CN111894625B - 一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法和装置 - Google Patents

一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大断面软弱围岩隧道高预应力锚杆支护方法和装置，包括以下步骤：开孔并清理：首先对开掘的隧道进行喷浆、挂网喷浆进行封闭围岩，喷浆层厚度在40mm，防止围岩进一步吸水软化，通过常用的钻孔设备在破碎岩层钻支护孔和索孔，索孔设置在支护孔之间，钻孔结束后，将支护孔内的碎石清理干净。本大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法和装置，通过安装锚杆本体，并通过为锚杆本体连通电源，岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过连接阴极的锚杆本体和锚杆本体与支护孔之间的空隙排出孔外，减少低渗透性软岩的含水率，增加稳固度。

Description

一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法和装置
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法和装置。
背景技术
软岩即称为松软岩层，具有强膨胀、易扰动、易崩解等物理力学性质。软岩在天然状态下较为完整、坚硬，力学性质良好，遇水后短时间内迅速膨胀、崩解和软化，各项力学强度指标随着含水量的增加和饱水时间的延长而不断降低。随着资源开采深度的持续增加，在冶金矿山隧道、水电站硐室、煤矿隧道、铁路隧道等重大工程中穿越软弱破碎岩层的情况日趋增多，对隧道施工技术与支护带来了很大的挑战。软岩隧道围岩中的水通常有两部分来源，一部分源于岩体内部的毛细水和结合水，另一部分则来自于钻眼、喷雾等施工带来的自由水。对于隧道围岩来说，含水率越高，岩体力学强度越低，稳定性越差。因此，如果降低围岩中的含水率，则可使软岩的原位强度得到提高。在软岩隧道支护方面，目前已形成了锚喷、锚网喷、锚喷网架系列技术、钢架支护系列技术、钢管混凝土系列技术、料石碹支护系列技术和注浆加固系列技术等。上述软岩隧道支护技术，对软岩隧道起到了一定的作用，都是比较成熟的大量使用的技术，但都是在支护体系方面开展技术工作，忽视了围岩自身强度问题。
我国锚杆支护技术应用始于一九五五年左右，经过多年的推广与发展，已是近代岩土工程领域一个十分重要组成部分。岩土锚固技术可控制岩土体变形，提高岩土体的自身强度和自稳能力，具有施工成本低、支护效果好、劳动强度相对低的优点，广泛应用于边坡防护、基坑、隧道、坝体、码头、地铁、地下空间工程及拉力型基础等工程领域。然而，在软弱地层中传统锚杆支护技术还存在许多问题亟待解决。比如，由于软弱地层岩土体自身强度低，难以找到稳定的锚固岩层，造成锚杆可锚性差，锚固力较低，锚杆受力普遍较小，甚至出现锚杆从钻孔中滑脱失效的现象，难以对软弱地层围岩进行有效控制，工程中锚杆设计关键内容主要包括锚杆侧阻力分布模式及极限抗拔力，其中锚固体侧阻力分布形式直接决定了锚杆锚固段长短或锚杆极限抗拔力，而极限抗拔力大小则决定了锚杆布置及数量。但是现有的锚杆支护装置结构简单，杆体与砂浆间的握裹力性能差，不利于增加稳固度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法和装置，通过安装锚杆本体，并通过为锚杆本体连通电源，岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过连接阴极的锚杆本体和锚杆本体与支护孔之间的空隙排出孔外，减少低渗透性软岩的含水率，在锚杆本体上开设第一通孔和第二通孔，在安装锚杆本体时，第二通孔与第一通孔不连通，碎石等不能进入锚杆本体内，将锚杆本体安装到位时，旋转内管，第二通孔与第一通孔连通，实现排水和注浆，结构简单，使用灵活，通过内管旋转方式，打开加固板，加固板分散开后，对锚杆本体起到支撑作用，同时锚杆本体不能拉出支护孔，第一楔形纹加强与支护孔的摩擦力，从而提高结构的牢固性，另外在注浆后，能够增加浆液与加固板接触的面积，提高连接的牢固性，提高杆体与砂浆间的握裹力性能，增加稳固度，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法，包括以下步骤：
