CN112610255A - 一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法 - Google Patents

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CN112610255A CN202011460745.8A CN202011460745A CN112610255A CN 112610255 A CN112610255 A CN 112610255A CN 202011460745 A CN202011460745 A CN 202011460745A CN 112610255 A CN112610255 A CN 112610255A
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罗宗帆
刘根锁
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Abstract

本发明公开了一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,所施工隧道的支护结构包括对所施工隧道进行初期支护的隧道初期支护结构和设置在隧道初期支护结构内侧用于对所施工隧道进行二次支护的隧道二次衬砌;该方法包括:一、上导洞开挖并支护;二、中导洞开挖并支护;三、下导洞开挖并支护;四、隧道二次衬砌施工。本发明利用可扩大式锚固装置对所施工隧道进行锚固,提高了所施工隧道整体的稳定性;在上导洞内钢拱架的底部和顶部分别设置可扩大式锚固装置,在中导洞内钢拱架的底部和中部分别设置可扩大式锚固装置,均是为了提高所施工隧道内初期支护的支护效果,加强所施工隧道的整体稳定性。

Description

一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法
技术领域
本发明属于隧道工程施工技术领域,尤其是涉及一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法。
背景技术
软弱破碎围岩由于裂隙发育,结构面相互交织,随机分布,没有明显的方向性,在一定程度上可以将其看做是各向均质连续体软弱破碎围岩整体抗压强度较低,洞室开挖后围岩稳定性差,且开挖扰动后变形较大,极易失稳破坏。在这类地层上进行隧道开挖极易引起较大的不均匀沉降。此外,隧道衬砌施工后,在运营期内围压亦会在地应力作用下产生蠕变或流变变形,导致衬砌等支护体系极易发生大变形而失稳。目前,软弱破碎地层条件下的隧道大变形问题,是隧道建设中的关键难题,给地下工程建设带来了极大的挑战,严重制约了城市轨道交通行业的安全、高速发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其结构简单、设计合理,利用所述可扩大式锚固装置对所施工隧道进行锚固,提高了所施工隧道整体的稳定性;在所述上导洞内钢拱架的底部和顶部分别设置所述可扩大式锚固装置,在所述中导洞内钢拱架的底部和中部分别设置所述可扩大式锚固装置,均是为了提高所施工隧道内初期支护的支护效果,加强所施工隧道的整体稳定性。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所施工隧道的支护结构包括对所施工隧道进行初期支护的隧道初期支护结构和设置在所述隧道初期支护结构内侧用于对所施工隧道进行二次支护的隧道二次衬砌;
所述隧道初期支护结构包括沿所施工隧道延伸方向依次布设的多个隧道支护结构,相邻两个所述隧道支护结构之前通过纵向钢筋组固定连接;所述隧道支护结构包括对隧道内壁进行支护的钢拱架和从内到外斜向设置在钢拱架上且沿所述钢拱架轮廓线布设的多个可扩大式锚固装置;每个所述可扩大式锚固装置的内端均固定在所述钢拱架上,每榀所述钢拱架和设置在该榀所述钢拱架上的多个所述可扩大式锚固装置均布设在同一个隧道横断面上;所述隧道二次衬砌为钢筋混凝土结构;
