CN111594236B - 一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法 - Google Patents

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    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
    • E21D20/021—Grouting with inorganic components, e.g. cement

Abstract

本发明公开了一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，通过将掌子面划分为弧形环面区和核心土区，预留核心土区约束掌子面前方土体挤出变形；再对弧形环面区和核心土区划分，按照划分的不同进行设置不同间距的玻璃纤维锚杆，从而减少玻璃纤维锚杆数量，减少作业工人的工程量，减少施工周期，有效的减少了施工成本。

Description

一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法。
背景技术
目前国内隧道、地铁等建设过程中，很多建设线路自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞空偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带以下经过时，由于其自稳能力比较弱甚至没有自稳能力，开挖时可能引起开挖工作面不能自稳或地面沉降过大的情况；因此，在软弱围岩中施工中最重要的是提高掌子面围岩的自稳能力，保证开挖及后续作业的进行。必须采用施工辅助措施对掌子面地层进行预支护或预加固。
近年来，且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；玻璃纤维锚杆注浆作为国内新引进的隧道“新意法”施工工法的配套技术已受到隧道工程界的广泛关注，玻璃纤维锚杆的主要组成为玻璃纤维增强聚合物，材料的性能取决于纤维和聚合物的类型及横断面形状等，所以玻璃纤维材料的性能具有灵活多变的特点，能适合不同工程的特殊要求；但是目前由于“新意法”是采用的在整个掌子面上均匀设置玻璃纤维锚杆，然后进行全断面开挖，由于采用全断面开挖，在地质比较复杂的地方，由于土的强度不同，可能会造成掌子面前方土体挤出变形；且施工中会造成需注浆的玻璃纤维锚杆数量较多，从而增加作业工人的工程量，这样的施工方法会极大的增加施工周期，从而增加施工成本。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，包括如下步骤：
S1：测量放线：将掌子面划分为弧形环面区和核心土区，在弧形环面区和核心土区的位置上分别测量出玻璃纤维锚杆的钻孔位置，玻璃纤维锚杆在弧形环面区和核心土区上分别按照梅花形布置；
S2：钻孔：用风动凿岩机对弧形环面区和核心土区分别进行钻孔，所述钻孔直径大于注浆管径；所述钻孔深度大于所述玻璃纤维锚杆的长度，且钻孔深度超过大量块石层的底层；
所述玻璃纤维锚杆尾端外露20cm支撑于掌子面上；
所述玻璃纤维锚杆孔位钻设与预设孔位偏差小于或等于1cm；
S2：注浆：注浆前先喷射5～10cm厚的混凝土封闭掌子面；根据不同的地质条件选用不同的注浆材料，注浆泵压注水泥浆或水泥砂浆；注浆方式采用自上而下顺序进行，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大；
单孔注浆压力达到0.5～2.0Mpa，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80％及以上时注浆方可结束；
S3：开挖：先对已注浆的弧形环面区进行开挖，将已注浆的核心土区留置形状为梯形；所述弧形环面区比核心土区开挖超前500～700cm，两工序平行作业。
一般采用的在整个掌子面上均匀设置玻璃纤维锚杆，然后进行全断面开挖，由于采用全断面开挖，在地质比较复杂的地方，由于土的强度不同，可能会造成掌子面前方土体挤出变形。
本发明首先采用对掌子面进行划分，将掌子面划分为弧形环面区和核心土区，其次再在弧形环面区和核心土区上分别设置的玻璃纤维锚杆进行注浆，然后我们对已注浆的弧形环面区进行开挖，预留出已注浆的核心土区，这样可以增大其抗压抗剪能力，约束掌子面前方土体挤出变形；同时预留核心土区施加反向推力，限制前方土体应力应变释放，同时已注浆的弧形环面区可在核心土区的上部形成支护拱圈，减少了土块塌落。掌子面喷射混凝土，保证了注浆压力，防止了空隙溢浆。玻璃纤维锚杆外露长度为20cm，以便连接孔口阀门和管路；钻孔深度超过大量块石层的底层，避免二次对位钻进，防止钻孔扭曲和变径，造成塌孔或其他事故。
进一步的，在步骤S1中，从掌子面的路面线的中点处放样出两条从路面线的中点到掌子面轮廓线的左侧放样线和右侧放样线；
所述左侧放样线和右侧放样线分别将弧形环面区划分为中部弧形环面区、左侧弧形环面区和右侧弧形环面区；将核心土区划分为中部核心土区、左侧核心土区和右侧核心土区；
所述左侧弧形环面区与左侧核心土区组成左侧注浆面区，所述右侧弧形环面区和右侧核心土区组成右侧注浆面区；所述左侧注浆面区与右侧注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆的间距为d1；