S1：开孔并清理：首先对开掘的隧道进行喷浆、挂网喷浆进行封闭围岩，喷浆层厚度在40mm，防止围岩进一步吸水软化，通过矿山常用的钻孔设备在矿山破碎岩层钻支护孔和索孔，索孔设置在支护孔之间，钻孔结束后，将支护孔内的碎石清理干净；
S2：安装锚杆：在支护孔内安装锚杆本体，锚杆本体的一端套上橡胶套，并将橡胶套与支护孔卡合，固定锚杆本体的位置，并在索孔内安装锚索，在隧道顶部和两帮上挂上金属网，并将W钢带套在锚杆本体上，并进行简单固定；
S3：通电排水：相邻的两根锚杆本体分别连接直流电源，上方的锚杆本体连接阳极，下方的锚杆本体连接阴极，并为锚杆本体通电，岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过连接阴极的锚杆本体和锚杆本体与支护孔之间的空隙排出孔外；
S4：注浆固定：当检测含水软岩样本含水量小于5％时，停止通电，拆除通电电源，将橡胶套拆卸掉，安装侧壁止浆塞，侧壁止浆塞将支护孔的孔口堵塞，向锚杆本体内注入注浆，浆液从锚杆本体的流入至支护孔内，待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成；
S5：紧固结构：在锚杆本体的一端旋拧上端部止浆塞，端部止浆塞与W钢带相抵，并将金属网固定在隧道顶部和两帮上。
优选的，所述S2隧道顶部的锚杆本体每排布置六根，间排距为0.9m*0.9m，隧道两帮的锚杆本体每排布置七根，且垂直隧道布置。
优选的，所述锚索沿隧道的中间设置，每排设置两个或者三个，锚索的排距设置为0.9m，所述金属网为0.5m*0.5m的10号铅丝编织而成。
优选的，所述橡胶套的一侧开设有缺口，橡胶套靠近缺口的一侧设置在支护孔靠近下方的一侧。
优选的，所述S4中注浆待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成，具体步骤如下：
步骤A1，根据以下公式计算所述注浆压力：
Figure BDA0002630817310000031
其中，pc代表注浆压力，R代表扩散半径，rc代表锚杆本体的半径，γ代表浆脉厚度，v代表注浆速度,Fs代表浆脉劈裂扩展中尖端阻力，μ代表扩散系数，π代表自然常数；
步骤A2，根据以下公式计算所述注浆量：
Figure BDA0002630817310000041
其中，Q代表注浆量，π代表自然常数，d代表锚杆本体的直径，h代表浆液的高度，δ代表注浆填充率，λ代表浆液损耗系数，n0代表支护孔的孔隙率，J代表水泥浆的结石率；
步骤A3，根据步骤A1及步骤A2求出的注浆压力pc及注浆量Q，当注浆压力pc小于预设的注浆压力或注浆量Q小于预设的注浆量时，继续向锚杆本体内注浆，当注浆压力pc等于预设的注浆压力或注浆量Q等于预设的注浆量时，停止向锚杆本体内注浆。
优选的，所述S2安装锚杆包括以下步骤：
S201：将锚杆本体的一端伸进支护孔内，旋转内管，内管在外管的内向支护孔的内部伸进；
S202：内管的一端推动顶部固定圈移动位置，顶部固定圈上的推送杆推动加固板扩散开，使得加固板与支护孔的内壁相抵，直至限位圈的一侧与外管的一端相抵，此时第一通孔和第二通孔位置重合；
S203：在外管的一端外部套上橡胶套，并将橡胶套推送至与支护孔的一端卡合，固定住锚杆本体靠近支护孔孔口一端的位置；
