CN112483147A - 一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，包括一组或多组对穿锚固在软岩柱两侧的锚索结构，每组锚索结构包含2根锚索和2个挤压式双锚索恒阻连接器，所述的2根锚索均对穿过软岩柱两侧且呈平行布置，所述的2个挤压式双锚索恒阻连接器将2根锚索外露于软岩柱两个侧面的4个端头锚固在一起，形成一组锚索结构。本发明的对穿双闭锁锚索支护系统，通过夹片式锁具和挤压式双锚索恒阻连接器两个锁紧装置增加了锚索尾部的摩擦力，使预应力锚索高强抗拉性能得到充分发挥，并反作用于软岩柱两侧围岩，产生抑制围岩向临空面位移的效应，且该支护系统呈环形结构连为一体，也相应提高了整体支护结构协调承载性能。

Description

一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统

技术领域

本发明属于交通工程领域，尤其是涉及一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，尤其适用于双洞公路隧道之间的软岩柱加强支护。

背景技术

我国是一个多山的国家，很多地区山岭又高又大，阻碍了交通。近些年，随着我国交通事业的迅猛发展，勤劳、智慧的人民，建设的隧道日益增多，隧道也越来越长、越来越深，创造了很多工程奇迹。如川陕交界的米仓山公路隧道埋深达1000米，青藏高原地区的拉林铁路巴玉隧道埋深达到2080米，四川的锦屏山公路隧道更深，埋深2375米，世界排名第二。这些隧道埋藏深，地下压力就很大，施工掘进开挖的时候，周围的岩体会发生变形、岩块冒落和塌方，尤其是双洞公路隧道之间的软岩柱变形严重破坏，严重影响隧道安全高效施工。目前，软岩柱也多采用锚杆索网支护，锚索一般选择单体锚索、对穿锚索或锚索桁架。隧道掘进扰动影响较小时，支护效果均较好；掘进扰动影响较大时，这三种锚索均易失效，失效原因如下：（1）锚索的锁紧结构大多采用单一夹片式锁具，当锚索张拉力超过锁具提供的最大摩擦力，锁具易滑移退出，单体锚索和对穿锚索失效较多；（2）在高应力作用下裂隙向软岩柱深部发育，导致锚索锚固端头松脱，锚固力降低，软岩柱破坏失稳；（3）与单体锚索相比，锚索桁架具有明显的优越性，其体系中多根锚索共同承载，一根锚索失效往往会引起锚索桁架连接器上其他锚索的同步失效，最终导致锚索桁架的整体支护失效。本发明基于软岩柱结构的不稳定性提出一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，以提高锚杆索网的整体支护强度。

发明内容

本发明的目的是针对已有支护技术存在的局限性，提供一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，能够克服现有单体锚索、对穿锚索和锚索桁架结构缺点，提高锚索网的整体支护强度和软岩柱两侧锚索网协同承载能力。该装置结构简单、操作方便，可用于受掘进扰动影响的大变形软岩柱。

为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，包括一组或多组对穿锚固在软岩柱两侧的锚索结构，每组锚索结构包含2根锚索和2个挤压式双锚索恒阻连接器， 所述的2根锚索均对穿过软岩柱两侧且呈平行布置，紧贴于软岩柱的表面、在软岩柱同一侧的2根锚索外露于软岩柱表面的尾部上，安装有一个钢筋梯子梁，以使2根锚索组成一个环形结构，所述梯子梁外侧、2根锚索外露于软岩柱表面的尾部上，还依次设有托盘和夹片式锁具以对每根锚索两端同时张拉预紧，所述的2个挤压式双锚索恒阻连接器开有双平行锚索穿孔，分别在软岩柱的两个侧面将2根锚索外露于软岩柱两个侧面的4个端头锚固在一起，形成一组锚索结构。

作为优选，所述的挤压式双锚索恒阻连接器包括连接器外壳，所述连接器外壳中开设有两个平行的锚索穿孔，两个锚索穿孔的中间，为连通两边锚索穿孔的挤压结合部，垂直于所述挤压结合部，设有若干个螺栓孔，所述螺栓孔中，穿设有锁紧用的螺栓，所述螺栓上设有防脱垫圈、防松脱螺母。更优地，所述锚索穿孔为圆形锚索穿孔。