所述可扩大式锚固装置包括由内向外插入锚孔内的锚管和设置在所述锚管外端的可扩大式锚固机构,所述可扩大式锚固机构包括设置在所述锚管外端的连接管、设置在所述连接管外端的锚固扩大管和插装在所述锚固扩大管内用于使所述锚固扩大管外端张开的锚固堵头,所述锚固堵头内开设有与锚管连通的注浆通道,所述锚固堵头上设置有沿所述锚孔的深度方向由外向内转动且推动所述锚固堵头向内移动的传力杆;所述锚管、所述可扩大式锚固机构、所述传力杆和所述锚孔均同轴布设;
所施工隧道采用三台阶法对隧道洞进行开挖,所述隧道洞包括上台阶的上导洞、设置在上导洞下方的中导洞和设置在中导洞下方的下导洞;沿所施工隧道的延伸方向由后向前对所施工隧道进行施工,多个所述隧道支护结构的施工方法均相同;对所施工隧道进行施工时,包括以下步骤:
步骤一、上导洞开挖并支护:沿隧道的延伸方向开挖上导洞,所述上导洞每开挖固定掘进长度,利用钢拱架支撑在上导洞的隧道璧上,并在所述钢拱架的底部和顶部分别对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端,在所述上导洞和所述土体之间形成上部支护结构并在所述上部支护结构上喷射混凝土;
步骤二、中导洞开挖并支护:在开挖上导洞的同时,沿所施工隧道的延伸方向由后向前开挖中导洞,所述中导洞的掌子面位于所述上导洞的掌子面的后方;所述中导洞每开挖固定掘进长度,利用钢拱架支撑在中导洞的隧道璧上,并在所述钢拱架的底部和中部对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端,在所述中导洞和所述土体之间形成中部支护结构并在所述中部支护结构上喷射混凝土;
步骤三、下导洞开挖并支护:在开挖中导洞的同时,沿所施工隧道的延伸方向由后向前开挖下导洞,所述下导洞的掌子面位于所述中导洞的掌子面的后方;所述下导洞每开挖固定掘进长度,利用钢拱架支撑在下导洞的隧道璧上,并在所述钢拱架的底部对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端,在所述下导洞和所述土体之间形成下部支护结构并在所述下部支护结构上喷射混凝土;
在同一个隧道横断面内的所述上部支护结构、所述中部支护结构和所述下部支护结构组成所述隧道初期支护结构;
步骤四、隧道二次衬砌施工:步骤三完成同一个所述隧道洞内所述隧道支护结构的施工后,沿所施工隧道的延伸方向由后向前在所述隧道支护结构的内侧进行所述隧道二次衬砌的施工。
上述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所述锚管为钢管,所述钢拱架为拱形钢拱架,所述锚管的内端焊接在所述钢拱架上。
上述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所述锚固扩大管由一根钢管切割形成,所述钢管的管径由内向外逐渐减小,所述锚固扩大管的管段上开设有多条切割缝,多条所述切割缝沿锚固扩大管外端的周向方向均匀布设,所述切割缝为由所述钢管的外侧向内侧平直切割的缝隙。
上述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所述锚固堵头包括伸入至所述连接管内的移动杆和设置在所述移动杆外端且与所述移动杆同轴布设的堵头;所述移动杆与所述传力杆插装连接;所述堵头卡装在所述移动杆的外端;所述注浆通道包括开设在所述移动杆内部的连通孔和开设在所述堵头上的注浆通孔组件,所述连通孔与所述移动杆同轴布设,所述连通孔、所述注浆通孔组件均与所述锚管连通。