S204：索孔内安装锚索，并在锚索和锚杆本体的一端套上金属网，将W钢带套在锚杆本体上，并进行简单固定。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法所使用的支护装置，包括锚杆本体和端部止浆塞，所述锚杆本体包括内管和外管，内管和外管套接，内管的一端通过支架连接有顶部固定圈，内管两端的外壁上均开设有第一外螺纹，第一外螺纹与外管啮合，内管远离顶部固定圈的一端固定连接有限位圈，内管的外壁上开设有第一通孔。
优选的，所述外管两端的内壁上均开设有内螺纹，内螺纹分别与第一外螺纹啮合，外管靠近顶部固定圈的一端铰连接有加固板，加固板的数量为四个，且加固板能够围成一个圆柱体结构，加固板的外壁上等距离的开设有第一楔形纹，加固板与外管铰连接一端的内壁上固定连接有半环件，半环件上活动连接有推送杆，推送杆的两端固定连接套筒，套筒分别与半环件和顶部固定圈套接。
优选的，所述外管远离加固板一端的外壁上开设有第二外螺纹，第二外螺纹与端部止浆塞啮合，外管的外壁上等距离的连接有第二楔形纹，外管上开设有第二通孔，第二通孔与第一通孔错位设置。
优选的，所述端部止浆塞的中心位置上开设有中心槽，中心槽的侧壁上开设有密封螺纹，密封螺纹与第二外螺纹啮合，中心槽的中心位置上固定连接有封堵塞，封堵塞延伸至内管一端的内部，并与内管的一端卡合连接，封堵塞的外壁上等距离的开设有第三楔形纹。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法和装置，通过安装锚杆本体，并通过为锚杆本体连通电源，岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过连接阴极的锚杆本体和锚杆本体与支护孔之间的空隙排出孔外，减少低渗透性软岩的含水率，在锚杆本体上开设第一通孔和第二通孔，在安装锚杆本体时，第二通孔与第一通孔不连通，碎石等不能进入锚杆本体内，将锚杆本体安装到位时，旋转内管，第二通孔与第一通孔连通，实现排水和注浆，结构简单，使用灵活，通过内管旋转方式，打开加固板，加固板分散开后，对锚杆本体起到支撑作用，同时锚杆本体不能拉出支护孔，第一楔形纹加强与支护孔的摩擦力，从而提高结构的牢固性，另外在注浆后，能够增加浆液与加固板接触的面积，提高连接的牢固性，提高杆体与砂浆间的握裹力性能，增加稳固度。
附图说明
图1为本发明的安装结构图；
图2为本发明的部分剖视图；
图3为本发明的橡胶套结构图；
图4为本发明的锚杆本体安装结构图；
图5为本发明的锚杆本体结构图；
图6为本发明的内管结构图；
图7为本发明的加固板结构图；
图8为本发明的端部止浆塞结构图。
图中：1、支护孔；2、锚杆本体；21、内管；211、顶部固定圈；212、第一外螺纹；213、限位圈；214、第一通孔；22、外管；221、加固板；2211、第一楔形纹；2212、半环件；222、推送杆；2221、套筒；223、第二外螺纹；224、第二楔形纹；225、第二通孔；3、橡胶套；31、缺口；4、锚索；5、金属网；6、W钢带；7、侧壁止浆塞；8、端部止浆塞；81、中心槽；811、密封螺纹；82、封堵塞；821、第三楔形纹。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1-图3，一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法，包括以下步骤：
S1：开孔并清理：首先对开掘的隧道进行喷浆、挂网喷浆进行封闭围岩，喷浆层厚度在40mm，防止围岩进一步吸水软化，通过矿山常用的钻孔设备在矿山破碎岩层钻支护孔1和索孔，索孔设置在支护孔1之间，索孔每排设置两个或三个，设置两个时，间距为1.6m，设置三个时，间距为2m，钻孔结束后，将支护孔1内的碎石清理干净，方便安装锚杆本体2；