更优地，所述锚索穿孔的内壁设有锚索穿孔内壁螺纹，由攻丝锥加工。

更优地，所述的挤压式双锚索恒阻连接器的连接器外壳由长方体弹簧钢制成，长度200mm～230mm、宽度120mm～200mm、厚度49mm～85mm；连接器横截面上的两个平行双锚索穿孔直径为25mm～61mm，双锚索穿孔中心距为28mm～55mm，挤压结合部间距10mm～20mm。连接器由铰刀机床铰削而成，防脱垫圈、防松脱螺母、螺栓和螺栓孔要相互匹配。

作为优选，所述的锚索是由7～19根高强度钢绞线构成的绞合无粘结高预应力钢缆，每根钢绞线直径为3mm，锚索直径为21mm～57mm。

作为优选，所述的钢托盘规格：长×宽=300mm×200mm或400mm×300mm，厚10mm～15mm，材质可为2、3、4、5级钢材。

作为优选，所述的梯子梁为钢筋梯子梁，由直径14mm～22mm圆钢加工而成，长度1500mm～2500mm。

作为优选，上述加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统中d 一组锚索结构的安装步骤为：

a．根据双洞公路隧道之间软岩柱支护加固方案，布置两个对穿软岩柱的定距双平行锚索钻孔，要求双平行钻孔在软岩柱两侧围岩表面位置与加固方案一致；

b．推送2根预应力锚索分别穿过双平行钻孔，要求孔深a、钻孔间距b与锚索长度L相匹配，以便软岩柱同一侧2根锚索外露长度能够实现闭锁；然后，在软岩柱同一侧2根锚索尾部安装钢筋梯子梁使其组成一个环形结构，并依次安装钢托盘和锁具并对每根锚索两端同时张拉预紧；

c．将软岩柱同一侧2根锚索尾部同时穿入一个开有双平行锚索穿孔的带锁紧用螺母的挤压式双锚索恒阻连接器，并逐一拧紧挤压式双锚索恒阻连接器上的螺母固定2根锚索。

更优地，所述的孔深a、孔间距b与锚索长度L应满足关系式“a+b+400mm＜L＜a+b+600mm”且软岩柱两侧锚索外漏长度相等。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下技术效果：

本发明的加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，针对现有单体锚索、对穿锚索和锚索桁架在加固软岩柱过程中出现的问题，设计了能够对穿锚固软岩柱的双闭锁锚索支护系统，使锚固体系的整体支护强度与稳定性均得到提高，具有广泛的实用性；尤其是对穿双闭锁锚索支护系统形成的环形挤压应力分布区比单体锚索和锚索桁架形成的应力区要均匀，克服了已有技术中锚杆支护软岩柱的弱点，即长度短无法贯穿软岩柱、支护密度大、近似点载荷、安装复杂、材料消耗大的问题；而且对穿双闭锁锚索支护系统形成的挤压环形应力区相互组合，控制了软岩柱内部塑性区和破碎区的发展，限制了软岩柱内裂隙的发育，保持了软岩柱的稳定，提高了围岩结构的整体性，实用性强，值得推广。

附图说明

图1是本发明实施例中一组对穿锚固在软岩柱两侧的锚索结构示意图；

图2是图1中A-A挤压式双锚索恒阻连接器剖面图；

图3是图2的B-B挤压式双锚索恒阻连接器剖面图；

图中：1-锚索；2-夹片式锁具；3-托盘；4-梯子梁；5-挤压式双锚索恒阻连接器；6-防脱垫圈；7-螺栓；8-防松脱螺母；9-锚索穿孔；10-锚索穿孔内壁螺纹；11-挤压结合部；12-螺栓孔；a-孔深；b-孔间距。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1-3所示的一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，包括一组或多组对穿锚固在软岩柱两侧的锚索结构，每组锚索结构包含2根锚索1和2个挤压式双锚索恒阻连接器5， 所述的2根锚索1均对穿过软岩柱两侧且呈平行布置，紧贴于软岩柱的表面、在软岩柱同一侧的2根锚索1外露于软岩柱表面的尾部上，安装有一个梯子梁4，以使2根锚索1组成一个环形结构，所述梯子梁4外侧、2根锚索1外露于软岩柱表面的尾部上，还依次设有托盘3和夹片式锁具2以对每根锚索1两端同时张拉预紧，所述的2个挤压式双锚索恒阻连接器5开有双平行锚索穿孔，分别在软岩柱的两个侧面将2根锚索外露于软岩柱两个侧面的4个端头锚固在一起，形成一组锚索结构。