上述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所述注浆通孔组件包括设置在堵头外端的纵向通孔和设置在所述堵头上的多个环向通孔;所述纵向通孔与所述堵头同轴布设,所述纵向通孔与所述连通孔相连通;多个环向通孔沿所述堵头的周向方向均匀布设,每个所述环向通孔均与所述纵向通孔相连通。
上述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:步骤一、步骤二和步骤三中,安装并调整所述可扩大式锚固装置的方法均相同,对任意一个所述可扩大式锚固装置进行安装和调整时,包括以下步骤:
步骤a、孔外组装可扩大式锚固组装体:将所述连接管的外端和锚固扩大管的内端焊接,再将焊接完成后的连接管与所述锚管的外端焊接;将所述锚固堵头上的移动杆插入所述连接管内与所述连接管的外端固定连接,组装成可扩大式锚固组装体;
步骤b、钻孔:对安装所述可扩大式锚固装置的锚孔进行钻设,在隧道内壁上钻设所述锚孔,所述锚孔对称布设在所述钢拱架底部对应的隧道内壁上;
步骤c、孔内插装可扩大式锚固组装体:将组装好的可扩大式锚固组装体由内向外打入所述锚孔中,直至所述堵头的外端与所述锚孔的底部抵接;
步骤d、孔内调整可扩大式锚固组装体:将传力杆插入锚管内且所述传力杆的外端插装在所述移动杆上;旋转所述传力杆带动所述锚固堵头向所述锚管的内端转动;所述堵头在转动的过程中对所述锚固扩大管进行挤压,使所述锚固扩大管的端部张开直至所述堵头卡装在所述连接管的外端口处,停止旋转传力杆;然后将所述传力杆从所述锚管中撤出;
步骤e、注浆:由所述锚管的内端向所述锚管的外端注浆,注浆液通过所述注浆通道在所述堵头的外端形成锚固扩大端。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明利用所述可扩大式锚固装置对所施工隧道进行锚固,提高了所施工隧道整体的稳定性;在所述上导洞内钢拱架的底部和顶部分别设置所述可扩大式锚固装置,在所述下导洞内钢拱架的底部和中部分别设置所述可扩大式锚固装置,均是为了提高所施工隧道内初期支护的支护效果,加强所施工隧道的整体稳定性。
2、本发明通过多个所述隧道支护结构对开挖的隧道进行支护,对已开挖隧道进行支撑,防止隧道变形,提高隧道的整体稳定性。
3、本发明在所述可扩大式锚固装置的外端形成的锚固扩大端,通过所述可扩大式锚固装置与支撑隧道的钢拱架连接为一体,利用锚固扩大端在土体中加强所述可扩大式锚固装置外端的锚固力,进而加强对钢拱架的锚固,提高了隧道施工的安全性。
4、本发明通过所述隧道支护结构对已开挖的隧道进行支撑锚固,既能保证隧道的正常施工;也能使隧道的支撑更加完善;同时对所述隧道支护结构进行施工,在隧道与土体之间形成间隔布设的支护体系,能更好的实现对已开挖隧道的支撑和加固。
5、本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本低且实现方便,施工方法操作性强,便于推广应用。
综上所述,本发明利用所述可扩大式锚固装置对所施工隧道进行锚固,提高了所施工隧道整体的稳定性;在所述上导洞内钢拱架的底部和顶部分别设置所述可扩大式锚固装置,在所述中导洞内钢拱架的底部和中部分别设置所述可扩大式锚固装置,均是为了提高所施工隧道内初期支护的支护效果,加强所施工隧道的整体稳定性。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明可扩大式锚固装置的结构示意图。
图2为本发明连接组件的结构示意图。
图3为本发明可扩大式锚固堵头的结构示意图。
图4为本发明锚固扩大管挤压后的结构示意图。
图5为本发明支护上导洞的施工状态示意图。
图6为本发明支护中导洞的施工状态示意图。
图7为本发明支护下导洞的施工状态示意图。
图8为本发明上导洞施工中插装可扩大式锚固装置的施工状态示意图。
