紧旋紧锚具Ⅱ来支撑加强杆，并使预留孔下侧的锚固底板抵固在上部型钢拱架的腹板上。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明结构简单、成本小、操作方便安全，锁脚锚杆穿过预留孔顶部插入对应的钻孔中于斜前方深入隧道围岩中，这样不仅将上部型钢拱架所承受的围岩压力通过锁脚锚杆传递到隧道围岩中，稳定了钢拱架，有效控制了拱顶沉降，还可在隧道开挖方向起到超前支护的作用，极大的提高了隧道围岩的自稳能力，使得隧道开挖更加安全，超前支护效果好。

2、本发明中锁脚锚杆穿过预留孔顶部插入对应的钻孔中，因此锁脚锚杆和上部型钢拱架采用非焊接的方式连接，结构强度大；同时杜绝了由焊接产生的有害气体，更加安全可靠。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明整体效果图。

图3是本发明中锁脚锚杆结构示意图。

图4是本发明中上部型钢拱架结构示意图。

图5是本发明中旋紧锚具Ⅰ结构示意图。

图6是本发明中旋紧锚具Ⅱ结构示意图。

图7是本发明中锚固底板结构示意图。

图8是本发明中加强杆结构示意图。

图中：锁脚锚杆1，上部型钢拱架2，翼缘201，腹板202，预留孔203，旋紧锚具Ⅰ3，卡固螺纹Ⅰ301，旋紧锚具Ⅱ4，卡固螺纹Ⅱ401，底板402，锚固底板5，旋紧锚具Ⅰ3，旋紧锚具Ⅱ4，加强杆6，隧道侧壁7，开挖掌子面8，上台阶9，下台阶10。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图4，一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构，包括锁脚锚杆1和上部型钢拱架2。所述的上部型钢拱架2包括两端的翼缘201和中间的腹板202，所述的腹板202上设置有若干个预留孔203，围岩上对应预留孔203设置有多个钻孔，预留孔203半径略大于锁脚锚杆1，所述锁脚锚杆1穿过预留孔203顶部插入对应的钻孔中；该围岩上的钻孔应在布置上部型钢拱架2之前布置。

参见图1至图4，具体的，所述腹板202上的预留孔203按0.6m-0.8m距离设置，即每隔0.6m-0.8m布置一个。

参见图1至图4，具体的，所述围岩上的钻孔轴线指向隧道中心并与隧道轴线夹角为40°-50°；钻孔选取的角度应保证锁脚锚杆1不与上部型钢拱架2的翼缘201接触。图1中箭头指向为隧道轴向，图2中θ为锁脚锚杆1与隧道侧壁7走向夹角。

参见图1至图4、图7，具体的，所述的锁脚锚杆1穿过预留孔203处上侧和下侧分别设置有锚固底板5，所述的锚固底板5为中部开有孔洞、截面为梯形的棱柱体，锚固底板5中部的孔洞半径与锁脚锚杆1一致，锁脚锚杆1穿过锚固底板5中部的孔洞。预留孔203上侧的锚固底板5通过旋紧锚具Ⅰ3抵固在腹板202上，预留孔203下侧的锚固底板5通过旋紧锚具Ⅱ4抵固在腹板202上。由此，锁脚锚杆1与上部型钢拱架2形成稳定牢固的共同受力结构，围岩压力先通过上部型钢拱架2传递给锁脚锚杆1端部，最后由锁脚锚杆1传递到围岩中。

参见图1至图6，具体的，所述的旋紧锚具Ⅰ3为空心圆柱体，旋紧锚具Ⅰ3内孔设置有卡固螺纹Ⅰ301；所述的旋紧锚具Ⅱ4为空心圆柱体，旋紧锚具Ⅱ4内孔设置有卡固螺纹Ⅱ401，旋紧锚具Ⅱ4底部设置有底板402，底板402为短圆柱体，底板402与旋紧锚具Ⅱ4为一体式结构，制作时须将二者制作成一个整体，共同受力。所述的锁脚锚杆1中下部设置有预制螺纹Ⅰ101，锁脚锚杆1底端部设置有预制螺纹Ⅱ102，锁脚锚杆1穿过旋紧锚具Ⅰ3内孔和旋紧锚具Ⅱ4内孔，锁脚锚杆1中下部的预制螺纹Ⅰ101与卡固螺纹Ⅰ301螺纹配合连接，锁脚锚杆1底端的预制螺纹Ⅱ102与卡固螺纹Ⅱ401螺纹配合连接。

参见图1、图7，进一步的，所述的锁脚锚杆1为空心钢管，锁脚锚杆1中插有加强杆6，所述加强杆6为半径略小于锁脚锚杆1的长圆柱体；所述的加强杆6顶部深入围岩一定距离，加强杆6底端由旋紧锚具Ⅱ4底部的底板402支撑。具体的，所述的加强杆6顶部深入围岩的深度为1.5-2倍锁脚锚杆1外露的长度，加强杆6顶部深入围岩的深度即为不在围岩内的部分的长度。

