CN112324471A - 富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆及施工方法，所述锚杆包括带孔的钢排水管，钢排水管内同轴设置有玻璃纤维带孔管；当掌子面排完水后，利用长钢筋将钢排水管管头处橡胶薄膜戳破，将玻璃纤维带孔管塞入钢排水管内，将钢排水套管抽出并从玻璃纤维管内对掌子面地层注浆，待注浆完成后用聚氨脂泡沫对孔口进行封堵。本发明的结构和施工方法成功将隧道掌子面超前排水孔与锚杆注浆孔合二为一，减少了因打孔对土体造成的扰动并降低了成本，也同时解决了玻璃纤维锚杆在含水量高的地层，注浆效果差，富水软弱围岩隧道开挖困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆及施工方法。
背景技术
在软弱围岩隧道施工中，围岩赋存环境差且承载力低，导致开挖后隧道掌子面失稳、洞室变形长时间难以稳定。隧道的拱顶塌方多归结于掌子面的坍塌失稳，因此进行掌子面-超前核心土的预加固显得尤为重要。在软弱围隧道施工过程中，采用玻璃纤维锚杆来对超前核心土进行超前注浆，能有效减少开挖后隧道的三种变形（掌子面的挤出变形、隧道的预收敛变形、隧道的收敛变形）。
但一些具有高含水量，高水压，遇水易泥化等特点的地层如富水红砂岩地层，采用玻璃纤维锚杆对掌子面-超前核心土进行直接注浆加固的效果通常不理想。该地层所需的注浆压力过高、浆液扩散效果差、浆液遇水稀释，导致进行超前注浆后的土体强度并不能满足开挖需求。因此研制一种能同时集掌子面超前降水与对超前核心土进行注浆加固的锚杆是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆及施工方法，能在同一个孔位中，进行掌子面超前降水泄压，同时控制降水阶段内掌子面土体因固结产生的变形，且完成对掌子面超前注浆加固的玻璃纤维锚杆，克服现有技术的缺陷。
本发明所采用的技术方案为：
富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
所述锚杆包括带孔的钢排水管，钢排水管内同轴设置有玻璃纤维带孔管。
钢排水管管身设置有排水孔，内侧贴单向导液膜。
钢排水管外部设置有土工无纺布。
钢排水管头部设置有橡胶薄膜。
玻璃纤维带孔管管身设置有溢浆孔。
玻璃纤维带孔管的溢浆孔沿玻璃纤维带孔管轴向设置多处，每处环向均匀布置，每环均外套有橡胶带。
玻璃纤维带孔管头部设置有止水橡胶头。
止水橡胶头呈锥形，从钢排水管推入后推开橡胶薄膜进入岩体膨胀。
玻璃纤维带孔管外沿轴向设置有多处管夹，管夹内壁具有三处凸起，环向均匀分布。
富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆的施工方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤一：当隧道开挖到富水红砂岩地层时，对掌子面进行喷射混凝土作业，将掌子面迅速封闭；
步骤二：待喷射混凝土达到强度后，向掌子面斜向打设排水孔；
步骤三：向排水孔内插入钢排水管，钢排水管外裹土工无纺布，钢排水管内侧贴单向导液膜；
步骤四：当掌子面排完水后，利用长钢筋将钢排水管管头处橡胶薄膜戳破，将玻璃纤维带孔管塞入钢排水管内，将钢排水套管抽出并从玻璃纤维管内对掌子面地层注浆，待注浆完成后用聚氨脂泡沫对孔口进行封堵；
把玻璃纤维带孔管塞入钢排水管时，先挤压止水橡胶头，当止水橡胶头穿过橡胶薄膜处到达钢排水管外时，膨胀并卡在围岩中。
本发明具有以下优点：
本发明的结构和施工方法成功将隧道掌子面超前排水孔与锚杆注浆孔合二为一，减少了因打孔对土体造成的扰动并降低了成本，也同时解决了玻璃纤维锚杆在含水量高的地层，注浆效果差，富水软弱围岩隧道开挖困难的问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明横截面示意图。
图3为钢排水管的结构示意图。
图4为玻璃纤维带孔管的结构示意图。
附图标记：
1钢排水管、2玻璃纤维带孔管、3喷射混凝土4掌子面岩层；
1-1土工无纺布、1-2带孔内侧贴单向导液膜的H11钢管、1-3排水孔、1-4橡胶薄膜；