图9为本发明上导洞施工中孔内调整定可扩大式锚固装置的施工状态示意图。
图10为本发明隧道初期支护结构在隧道上的位置布设示意图。
图11为本发明隧道初期支护结构和隧道二次衬砌在隧道横断面上的位置布设示意图。
图12为本发明的流程图。
附图标记说明:
1—钢拱架; 2—土体; 3—锚管;
4—所施工隧道; 5—锚固连接管; 6—锚固扩大管;
6-1—切割缝; 7—移动杆; 7-1—外螺纹;
7-2—安装槽; 8—堵头; 8-1—纵向通孔;
8-2—环向通孔; 9—传力杆; 10—锚固扩大端结构;
11—止浆阀; 12—连通管; 13—注浆机;
14—上导洞; 15—中导洞; 16—下导洞;
17—隧道二次衬砌; 18—纵向连接钢筋。
具体实施方式
如图1至图12所示的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,所施工隧道4的支护结构包括对所施工隧道4进行初期支护的隧道初期支护结构和设置在所述隧道初期支护结构内侧用于对所施工隧道4进行二次支护的隧道二次衬砌17;
所述隧道初期支护结构包括沿所施工隧道4延伸方向依次布设的多个隧道支护结构,相邻两个所述隧道支护结构之前通过纵向钢筋组固定连接;所述隧道支护结构包括对隧道内壁进行支护的钢拱架1和从内到外斜向设置在钢拱架1上且沿所述钢拱架1轮廓线布设的多个可扩大式锚固装置;每个所述可扩大式锚固装置的内端均固定在所述钢拱架1上,每榀所述钢拱架1和设置在该榀所述钢拱架1上的多个所述可扩大式锚固装置均布设在同一个隧道横断面上;所述隧道二次衬砌17为钢筋混凝土结构;
所述可扩大式锚固装置包括由内向外插入锚孔内的锚管3和设置在所述锚管3外端的可扩大式锚固机构,所述可扩大式锚固机构包括设置在所述锚管3外端的连接管5、设置在所述连接管5外端的锚固扩大管6和插装在所述锚固扩大管6内用于使所述锚固扩大管6外端张开的锚固堵头,所述锚固堵头内开设有与锚管3连通的注浆通道,所述锚固堵头上设置有沿所述锚孔的深度方向由外向内转动且推动所述锚固堵头向内移动的传力杆9;所述锚管3、所述可扩大式锚固机构、所述传力杆9和所述锚孔均同轴布设;
所施工隧道4采用三台阶法对隧道洞进行开挖,所述隧道洞包括上台阶的上导洞14、设置在上导洞14下方的中导洞15和设置在中导洞15下方的下导洞16;沿所施工隧道4的延伸方向由后向前对所施工隧道4进行施工,多个所述隧道支护结构的施工方法均相同;对所施工隧道4进行施工时,包括以下步骤:
如图5所示,步骤一、上导洞开挖并支护:沿隧道的延伸方向开挖上导洞14,所述上导洞14每开挖固定掘进长度,利用钢拱架1支撑在上导洞14的隧道璧上,并在所述钢拱架1的底部和顶部分别对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端10,在所述上导洞14和所述土体2之间形成上部支护结构并在所述上部支护结构上喷射混凝土;
如图6所示,步骤二、中导洞开挖并支护:在开挖上导洞14的同时,沿所施工隧道4的延伸方向由后向前开挖中导洞15,所述中导洞15的掌子面位于所述上导洞14的掌子面的后方;所述中导洞15每开挖固定掘进长度,利用钢拱架1支撑在中导洞15的隧道璧上,并在所述钢拱架1的底部和中部对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端10,在所述中导洞15和所述土体2之间形成中部支护结构并在所述中部支护结构上喷射混凝土;
如图7所示,步骤三、下导洞开挖并支护:在开挖中导洞15的同时,沿所施工隧道4的延伸方向由后向前开挖下导洞16,所述下导洞16的掌子面位于所述中导洞15的掌子面的后方;所述下导洞16每开挖固定掘进长度,利用钢拱架1支撑在下导洞16的隧道璧上,并在所述钢拱架1的底部对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端10,在所述下导洞16和所述土体2之间形成下部支护结构并在所述下部支护结构上喷射混凝土;