S2：安装锚杆：在支护孔1内安装锚杆本体2，隧道顶部的锚杆本体2每排布置六根，间排距为0.9m*0.9m，隧道两帮的锚杆本体2每排布置七根，且垂直隧道布置，容易将水分导出，锚杆本体2的一端套上橡胶套3，并将橡胶套3与支护孔1卡合，橡胶套3的一侧开设有缺口31，橡胶套3靠近缺口31的一侧设置在支护孔1靠近下方的一侧，固定锚杆本体2的位置，并在索孔内安装锚索4，橡胶套3用于固定锚杆本体2的一端，防止锚杆本体2发生晃动，锚索4沿隧道的中间设置，每排设置两个或者三个，锚索4的排距设置为0.9m，在隧道顶部和两帮上挂上金属网5，金属网5为0.5m*0.5m的10号铅丝编织而成，并将W钢带6套在锚杆本体2上，并进行简单固定，具体步骤如下：
S201：将锚杆本体2的一端伸进支护孔1内，旋转内管21，内管21在外管22的内向支护孔1的内部伸进；
S202：内管21的一端推动顶部固定圈211移动位置，顶部固定圈211上的推送杆222推动加固板221扩散开，使得加固板221与支护孔1的内壁相抵，直至限位圈213的一侧与外管22的一端相抵，此时第一通孔214和第二通孔225位置重合，排水时，可以通过第一通孔214和第二通孔225导入进内管21内，由内管21将水分排出；
S203：在外管22的一端外部套上橡胶套3，并将橡胶套3推送至与支护孔1的一端卡合，固定住锚杆本体2靠近支护孔1孔口一端的位置；
S204：索孔内安装锚索4，并在锚索4和锚杆本体2的一端套上金属网5，将W钢带6套在锚杆本体2上，并进行简单固定，防止金属网5和W钢带6掉落。
S3：通电排水：相邻的两根锚杆本体2分别连接直流电源，上方的锚杆本体2连接阳极，下方的锚杆本体2连接阴极，并为锚杆本体2通电，岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过连接阴极的锚杆本体2和锚杆本体2与支护孔1之间的空隙排出孔外，排水时从上之下工作，先从隧道的顶部排水，顶部从中间向两边通电，再向隧道两帮的锚杆本体2通电，两帮从上之下通电；
S4：注浆固定：当检测含水软岩样本含水量小于5％时，停止通电，拆除通电电源，将橡胶套3拆卸掉，安装侧壁止浆塞7，侧壁止浆塞7将支护孔1的孔口堵塞，向锚杆本体2内注入注浆，浆液从锚杆本体2的流入至支护孔1内，待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成；
S5：紧固结构：在锚杆本体2的一端旋拧上端部止浆塞8，安装时，端部止浆塞8的一侧与将W钢带6压紧，固定W钢带6的位置，端部止浆塞8与W钢带6相抵，并将金属网5固定在隧道顶部和两帮上。
请参阅图4-图8，为了更好的展现大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法具体流程，本实施例现提出一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法所使用的支护装置，包括锚杆本体2和端部止浆塞8，锚杆本体2包括内管21和外管22，内管21和外管22套接，内管21的一端通过支架连接有顶部固定圈211，内管21两端的外壁上均开设有第一外螺纹212，第一外螺纹212与外管22啮合，内管21远离顶部固定圈211的一端固定连接有限位圈213，限位圈213用于旋转内管21，同时防止内管21过拧，对内管21的位置进行限定，内管21的外壁上开设有第一通孔214，第一通孔214用于排出水分和浆液灌入，同时当浆液凝固后，内管21内的浆液和外管22与支护孔1之间的浆液连成一个整体，提高杆体与砂浆间的握裹力性能，增加稳固度。