2-1玻璃纤维带孔管本体、2-2管夹、2-3橡胶带、2-4止水橡胶头、2-5溢浆孔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，所述锚杆包括带孔的钢排水管1，钢排水管1内同轴设置有玻璃纤维带孔管2。
钢排水管1管身设置有排水孔1-3，内侧贴单向导液膜。钢排水管1外部设置有土工无纺布1-1。钢排水管1头部设置有橡胶薄膜1-4。
玻璃纤维带孔管2管身设置有溢浆孔2-5。玻璃纤维带孔管2的溢浆孔2-5沿玻璃纤维带孔管2轴向设置多处，每处环向均匀布置，每环均外套有橡胶带2-3。橡胶带2-3上未开孔，橡胶带2-3宽度大于溢浆孔2-5孔直径约2倍，利用自身弹性套在管外侧，主要目的是防止围岩中的岩土颗粒在注浆前进入锚杆内影响锚杆注浆强度。于此同时，当锚杆内部注浆浆液填充满锚杆内部时，外套橡胶带2-3将在注浆压力作用下膨胀变形，形成浆液能够溢流出来的缝隙，使得浆液进一步进入地层中达到加固地层的效果。
玻璃纤维带孔管2头部设置有止水橡胶头2-4。止水橡胶头2-4呈锥形，从钢排水管1推入后推开橡胶薄膜1-4进入岩体膨胀。
玻璃纤维带孔管2外沿轴向设置有多处管夹2-2，管夹2-2内壁具有三处凸起，环向均匀分布。管夹2-2呈环形略大于玻璃纤维带孔管2，将其固定在钢排水管1中。管夹突出部分总共为三个，呈环形分布，相邻两个突出部分呈120°，所以成三角状态。
上述富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：当隧道开挖到富水红砂岩地层时，对掌子面进行喷射混凝土作业，将掌子面迅速封闭；
步骤二：待喷射混凝土达到强度后，向掌子面斜向打设排水孔；
步骤三：向排水孔内插入钢排水管1，钢排水管1外裹土工无纺布1-1，钢排水管1内侧贴单向导液膜；
步骤四：当掌子面排完水后，利用长钢筋将钢排水管1管头处橡胶薄膜1-4戳破，将玻璃纤维带孔管2塞入钢排水管1内，将钢排水套1管抽出并从玻璃纤维管2内对掌子面地层注浆，待注浆完成后用聚氨脂泡沫对孔口进行封堵；
把玻璃纤维带孔管2塞入钢排水管1时，先挤压止水橡胶头2-4，当止水橡胶头2-4穿过橡胶薄膜1-4处到达钢排水管1外时，膨胀并卡在围岩中。
参见附图：
钢排水管材为H11高强度钢，外径Φ100mm内径Φ90mm，长20m；管壁上全段开设直径为2cm间距为20cm的排水孔成梅花形布置；外裹土工无纺布，内侧贴单向导液膜；管头套有橡胶薄膜，能有效防止泥沙倒灌阻塞排水管。
玻璃纤维带孔管管材是高抗拉强度、低抗剪强度的掺钢纤维的玻璃纤维材料，外径Φ70mm内径Φ60mm，长20m；管壁上全段开设环形注浆孔，注浆孔外管壁套橡胶圈；玻璃纤维带孔管头部为Φ120mm的锥形止水橡胶头。管身每隔0.6m布设钢管夹，成三角状态。
掌子面开挖后立即喷射25cm厚的带钢纤维丝且具有高抗渗能力、密封性好的喷射混凝土，能有效控制超前降水引起的掌子面挤出变形与超前核心土预收敛变形，防止其坍塌。
进一步在喷射混凝土达到强度后，立即打设锚杆孔。管孔与隧道轴线成4~5°夹角，孔深20.05m，能有效排水，布置孔密度为每6m2一孔。
施工实施例如下：
当隧道开挖到富水红砂岩地层时，第一步对掌子面进行喷射混凝土作业，将掌子面迅速封闭。优选的喷射的混凝土要求具有良好的抗渗性且能密封掌子面，使地下水只能从排水管中流出；优选的喷射混凝土具有一定韧性需达到25cm厚且掺入钢纤维丝，能有效的限制隧道开挖后与掌子面排水固结引起的位移，确保掌子面稳定。
第二步，待喷射混凝土达到强度后，向掌子面打设Φ105mm的排水孔。孔深20.05m，所打设的排水孔与隧道轴线成4~5°夹角，确保地下水顺利排出；掌子面每每6m2打一孔，确保注浆加固的效果；
第三步，向排水孔内插入图3所示钢排水管。优选的钢排水管由H11钢铸成，能有效防止塌孔；优选的钢排水管外裹土工无纺布1-1，能有效防止遇水泥化的红砂岩进入管内堵塞排水管；优选的钢排水管内侧贴的单向导液膜既能进一步封堵泥沙的进入，又能防止管内地下水外渗回围岩，提高排水效率；