在同一个隧道横断面内的所述上部支护结构、所述中部支护结构和所述下部支护结构组成所述隧道初期支护结构;
步骤四、隧道二次衬砌施工:步骤三完成同一个所述隧道洞内所述隧道支护结构的施工后,沿所施工隧道4的延伸方向由后向前在所述隧道支护结构的内侧进行所述隧道二次衬砌17的施工。
实际使用时,利用所述可扩大式锚固装置对所施工隧道4进行锚固,提高了所施工隧道4整体的稳定性;在所述上导洞14内钢拱架1的底部和顶部分别设置所述可扩大式锚固装置,在所述下导洞16内钢拱架1的底部和中部分别设置所述可扩大式锚固装置,均是为了提高所施工隧道4内初期支护的支护效果,加强所施工隧道4的整体稳定性。
当所施工隧道4在传统施工中发生较大变形时,只能通过钢拱架1和锚管3对所施工隧道4起到一个支撑和锚固的作用,本发明中在所施工隧道4与土体2之间设置多个所述隧道支护结构,当所述所施工隧道4发生较大变形时,由于变形产生的应力作用到整个所述隧道支护结构上,从而对已开挖隧道进行支撑,防止隧道变形,提高隧道的整体稳定性;对已开挖的所施工隧道4进行锚固时,所述所施工隧道4的变形量先传递到钢拱架1上,所述钢拱架1的变形对所述可扩大式锚固装置进行拖拽,位于所述可扩大式锚固装置外端的锚固扩大端结构10能对造成所述可扩大式锚固装置位移的拖拽进行稳固,防止所施工隧道4发生较大变形时,所述可扩大式锚固装置发生位移,结合钢拱架1、所述隧道支护结构和所述锚固扩大端结构10共同对已开挖所施工隧道4进行支撑和稳固,提高了锚管3的锚固力,避免了施工中的安全隐患,提高了所施工隧道4锚固施工的安全性。
其中,如图5、图6和图7所示,通过注浆在所述可扩大式锚固装置的外端形成锚固扩大端结构10,所述锚固扩大端结构10和土体2相融合,在所述可扩大式锚固装置的外端形成一个固定头;所施工隧道4在传统施工中发生较大变形时,传输到所述可扩大式锚固装置上的应力,可由锚固扩大端结构10对应力进行消除,达到加强锚固的效果,加强对钢拱架1的锚固,提高了隧道施工的安全性。
另外,通过所述隧道初期支护结构对已开挖的所施工隧道4进行支撑锚固,支撑在所述所施工隧道4内的钢拱架1可对已开挖的所施工隧道4进行支撑,沿着所施工隧道4的延伸方向继续进行开挖时,过程中造成土体2和所施工隧道4变形,变形产生的应力可结合所述可扩大式锚固装置和所述锚固扩大端结构10进行消除,既能保证所施工隧道4的正常施工,也能使所施工隧道4的支撑更加完善;在所施工隧道4与土体2之间形成间隔布设的所述隧道支护结构,能更好的实现对已开挖隧道的支撑和加固。
需要说明的是,所述所施工隧道4的内壁上开设有供所述可扩大式锚固装置安装的锚孔;多个所述可扩大式锚固装置沿所述所施工隧道4的周向方向布设,可对隧道横断面的环向方向都进行锚固,防止已开挖隧道变形。如图10所示,所述纵向钢筋组包括连接相邻两榀钢拱架1的多个纵向连接钢筋18。
如图1和图8所示,实际使用时,将所述可扩大式锚固装置安装在钢拱架1和土体2之间,当所述所施工隧道4发生较大变形时,由于变形产生的应力作用到锚管3上,对锚管3进行拖拽,位于锚管3外端的锚固扩大端结构10能对造成锚管3位移的拖拽进行稳固,防止钢拱架1发生较大变形时,所述锚管3发生位移;提高了锚管3的锚固力,避免了施工中的安全隐患,提高了钢拱架1锚固施工的安全性。
其中,结合所述连接管5、锚固扩大管6和所述锚固堵头,所述锚固堵头可在传力杆9的带动下在所述连接管5内转动,由于所述锚固堵头对所述锚固扩大管6的挤压作用,使锚固扩大管6的外端沿着切割缝6-1的开设方向张开,再通过所述堵头8对连接管5的外端进行封堵,使注浆过程中注浆液不会回流,张开后的锚固扩大管6和所述堵头8在土体2内形成一个扩大式的结构,最后注浆液完成注浆后形成锚固扩大端结构10,用于加强所述锚管3的锚固力,提高了锚管3的抗拉拔力和钢拱架1的稳定性。