外管22两端的内壁上均开设有内螺纹，内螺纹分别与第一外螺纹212啮合，内管21通过螺纹与外管22连接，只有旋转内管21，才能伸缩内管21，外管22靠近顶部固定圈211的一端铰连接有加固板221，加固板221的数量为四个，且加固板221能够围成一个圆柱体结构，在加固板221合并成一个整体时，锚杆本体2插入支护孔1内，当加固板221分散开后，对锚杆本体2起到支撑作用，同时锚杆本体2不能拉出支护孔1，加固板221的外壁上等距离的开设有第一楔形纹2211，第一楔形纹2211加强与支护孔1的摩擦力，从而提高结构的牢固性，另外在注浆后，能够增加浆液与加固板221接触的面积，提高连接的牢固性，加固板221与外管22铰连接一端的内壁上固定连接有半环件2212，半环件2212上活动连接有推送杆222，推送杆222的两端固定连接套筒2221，套筒2221分别与半环件2212和顶部固定圈211套接，推送杆222跟随内管21移动，推送加固板221向四周散开，外管22远离加固板221一端的外壁上开设有第二外螺纹223，第二外螺纹223与端部止浆塞8啮合，端部止浆塞8在注浆后，将内管21与外管22的一端堵塞，外管22的外壁上等距离的连接有第二楔形纹224，第二楔形纹224在注浆后，能够增加浆液与加固板221接触的面积，提高连接的牢固性，外管22上开设有第二通孔225，第二通孔225与第一通孔214错位设置，在安装锚杆本体2时，第二通孔225与第一通孔214不连通，碎石等不能进入锚杆本体2内，将锚杆本体2安装到位时，旋转内管21，第二通孔225与第一通孔214连通，实现排水和注浆。
端部止浆塞8的中心位置上开设有中心槽81，中心槽81的侧壁上开设有密封螺纹811，密封螺纹811与第二外螺纹223啮合，中心槽81的中心位置上固定连接有封堵塞82，封堵塞82延伸至内管21一端的内部，并与内管21的一端卡合连接，起到封堵浆液的作用，封堵塞82的外壁上等距离的开设有第三楔形纹821，第三楔形纹821提高封堵效果。
实施例二：
一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法，包括以下步骤：
S1：开孔并清理：首先对开掘的隧道进行喷浆、挂网喷浆进行封闭围岩，喷浆层厚度在40mm，防止围岩进一步吸水软化，通过矿山常用的钻孔设备在矿山破碎岩层钻支护孔1和索孔，索孔设置在支护孔1之间，索孔每排设置两个或三个，设置两个时，间距为1.6m，设置三个时，间距为2m，钻孔结束后，将支护孔1内的碎石清理干净，方便安装锚杆本体2；
S2：安装锚杆：在支护孔1内安装锚杆本体2，隧道顶部的锚杆本体2每排布置六根，间排距为0.9m*0.9m，隧道两帮的锚杆本体2每排布置七根，且垂直隧道布置，容易将水分导出，锚杆本体2的一端套上橡胶套3，并将橡胶套3与支护孔1卡合，橡胶套3的一侧开设有缺口31，橡胶套3靠近缺口31的一侧设置在支护孔1靠近下方的一侧，固定锚杆本体2的位置，并在索孔内安装锚索4，橡胶套3用于固定锚杆本体2的一端，防止锚杆本体2发生晃动，锚索4沿隧道的中间设置，每排设置两个或者三个，锚索4的排距设置为0.9m，具体步骤如下：
S201：将锚杆本体2的一端伸进支护孔1内，旋转内管21，内管21在外管22的内向支护孔1的内部伸进；
S202：内管21的一端推动顶部固定圈211移动位置，顶部固定圈211上的推送杆222推动加固板221扩散开，使得加固板221与支护孔1的内壁相抵，直至限位圈213的一侧与外管22的一端相抵，此时第一通孔214和第二通孔225位置重合，排水时，可以通过第一通孔214和第二通孔225导入进内管21内，由内管21将水分排出；
S203：在外管22的一端外部套上橡胶套3，并将橡胶套3推送至与支护孔1的一端卡合，固定住锚杆本体2靠近支护孔1孔口一端的位置；
S204：索孔内安装锚索4。
S3：通电排水：相邻的两根锚杆本体2分别连接直流电源，上方的锚杆本体2连接阳极，下方的锚杆本体2连接阴极，并为锚杆本体2通电，岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过连接阴极的锚杆本体2和锚杆本体2与支护孔1之间的空隙排出孔外，排水时从上之下工作，先从隧道的顶部排水，顶部从中间向两边通电，再向隧道两帮的锚杆本体2通电，两帮从上之下通电；