所述的挤压式双锚索恒阻连接器5包括连接器外壳，所述连接器外壳中开设有两个平行的锚索穿孔9，两个锚索穿孔9的中间，为连通两边锚索穿孔9的挤压结合部11，垂直于所述挤压结合部11，设有若干个螺栓孔12，所述螺栓孔12中，穿设有锁紧用的螺栓7，所述螺栓上设有防脱垫圈6、防松脱螺母8。所述锚索穿孔9为圆形锚索穿孔。

所述锚索穿孔9的内壁设有锚索穿孔内壁螺纹10，由攻丝锥加工。

所述的挤压式双锚索恒阻连接器的连接器外壳由长方体弹簧钢制成，长度200mm～230mm、宽度120mm～200mm、厚度49mm～85mm；连接器横截面上的两个平行双锚索穿孔直径为25mm～61mm，双锚索穿孔9中心距为28mm～55mm，挤压结合部11间距10mm～20mm。连接器由铰刀机床铰削而成，防脱垫圈6、防松脱螺母8、螺栓7和螺栓孔12相互匹配。

所述的锚索1是由7～19根高强度钢绞线构成的绞合无粘结高预应力钢缆，每根钢绞线直径为3mm，锚索直径为21mm～57mm。

所述的托盘3规格：长×宽=300mm×200mm或400mm×300mm，厚10mm～15mm，材质可为2、3、4、5级钢材。

所述的梯子梁4为钢筋梯子梁，由直径14mm～22mm圆钢加工而成，长度1500mm～2500mm。

上述加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统中，一组锚索结构的安装步骤为：

a．施工锚索钻孔。根据双洞公路隧道之间软岩柱支护加固方案，布置两个对穿软岩柱的定距双平行锚索钻孔，要求双平行钻孔在软岩柱两侧围岩表面位置与加固方案一致。

b．安装对穿锚索。推送2根预应力锚索分别穿过双平行钻孔，要求孔深a、钻孔间距b与锚索长度L相匹配，以便软岩柱同一侧2根锚索外露长度能够实现闭锁。孔深a、孔间距b与锚索长度L应满足关系式“a+b+400mm＜L＜a+b+600mm”且软岩柱两侧锚索外漏长度相等。然后，在软岩柱同一侧2根锚索尾部安装钢筋梯子梁使其组成一个环形结构，并依次安装钢托盘和夹片式锁具并对每根锚索两端同时张拉预紧，一般要求施给锚索的预应力应为锚索抗拉强度的40%～70%。

c．搭接对穿锚索尾部。将软岩柱同一侧2根锚索尾部穿入一个开有双平行锚索穿孔的钢制挤压式双锚索恒阻连接器，并逐一拧紧锚索连接器上的3个螺母固定2根锚索尾部，锚索尾部均保留200mm～300mm，螺母扭矩一般不小于300N·m。

工作原理：对穿双闭锁锚索支护系统安装后，施加给软岩柱两侧围岩一个主动支护力，以保持软岩柱两侧围岩结构完整性和稳定性。在双洞公路隧道施工过程中受强扰动和高支承压力的影响，锚索拉应力达到锁具提供的最大摩擦力后，软岩柱两侧产生指向临空面的卸荷位移，并带动固定在围岩表面上的钢筋梯子梁、钢托盘、夹片式锁具向临空面发生沿锚索轴线方向的恒阻相离位移，致使软岩柱同一侧2个锁具与挤压式双锚索恒阻连接器之间的锚索缩短，挤压式双锚索恒阻连接器被动受拉绷紧，预应力锚索张拉力再次增加并通过钢筋梯子梁、钢托盘、夹片式锁具反作用于软岩柱两侧围岩，产生抑制围岩向临空面位移的效应，进一步提高了该系统的支护能力。在这一过程中，对穿双闭锁锚索支护系统通过夹片式锁具和挤压式双锚索恒阻连接器两个锁紧装置增加了锚索尾部的摩擦力，避免了该锚索锁具退锚失效，提高了预应力锚索承载能力并充分发挥了其高强性能；预应力锚索具有高延伸率，对软岩柱扩容变形起到一定卸载让压作用；同时，对穿双闭锁锚索支护系统呈环形结构连为一体，提高了整体结构协调承载性能。