所述中部弧形环面区与中部核心土区组成中部注浆面区，所述中部注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆的间距为d2；所述d1<d2。
一般的施工辅助措施采用玻璃纤维锚杆注浆，将玻璃纤维锚杆在整个掌子面上按照固定的间距布置，然后再对整个掌子面进行全断面开挖，由于玻璃纤维锚杆是均匀设置在掌子面上，且分布位置比较密集，会造成需注浆的玻璃纤维锚杆数量较多，从而增加作业工人的工程量，这样的施工方法会极大的增加施工周期，从而增加施工成本。
本发明在掌子面的路面线的中点处放样出两条左侧放样线和右侧放样线，将整个掌子面划分为左侧注浆面区、中部注浆面区和右侧注浆面区，且左侧注浆面区和右侧注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆间距d1小于中部注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆间距d2；由于左侧注浆面区和右侧注浆面区需要抵抗来自于掌子面的压力，而中部注浆面区相对于左右两侧注浆面区的压力较小，因此，增加左右两侧注浆面区上的玻璃纤维锚杆的布置密度，可以很好的抵抗来自于掌子面的压力；且左右两侧注浆面区的面积较小，中部注浆面区的面积较大，这样可以减少中部弧形环面区玻璃纤维锚杆的材料消耗，也可以提高中部弧形环面区开挖的工作时间；减少施工工人的工作量，提高施工工人的工作效率。
进一步的，所述路面线从中点处划分为左侧路面线和右侧路面线；所述左侧放样线与所述左侧路面线形成的角度小于90°；所述右侧放样线与所述右侧路面线形成的角度小于90°。
进一步的，所述左侧放样线与所述左侧路面线形成的角度为30°；所述右侧放样线与所述右侧路面线形成的角度为30°；所述左侧注浆面区与右侧注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆的间距d1为100cm；所述中部注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆的间距d2为200cm；经过发明人对左右两侧注浆面区所承受的压力值分析，得到在放样线与左侧路面线形成的角度为30°和右侧放样线与右侧路面线形成的角度为30°，左右两侧注浆面区相邻的玻璃纤维锚杆间距d1为100cm时，左右两侧注浆面区能够很好承受来自于掌子面的压力值。
优选的，所述玻璃纤维锚杆为FL30×7型锚杆。
优选的，所述浆液初凝时间为1～2min。
优选的，所述注浆泵采用KBY-50/70注浆泵。
优选的，所述水泥采用P042.5普通硅酸盐水泥。
优选的，所述风动凿岩机采用YT28型凿岩机。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明施工方法通过将掌子面划分为弧形环面区和核心土区，预留核心土区约束掌子面前方土体挤出变形；再对弧形环面区和核心土区划分，按照划分的不同进行设置不同间距的玻璃纤维锚杆，从而减少玻璃纤维锚杆数量，减少作业工人的工程量，减少施工周期，有效的减少了施工成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法的结构示意图。
图2为一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法的剖面图。
附图标记及对应的零部件名称：
1-玻璃纤维锚杆；2-中部弧形环面区；3-中部核心土区；4-左侧弧形环面区；5-左侧核心土区；6-右侧弧形环面区；7-右侧核心土区；8-核心土区；9-弧形环面区；10-支护段；11-二衬；12-路面线；13-左侧放样线；14-右侧放样线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
【实施例】
一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，包括如下步骤：
S1：测量放线：将掌子面划分为弧形环面区9和核心土区8，在弧形环面区9和核心土区(8)的位置上分别测量出玻璃纤维锚杆1的钻孔位置，玻璃纤维锚杆1在弧形环面区9和核心土区8上分别按照梅花形布置；
S2：钻孔：用风动凿岩机对弧形环面区9和核心土区8分别进行钻孔，所述钻孔直径大于注浆管径；所述钻孔深度大于所述玻璃纤维锚杆1的长度，且钻孔深度超过大量块石层的底层；
所述玻璃纤维锚杆1尾端外露20cm支撑于掌子面上；
所述玻璃纤维锚杆1孔位钻设与预设孔位偏差小于或等于1cm；
S2：注浆：注浆前先喷射5～10cm厚的混凝土封闭掌子面；根据不同的地质条件选用不同的注浆材料，注浆泵压注水泥浆或水泥砂浆；注浆方式采用自上而下顺序进行，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大；
单孔注浆压力达到0.5～2.0Mpa，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80％及以上时注浆方可结束；
S3：开挖：先对已注浆的弧形环面区9进行开挖，将已注浆的核心土区8留置形状为梯形；所述弧形环面区9比核心土区8开挖超前500～700cm，两工序平行作业。
一般采用的在整个掌子面上均匀设置玻璃纤维锚杆，然后进行全断面开挖，由于采用全断面开挖，在地质比较复杂的地方，由于土的强度不同，可能会造成掌子面前方土体挤出变形。