S4：注浆固定：当检测含水软岩样本含水量小于5％时，停止通电，拆除通电电源，将橡胶套3拆卸掉，安装侧壁止浆塞7，侧壁止浆塞7将支护孔1的孔口堵塞，向锚杆本体2内注入注浆，浆液从锚杆本体2的流入至支护孔1内，待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成，在隧道顶部和两帮上挂上金属网5，并将W钢带6套在锚杆本体2上；
S5：紧固结构：在锚杆本体2的一端旋拧上端部止浆塞8，安装时，端部止浆塞8的一侧与将W钢带6压紧，固定W钢带6的位置，端部止浆塞8与W钢带6相抵，并将金属网5固定在隧道顶部和两帮上。
本实施例中，将金属网5和W钢带6在注浆完成后安装，此时，直接将W钢带6压在金属网5上，并将W钢带6套接在锚杆本体2上，旋拧上端部止浆塞8，即可将W钢带6和金属网5同时固定，安装结构更简单，本实施例中使用的支撑装置与实施例一中结构相同。
综上所述：本大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法和装置，通过安装锚杆本体2，并通过为锚杆本体2连通电源，岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过连接阴极的锚杆本体2和锚杆本体2与支护孔1之间的空隙排出孔外，减少低渗透性软岩的含水率，在锚杆本体2上开设第一通孔214和第二通孔225，在安装锚杆本体2时，第二通孔225与第一通孔214不连通，碎石等不能进入锚杆本体2内，将锚杆本体2安装到位时，旋转内管21，第二通孔225与第一通孔214连通，实现排水和注浆，结构简单，使用灵活，通过内管21旋转方式，打开加固板221，加固板221分散开后，对锚杆本体2起到支撑作用，同时锚杆本体2不能拉出支护孔1，第一楔形纹2211加强与支护孔1的摩擦力，从而提高结构的牢固性，另外在注浆后，能够增加浆液与加固板221接触的面积，提高连接的牢固性，提高杆体与砂浆间的握裹力性能，增加稳固度。
所述S4中注浆待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成，具体步骤如下：
步骤A1，根据以下公式计算所述注浆压力：
Figure BDA0002630817310000121
其中，pc代表注浆压力，R代表扩散半径，rc代表锚杆本体2的半径，γ代表浆脉厚度，v代表注浆速度,Fs代表浆脉劈裂扩展中尖端阻力，μ代表扩散系数，π代表自然常数；
步骤A2，根据以下公式计算所述注浆量：
Figure BDA0002630817310000122
其中，Q代表注浆量，π代表自然常数，d代表锚杆本体2的直径，h代表浆液的高度，δ代表注浆填充率，λ代表浆液损耗系数，n0代表支护孔1的孔隙率，J代表水泥浆的结石率；
步骤A3，根据步骤A1及步骤A2求出的注浆压力pc及注浆量Q，当注浆压力pc小于预设的注浆压力或注浆量Q小于预设的注浆量时，继续向锚杆本体2内注浆，当注浆压力pc等于预设的注浆压力或注浆量Q等于预设的注浆量时，停止向锚杆本体2内注浆。
有益效果：通过以上技术方案进行实时求出注浆压力及注浆量，根据所述实时求出的注浆压力及注浆量与预设的注浆压力及注浆量进行比较，当注浆压力pc小于预设的注浆压力或注浆量Q小于预设的注浆量时，继续向锚杆本体2内注浆，当注浆压力pc等于预设的注浆压力或注浆量Q等于预设的注浆量时，停止向锚杆本体2内注浆，实时测量出的注浆压力与注浆量不可以大于预设的注浆压力及注浆量，以上算法通过锚杆本体2的直径，浆液的高度，注浆填充率，浆液损耗系数，支护孔1的孔隙率，水泥浆的结石率，扩散半径，锚杆本体2的半径，浆脉厚度，注浆速度,浆脉劈裂扩展中尖端阻力等因素实时计算出所述注浆压力及注浆量，从而使所述计算结果更准确，误差小，在注浆过程进行实时计算，避免了在注浆过程中因素的时刻改变而导致的计算结果不准确，通过分析注浆压力变化规律及浆液扩散形式可获取不同注浆的围岩性质，为装置的注浆参数的动态调整提供依据，通过控制注浆量，从而节省了材料，通过加入合理的注浆量从而提升了所述装置的稳固性，增加了浆液与加固板221接触的面积，提高连接的牢