本发明的加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，针对现有单体锚索、对穿锚索和锚索桁架在加固软岩柱过程中出现的问题，设计了能够对穿锚固软岩柱的双闭锁锚索支护系统，使锚固体系的整体支护强度与稳定性均得到提高，具有广泛的实用性；尤其是对穿双闭锁锚索支护系统形成的环形挤压应力分布区比单体锚索和锚索桁架形成的应力区要均匀，克服了已有技术中锚杆支护软岩柱的弱点，即长度短无法贯穿软岩柱、支护密度大、近似点载荷、安装复杂、材料消耗大的问题；而且对穿双闭锁锚索支护系统形成的挤压环形应力区相互组合，控制了软岩柱内部塑性区和破碎区的发展，限制了软岩柱内裂隙的发育，保持了软岩柱的稳定，提高了围岩结构的整体性，实用性强，值得推广。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：包括一组或多组对穿锚固在软岩柱两侧的锚索结构，每组锚索结构包含2根锚索和2个挤压式双锚索恒阻连接器， 所述的2根锚索均对穿过软岩柱两侧且呈平行布置，紧贴于软岩柱的表面、在软岩柱同一侧的2根锚索外露于软岩柱表面的尾部上，安装有一个梯子梁，以使2根锚索组成一个环形结构，所述梯子梁外侧、2根锚索外露于软岩柱表面的尾部上，还依次设有托盘和夹片式锁具以对每根锚索两端同时张拉预紧，所述的2个挤压式双锚索恒阻连接器上开有双平行锚索穿孔，分别在软岩柱的两个侧面将2根锚索外露于软岩柱两个侧面的4个端头锚固在一起，形成一组锚索结构。

2.根据权利要求1所述的加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：所述的挤压式双锚索恒阻连接器包括连接器外壳，所述连接器外壳中开设有两个平行的锚索穿孔，两个锚索穿孔的中间，为连通两边锚索穿孔的挤压结合部，垂直于所述挤压结合部，设有若干个螺栓孔，所述螺栓孔中，穿设有锁紧用的螺栓，所述螺栓上设有防脱垫圈、防松脱螺母。

3.根据权利要求2所述的加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：所述的挤压式双锚索恒阻连接器的连接器外壳由长方体弹簧钢制成，长度200mm～230mm、宽度120mm～200mm、厚度49mm～85mm；连接器横截面上的两个平行双锚索穿孔直径为25mm～61mm，双锚索穿孔中心距为28mm～55mm，挤压结合部间距10mm～20mm。

4.根据权利要求2所述的加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：所述锚索穿孔的内壁设有锚索穿孔内壁螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：所述的锚索是由7～19根高强度钢绞线构成的绞合无粘结高预应力钢缆，每根钢绞线直径为3mm，锚索直径为21mm～57mm。

6.根据权利要求1所述的加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：所述的托盘规格：长×宽=300mm×200mm或400mm×300mm，厚10mm～15mm，材质为2、3、4或5级钢材。

7.根据权利要求1所述的一种加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：所述的梯子梁为钢筋梯子梁，由直径14mm～22mm圆钢加工而成，长度1500mm～2500mm。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：一组锚索结构的安装步骤为：

a．根据双洞公路隧道之间软岩柱支护加固方案，布置两个对穿软岩柱的定距双平行锚索钻孔，要求双平行钻孔在软岩柱两侧围岩表面位置与加固方案一致；

b．推送2根预应力锚索分别穿过双平行钻孔，要求孔深a、钻孔间距b与锚索长度L相匹配，以便软岩柱同一侧2根锚索外露长度能够实现闭锁；然后，在软岩柱同一侧2根锚索尾部安装梯子梁使其组成一个环形结构，并依次安装托盘、夹片式锁具并对每根锚索两端同时张拉预紧；

c．将软岩柱同一侧2根锚索尾部同时穿入一个开有双平行锚索穿孔的带锁紧用螺母的挤压式双锚索恒阻连接器，并逐一拧紧挤压式双锚索恒阻连接器上的螺母固定2根锚索。

9.根据权利要求8所述的加固双洞公路隧道软岩柱的对穿双闭锁锚索支护系统，其特征在于：所述的孔深a、孔间距b与锚索长度L满足关系式“a+b+400mm＜L＜a+b+600mm”且软岩柱两侧锚索外漏长度相等。

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