本发明首先采用对掌子面进行划分，将掌子面划分为弧形环面区9和核心土区8，其次再在弧形环面区9和核心土区8上分别设置的玻璃纤维锚杆1进行注浆，然后我们对已注浆的弧形环面区9进行开挖，预留出已注浆的核心土区8，这样可以增大其抗压抗剪能力，约束掌子面前方土体挤出变形；同时预留核心土区8施加反向推力，限制前方土体应力应变释放，同时已注浆的弧形环面区9可在核心土区8的上部形成支护拱圈，减少了土块塌落。掌子面喷射混凝土，保证了注浆压力，防止了空隙溢浆。玻璃纤维锚杆1外露长度为20cm，以便连接孔口阀门和管路；钻孔深度超过大量块石层的底层，避免二次对位钻进，防止钻孔扭曲和变径，造成塌孔或其他事故。
进一步的，在步骤S1中，从掌子面的路面线12的中点处放样出两条从路面线12的中点到掌子面轮廓线的左侧放样线13和右侧放样线14；
所述左侧放样线13和右侧放样线14分别将弧形环面区9划分为中部弧形环面区2、左侧弧形环面区4和右侧弧形环面区6；将核心土区划分为中部核心土区3、左侧核心土区5和右侧核心土区7；
所述左侧弧形环面区4与左侧核心土区5组成左侧注浆面区，所述右侧弧形环面区6和右侧核心土区7组成右侧注浆面区；所述左侧注浆面区与右侧注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆1的间距为d1；
所述中部弧形环面区2与中部核心土区(3)组成中部注浆面区，所述中部注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆1的间距为d2；所述d1<d2。
一般的施工辅助措施采用玻璃纤维锚杆注浆，将玻璃纤维锚杆在整个掌子面上按照固定的间距布置，然后再对整个掌子面进行全断面开挖，由于玻璃纤维锚杆是均匀设置在掌子面上，且分布位置比较密集，会造成需注浆的玻璃纤维锚杆数量较多，从而增加作业工人的工程量，这样的施工方法会极大的增加施工周期，从而增加施工成本。
本发明在掌子面的路面线的中点处放样出两条左侧放样线13和右侧放样线14，将整个掌子面划分为左侧注浆面区、中部注浆面区和右侧注浆面区，且左侧注浆面区和右侧注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆1间距d1小于中部注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆1间距d2；由于左侧注浆面区和右侧注浆面区需要抵抗来自于掌子面的压力，而中部注浆面区相对于左右两侧注浆面区的压力较小，因此，增加左右两侧注浆面区上的玻璃纤维锚杆1的布置密度，可以很好的抵抗来自于掌子面的压力；且左右两侧注浆面区的面积较小，中部注浆面区的面积较大，这样可以减少中部弧形环面区2玻璃纤维锚杆1的材料消耗，也可以提高中部弧形环面区2开挖的工作时间；减少施工工人的工作量，提高施工工人的工作效率。
如图1、图2所示，为了进一步的说明本实施例的实施过程，本实施例以地质条件为砂夹卵石层来进行说明：
S1：测量放线：将掌子面划分为弧形环面区9和核心土区8，从掌子面的路面线12的中点处放样出两条从路面线12的中点到掌子面轮廓线的左侧放样线13和右侧放样线14；左侧放样线13与左侧路面线形成的角度为30°，所述右侧放样线14与右侧路面线形成的角度为30°；左侧放样线13和右侧放样线14分别将弧形环面区9划分为中部弧形环面区2、左侧弧形环面区4和右侧弧形环面区6，将核心土区划分为中部核心土区3、左侧核心土区5和右侧核心土区7；
左侧弧形环面区4与左侧核心土区5组成左侧注浆面区，右侧弧形环面区6和右侧核心土区7组成右侧注浆面区；左侧注浆面区与右侧注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆1的间距d1为100cm；所述中部弧形环面区2与中部核心土区3组成中部注浆面区，所述中部注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆1的间距d2为200cm；
在左侧注浆面区、右侧注浆面区和中部注浆面区上分别测量出玻璃纤维锚杆1的钻孔位置，玻璃纤维锚杆1按照不同间距和不同的受力情况进行梅花形布置。
采用FL30×7型玻璃纤维锚杆，玻璃纤维锚杆长度为600cm，相邻玻璃纤维锚杆之间的搭接长度不得小于100cm。
S2：钻孔：采用YT28型风动凿岩机对测量出的玻璃纤维锚杆1钻孔位置进行钻孔，钻孔直径较注浆管径大2cm以上；开钻后要注意孔深的控制，一定要超过大量块石层的底层0.5-1.0米，且钻孔深度大于玻璃纤维锚杆1的长度；玻璃纤维锚杆1尾端外露20cm支撑于掌子面上，以便连接孔口阀门和管路；玻璃纤维锚杆1孔位钻设与预设孔位偏差小于或等于1cm。
S2：注浆：注浆前先喷射5～10cm厚的混凝土封闭掌子面；根据地质条件为砂夹卵石层、空隙率为40％～50％、有效注浆率为0.5～0.7，因此采用注浆材料为水泥浆，水泥浆液应采用拌合桶配制，配制水泥浆时，应防止杂物混入，拌制好的浆液必须过滤后使用；注浆应采用KBY-50/70注浆泵压注水泥浆，为加速注浆，可安装分浆器同时多管注浆；配制好的浆液应在规定时间内注完，随配随用；注浆方式采用自上而下顺序进行，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大；