固性，提高杆体与砂浆间的握裹力性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大断面软弱围岩隧道高预应力锚杆支护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：开孔并清理：首先对开掘的隧道进行喷浆、挂网喷浆进行封闭围岩，喷浆层厚度在40mm，防止围岩进一步吸水软化，通过矿山常用的钻孔设备在矿山破碎岩层钻支护孔(1)和索孔，索孔设置在支护孔(1)之间，钻孔结束后，将支护孔(1)内的碎石清理干净；
S2：安装锚杆：在支护孔(1)内安装锚杆本体(2)，锚杆本体(2)的一端套上橡胶套(3)，并将橡胶套(3)与支护孔(1)卡合，固定锚杆本体(2)的位置，并在索孔内安装锚索(4)，在隧道顶部和两帮上挂上金属网(5)，并将W钢带(6)套在锚杆本体(2)上，并进行简单固定；
S3：通电排水：相邻的两根锚杆本体(2)分别连接直流电源，上方的锚杆本体(2)连接阳极，下方的锚杆本体(2)连接阴极，并为锚杆本体(2)通电，岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过连接阴极的锚杆本体(2)和锚杆本体(2)与支护孔(1)之间的空隙排出孔外；
S4：注浆固定：当检测含水软岩样本含水量小于5％时，停止通电，拆除通电电源，将橡胶套(3)拆卸掉，安装侧壁止浆塞(7)，侧壁止浆塞(7)将支护孔(1)的孔口堵塞，向锚杆本体(2)内注入注浆，浆液从锚杆本体(2)的流入至支护孔(1)内，待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成；
S5：紧固结构：在锚杆本体(2)的一端旋拧上端部止浆塞(8)，端部止浆塞(8)与W钢带(6)相抵，并将金属网(5)固定在隧道顶部和两帮上；
所述S2安装锚杆包括以下步骤：
S201：将锚杆本体(2)的一端伸进支护孔(1)内，旋转内管(21)，内管(21)在外管(22)的内向支护孔(1)的内部伸进；
内管(21)的外壁上开设有第一通孔(214)，第一通孔(214)用于排出水分和浆液灌入，外管(22)上开设有第二通孔(225)，第二通孔(225)与第一通孔(214)错位设置；
S202：内管(21)的一端推动顶部固定圈(211)移动位置，顶部固定圈(211)上的推送杆(222)推动加固板(221)扩散开，使得加固板(221)与支护孔(1)的内壁相抵，直至限位圈(213)的一侧与外管(22)的一端相抵，此时第一通孔(214)和第二通孔(225)位置重合；
S203：在外管(22)的一端外部套上橡胶套(3)，并将橡胶套(3)推送至与支护孔(1)的一端卡合，固定住锚杆本体(2)靠近支护孔(1)孔口一端的位置；
S204：索孔内安装锚索(4)，并在锚索(4)和锚杆本体(2)的一端套上金属网(5)，将W钢带(6)套在锚杆本体(2)上，并进行简单固定。
2.如权利要求1所述的一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法，其特征在于：所述S2隧道顶部的锚杆本体(2)每排布置六根，间排距为0.9m*0.9m，隧道两帮的锚杆本体(2)每排布置七根，且垂直隧道布置。
3.如权利要求1所述的一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法，其特征在于：所述锚索(4)沿隧道的中间设置，每排设置两个或者三个，锚索(4)的排距设置为0.9m，所述金属网(5)为0.5m*0.5m的10号铅丝编织而成。
4.如权利要求1所述的一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法，其特征在于：所述橡胶套(3)的一侧开设有缺口(31)，橡胶套(3)靠近缺口(31)的一侧设置在支护孔(1)靠近下方的一侧。