参见图1至图8，一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构的施工方法，包括下面的步骤：

步骤一，首先在隧道上台阶9开挖完成后，根据事先设计的钻孔角度和间距在围岩上钻孔。

步骤二，钻孔完成后，布置上部型钢拱架2，并保证钻孔与上部型钢拱架2上的对应预留孔203对齐。

步骤三，将旋紧锚具Ⅰ3和预留孔203上侧的锚固底板5托举，使围岩上钻孔、旋紧锚具Ⅰ3内孔、锚固底板5中部孔洞、上部型钢拱架2上的预留孔203对齐，然后将锁脚锚杆1通过上部型钢拱架2上的预留孔203插入钻孔中，使得旋紧锚具Ⅰ3和该锚固底板5与上部型钢拱架2通过锁脚锚杆1串接，此时旋紧旋紧锚具Ⅰ3，以使该锚固底板5抵固在上部型钢拱架2的腹板202上；多次重复此操作至所有锁脚锚杆1都插入到围岩的钻孔并旋紧旋紧锚具Ⅰ3后，借助注浆泵的压力将浆液通过锁脚锚杆1渗入、扩散到岩层孔隙或裂隙中。

步骤四，将加强杆件6插入到锁脚锚杆1中，并通过旋紧旋紧锚具Ⅱ4来支撑加强杆6，并使预留孔203下侧的锚固底板5抵固在上部型钢拱架2的腹板202上。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构的施工方法，其中的隧道超前支护式锁脚锚杆结构包括锁脚锚杆(1)和上部型钢拱架(2)，所述的上部型钢拱架(2)包括两端的翼缘(201)和中间的腹板(202)，所述的腹板(202)上设置有若干个预留孔(203)，围岩上对应预留孔(203)设置有多个钻孔，所述锁脚锚杆(1)穿过预留孔(203)顶部插入对应的钻孔中，所述的锁脚锚杆(1)穿过预留孔(203)处上侧和下侧分别设置有锚固底板(5)，所述的锚固底板(5)为中部开有孔洞、截面为梯形的棱柱体，锁脚锚杆(1)穿过锚固底板(5)中部的孔洞，预留孔(203)上侧的锚固底板(5)通过旋紧锚具Ⅰ(3)抵固在腹板(202)上，预留孔(203)下侧的锚固底板(5)通过旋紧锚具Ⅱ(4)抵固在腹板(202)上，所述的旋紧锚具Ⅰ(3)为空心圆柱体，旋紧锚具Ⅰ(3)内孔设置有卡固螺纹Ⅰ(301)，所述的旋紧锚具Ⅱ(4)为空心圆柱体，旋紧锚具Ⅱ(4)内孔设置有卡固螺纹Ⅱ(401)，旋紧锚具Ⅱ(4)底部设置有底板(402)，所述的锁脚锚杆(1)中下部设置有预制螺纹Ⅰ(101)，锁脚锚杆(1)底端部设置有预制螺纹Ⅱ(102)，锁脚锚杆(1)穿过旋紧锚具Ⅰ(3)内孔和旋紧锚具Ⅱ(4)内孔，锁脚锚杆(1)中下部的预制螺纹Ⅰ(101)与卡固螺纹Ⅰ(301)螺纹配合连接，锁脚锚杆(1)底端的预制螺纹Ⅱ(102)与卡固螺纹Ⅱ(401)螺纹配合连接，其特征在于，包括下面的步骤：

步骤一，首先在隧道上台阶(9)开挖完成后，根据事先设计的钻孔角度和间距在围岩上钻孔；

步骤二，钻孔完成后，布置上部型钢拱架(2)，并保证钻孔与上部型钢拱架(2)上的对应预留孔(203)对齐；

步骤三，将旋紧锚具Ⅰ(3)和预留孔(203)上侧的锚固底板(5)托举，使围岩上钻孔、旋紧锚具Ⅰ(3)内孔、锚固底板(5)中部孔洞、上部型钢拱架(2)上的预留孔(203)对齐，然后将锁脚锚杆(1)通过上部型钢拱架(2)上的预留孔(203)插入钻孔中，使得旋紧锚具Ⅰ(3)和该锚固底板(5)与上部型钢拱架(2)通过锁脚锚杆(1)串接，此时旋紧旋紧锚具Ⅰ(3)，以使该锚固底板(5)抵固在上部型钢拱架(2)的腹板(202)上，多次重复此操作至所有锁脚锚杆(1)都插入到围岩的钻孔并旋紧旋紧锚具Ⅰ(3)后，借助注浆泵的压力将浆液通过锁脚锚杆(1)渗入、扩散到岩层孔隙或裂隙中；

步骤四，将加强杆件(6)插入到锁脚锚杆(1)中，并通过旋紧旋紧锚具Ⅱ(4)来支撑加强杆(6)，并使预留孔(203)下侧的锚固底板(5)抵固在上部型钢拱架(2)的腹板(202)上。

2.根据权利要求1所述的一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构的施工方法，其特征在于：所述腹板(202)上的预留孔(203)按0.6m-0.8m距离设置。

3.根据权利要求1所述的一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构的施工方法，其特征在于：所述围岩上的钻孔轴线指向隧道中心并与隧道轴线夹角为40°-50°。

4.根据权利要求1所述的一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构的施工方法，其特征在于：所述的锁脚锚杆(1)为空心钢管，锁脚锚杆(1)中插有加强杆(6)，所述的加强杆(6)顶部深入围岩一定距离。

5.根据权利要求4所述的一种隧道超前支护式锁脚锚杆结构的施工方法，其特征在于：所述的加强杆(6)顶部深入围岩的深度为1.5-2倍锁脚锚杆(1)外露的长度。

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