当发生串浆时，应采用分浆器多孔注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆；当注浆压力突然升高时应停机查明原因；当水泥浆进浆量很大、压力不变时，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，采用小流量低压力注浆或间歇式注浆；注浆压力应符合设计要求，浆液必须充满钢管及其周围的空隙。
单孔注浆压力达到0.5～2.0Mpa，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80％及以上时注浆方可结束；
S3：开挖：先对已注浆的弧形环面区9进行开挖，将已注浆的核心土区8留置形状为梯形；所述弧形环面区9比核心土区8开挖超前500～700cm，两工序平行作业。
当完成已注浆的弧形环面区9的开挖后，对开挖后形成的弧形环槽进行支护，支护完成后，可对预留核心土开挖；如此反复，可即可实现本发明一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：测量放线：将掌子面划分为弧形环面区(9)和核心土区(8)，在弧形环面区(9)和核心土区(8)的位置上分别测量出玻璃纤维锚杆(1)的钻孔位置，玻璃纤维锚杆(1)在弧形环面区(9)和核心土区(8)上分别按照梅花形布置；
S2：钻孔：用风动凿岩机对弧形环面区(9)和核心土区(8)分别进行钻孔，所述钻孔直径大于注浆管径；所述钻孔深度大于所述玻璃纤维锚杆(1)的长度，且钻孔深度超过大量块石层的底层；
所述玻璃纤维锚杆(1)尾端外露20cm支撑于掌子面上；
所述玻璃纤维锚杆(1)孔位钻设与预设孔位偏差小于或等于1cm；
S2：注浆：注浆前先喷射5～10cm厚的混凝土封闭掌子面；根据不同的地质条件选用不同的注浆材料，注浆泵压注水泥浆或水泥砂浆；注浆方式采用自上而下顺序进行，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大；
单孔注浆压力达到0.5～2.0Mpa，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80％及以上时注浆方可结束；
S3：开挖：先对已注浆的弧形环面区(9)进行开挖，将已注浆的核心土区(8)留置形状为梯形；所述弧形环面区(9)比核心土区(8)开挖超前500～700cm，两工序平行作业。
2.根据权利要求1所述的一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：在步骤S1中，从掌子面的路面线(12)的中点处放样出两条从路面线(12)的中点到掌子面轮廓线的左侧放样线(13)和右侧放样线(14)；
所述左侧放样线(13)和右侧放样线(14)分别将弧形环面区(9)划分为中部弧形环面区(2)、左侧弧形环面区(4)和右侧弧形环面区(6)；将核心土区划分为中部核心土区(3)、左侧核心土区(5)和右侧核心土区(7)；
所述左侧弧形环面区(4)与左侧核心土区(5)组成左侧注浆面区，所述右侧弧形环面区(6)和右侧核心土区(7)组成右侧注浆面区；所述左侧注浆面区与右侧注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆(1)的间距为d1；
所述中部弧形环面区(2)与中部核心土区(3)组成中部注浆面区，所述中部注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆(1)的间距为d2；所述d1<d2。
3.根据权利要求2所述的一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：所述路面线(12)从中点处划分为左侧路面线和右侧路面线；所述左侧放样线(13)与所述左侧路面线形成的角度小于90°；所述右侧放样线(14)与所述右侧路面线形成的角度小于90°。
4.根据权利要求3所述的一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：所述左侧放样线(13)与所述左侧路面线形成的角度为30°；所述右侧放样线(14)与所述右侧路面线形成的角度为30°；所述左侧注浆面区与右侧注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆(1)的间距d1为100cm；所述中部注浆面区上设置的相邻玻璃纤维锚杆(1)的间距d2为200cm。
5.根据权利要求1所述的一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：所述玻璃纤维锚杆(1)为FL30×7型锚杆。
6.根据权利要求1所述的一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：所述浆液初凝时间为1～2min。
7.根据权利要求1所述的一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：所述注浆泵采用KBY-50/70注浆泵。
8.根据权利要求1所述的一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：所述水泥采用P042.5普通硅酸盐水泥。
9.根据权利要求1所述的一种结合全断面玻璃纤维锚杆与核心土加固的施工方法，其特征在于：所述风动凿岩机采用YT28型凿岩机。
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