5.如权利要求1所述的一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法，其特征在于：所述S4中注浆待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成，具体步骤如下：
步骤A1，根据以下公式计算所述注浆压力：
Figure FDA0003350534920000031
其中，pc代表注浆压力，R代表扩散半径，rc代表锚杆本体(2)的半径，γ代表浆脉厚度，v代表注浆速度，Fs代表浆脉劈裂扩展中尖端阻力，μ代表扩散系数，π代表自然常数；
步骤A2，根据以下公式计算所述注浆量：
Figure FDA0003350534920000032
其中，Q代表注浆量，π代表自然常数，d代表锚杆本体(2)的直径，h代表浆液的高度，δ代表注浆填充率，λ代表浆液损耗系数，n0代表支护孔(1)的孔隙率，J代表水泥浆的结石率；
步骤A3，根据步骤A1及步骤A2求出的注浆压力pc及注浆量Q，当注浆压力pc小于预设的注浆压力或注浆量Q小于预设的注浆量时，继续向锚杆本体(2)内注浆，当注浆压力pc等于预设的注浆压力或注浆量Q等于预设的注浆量时，停止向锚杆本体(2)内注浆。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法所使用的支护装置，包括锚杆本体(2)和端部止浆塞(8)，其特征在于：所述锚杆本体(2)包括内管(21)和外管(22)，内管(21)和外管(22)套接，内管(21)的一端通过支架连接有顶部固定圈(211)，内管(21)两端的外壁上均开设有第一外螺纹(212)，第一外螺纹(212)与外管(22)啮合，内管(21)远离顶部固定圈(211)的一端固定连接有限位圈(213)，内管(21)的外壁上开设有第一通孔(214)。
7.如权利要求6所述的一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法所使用的支护装置，其特征在于：所述外管(22)两端的内壁上均开设有内螺纹，内螺纹分别与第一外螺纹(212)啮合，外管(22)靠近顶部固定圈(211)的一端铰连接有加固板(221)，加固板(221)的数量为四个，且加固板(221)能够围成一个圆柱体结构，加固板(221)的外壁上等距离的开设有第一楔形纹(2211)，加固板(221)与外管(22)铰连接一端的内壁上固定连接有半环件(2212)，半环件(2212)上活动连接有推送杆(222)，推送杆(222)的两端固定连接套筒(2221)，套筒(2221)分别与半环件(2212)和顶部固定圈(211)套接。
8.如权利要求6所述的一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法所使用的支护装置，其特征在于：外管(22)靠近顶部固定圈(211)的一端铰连接有加固板(221)，所述外管(22)远离加固板(221)一端的外壁上开设有第二外螺纹(223)，第二外螺纹(223)与端部止浆塞(8)啮合，外管(22)的外壁上等距离的连接有第二楔形纹(224)，外管(22)上开设有第二通孔(225)，第二通孔(225)与第一通孔(214)错位设置。
9.如权利要求6所述的一种大断面软弱围岩高预应力锚杆支护方法所使用的支护装置，其特征在于：所述端部止浆塞(8)的中心位置上开设有中心槽(81)，中心槽(81)的侧壁上开设有密封螺纹(811)，所述外管(22)远离加固板(221)一端的外壁上开设有第二外螺纹(223)，密封螺纹(811)与第二外螺纹(223)啮合，中心槽(81)的中心位置上固定连接有封堵塞(82)，封堵塞(82)延伸至内管(21)一端的内部，并与内管(21)的一端卡合连接，封堵塞(82)的外壁上等距离的开设有第三楔形纹(821)。
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