第四步，当掌子面排完水后，利用长钢筋将排水钢管管头处橡胶薄膜1-4戳破。随后将图4所示的玻璃纤维带孔管塞入钢排水管内，将钢排水套管抽出并从玻璃纤维管内对掌子面地层注浆，待注浆完成后用聚氨脂泡沫对孔口进行封堵。把玻璃纤维带孔管塞入钢排水管时，需先挤压优选的锥形止水橡胶头2-4。当优选的锥形止水橡胶头穿过橡胶薄膜1-4处到达钢排水管外时，将开始膨胀并卡在围岩中，能保证抽出钢排水管时不带出玻璃纤维带孔管，同时增加锚杆与地层的锚固效果；将钢排水管抽出，能保证注入的浆液及时扩散到掌子面-超前核心土地层中，防止浆液在土工无纺布与单向导液膜处筛滤堵塞，显著提高掌子面-超前核心土的加固质量；优选的钢排水管（图2）对开挖后的管孔起到支护的作用，且能重复利用，有效降低成本；优选的玻璃纤维带孔管，管材掺入钢纤维具有极高的抗拉强度，在浆液凝固后能有效约束掌子面的挤出位移变形，同时具有较低抗剪强度，开挖时易挖断；优选的玻璃纤维带孔管管壁布溢浆孔，并通过钢制管卡紧密的咬和在注浆加固后的地层中，能极大的约束掌子面的位移，确保富水红砂岩地层隧道掌子面的稳定，从而达到稳定高效开挖的目的。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
所述锚杆包括带孔的钢排水管（1），钢排水管（1）内同轴设置有玻璃纤维带孔管（2）。
2.根据权利要求1所述的富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
钢排水管（1）管身设置有排水孔（1-3），内侧贴单向导液膜。
3.根据权利要求2所述的富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
钢排水管（1）外部设置有土工无纺布（1-1）。
4.根据权利要求3所述的富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
钢排水管（1）头部设置有橡胶薄膜（1-4）。
5.根据权利要求4所述的富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
玻璃纤维带孔管（2）管身设置有溢浆孔（2-5）。
6.根据权利要求5所述的富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
玻璃纤维带孔管（2）的溢浆孔（2-5）沿玻璃纤维带孔管（2）轴向设置多处，每处环向均匀布置，每环均外套有橡胶带（2-3）。
7.根据权利要求6所述的富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
玻璃纤维带孔管（2）头部设置有止水橡胶头（2-4）。
8.根据权利要求7所述的富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
止水橡胶头（2-4）呈锥形，从钢排水管（1）推入后推开橡胶薄膜（1-4）进入岩体膨胀。
9.根据权利要求8所述的富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆，其特征在于：
玻璃纤维带孔管（2）外沿轴向设置有多处管夹（2-2），管夹（2-2）内壁具有三处凸起，环向均匀分布。
10.富水红砂岩地层的隧道掌子面超前降水锚杆的施工方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤一：当隧道开挖到富水红砂岩地层时，对掌子面进行喷射混凝土作业，将掌子面迅速封闭；
步骤二：待喷射混凝土达到强度后，向掌子面斜向打设排水孔；
步骤三：向排水孔内插入钢排水管（1），钢排水管（1）外裹土工无纺布（1-1），钢排水管（1）内侧贴单向导液膜；
步骤四：当掌子面排完水后，利用长钢筋将钢排水管（1）管头处橡胶薄膜（1-4）戳破，将玻璃纤维带孔管（2）塞入钢排水管（1）内，将钢排水套（1）管抽出并从玻璃纤维管（2）内对掌子面地层注浆，待注浆完成后用聚氨脂泡沫对孔口进行封堵；
把玻璃纤维带孔管（2）塞入钢排水管（1）时，先挤压止水橡胶头（2-4），当止水橡胶头（2-4）穿过橡胶薄膜（1-4）处到达钢排水管（1）外时，膨胀并卡在围岩中。
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