另外,传力杆9的主要作用就是为了调整所述锚固堵头的位置,带动所述锚固堵头由外向内移动,实现所述堵头8对所述锚固扩大管6的挤压作用,安装所述可扩大式锚固装置时,所述传力杆9可在锚管3和所述可扩大式锚固机构安装完成后再安装,为了保证传力杆9的外端准确安装在所述安装槽7-2内,所述传力杆9需与所述锚管3同轴布设;为了方便后续注浆,所述锚固堵头的位置调整完以后,所述传力杆9即可拆除,不影响后续注浆;后续注浆后可形成锚固扩大端结构10,加强所述锚管3的抗拉拔力,更好的对钢拱架1进行支撑,减小钢拱架1变形。
如图4至图9所示,所述锚管3的外端伸入至所述锚孔内,所述锚管3的内端固定在钢拱架1上,注浆完成后在锚管3的外端形成锚固扩大端结构10,所述锚固扩大端结构10通过锚管3与钢拱架1连接为一体,当所述钢拱架1发生较大变形时,由于变形产生的应力作用到锚管3上,对锚管3进行拖拽,位于锚管3外端的锚固扩大端结构10能对造成锚管3位移的拖拽进行稳固,共同对钢拱架1进行支撑,减小钢拱架1变形,提高钢拱架1的整体稳定性。
实际使用时,所述连接管5的内端和所述锚管3的外端焊接固定,所述锚固扩大管6在进行注浆前通过所述堵头8的挤压,从切割缝6-1处向外延伸,经由锚固扩大管6注入堵头8的注浆液在凝固后可形成锚固扩大端结构10,达到加强锚固的作用。所述锚固堵头插入所述锚固扩大管6内再和所述连接管5转动连接,可通过螺纹连接,实现所述锚固堵头和所述连接管5的转动连接。所述传力杆9的内端穿出所述锚管3延伸至钢拱架1内,所述传力杆9的外端与所述锚固堵头连接。
本实施例中,所述锚管3为钢管,所述钢拱架1为拱形钢拱架,所述锚管3的内端焊接在所述钢拱架1上。
如图2所示,本实施例中,所述锚固扩大管6由一根钢管切割形成,所述钢管的管径由内向外逐渐减小,所述锚固扩大管6的管段上开设有多条切割缝6-1,多条所述切割缝6-1沿锚固扩大管6外端的周向方向均匀布设,所述切割缝6-1为由所述钢管的外侧向内侧平直切割的缝隙。
实际使用时,所述锚固扩大管6的外径由内向外逐渐减小,形成切削端,便于锚固扩大管6的外端切削土体,减小阻力。所述锚固扩大管6内端的内径和所述连接管5的内径相等,一方面方便后续注浆,另一方面在所述锚固堵头转动的过程中,所述锚固堵头的移动杆7能从锚固扩大管6内通过,保证在所述锚固堵头对锚固扩大管6挤压过程中,实现所述锚固扩大管6的完全张开。所述切割缝6-1的数量优选为八条,所述切割缝6-1的宽度为1mm~2mm;所述切割缝6-1的长度与所述锚固扩大管6的长度相等;设置所述切割缝6-1的目的是:为了在注浆前所述锚固堵头在所述传力杆9的带动下向靠近所述锚管3的方向转动,在移动的过程中由于所述堵头8的挤压使所述锚固扩大管6沿着切割缝6-1的开设方向张开,由于所述切割缝6-1的存在,所述锚固扩大管6在挤压后沿切割缝6-1的位置分别向外延伸,注浆后可形成锚固扩大端结构10。
需要说明的是,所述锚固扩大管6的外端在堵头8的挤压下张开,使得所述锚固扩大管6的外端呈现爪形,结合所述堵头8,在经由注浆液注浆后形成的锚固扩大端结构10的直径由内向外逐渐增大;这种形状使得所述锚固扩大端结构10在土体2内的锚固力较大,能更好的对待锚固体1进行锚固。
如图1、图3和图4所示,本实施例中,所述锚固堵头包括伸入至所述连接管5内的移动杆7和设置在所述移动杆7外端且与所述移动杆7同轴布设的堵头8;所述移动杆7与所述传力杆9插装连接;所述堵头8卡装在所述移动杆7的外端;所述注浆通道包括开设在所述移动杆7内部的连通孔和开设在所述堵头8上的注浆通孔组件,所述连通孔与所述移动杆7同轴布设,所述连通孔、所述注浆通孔组件均与所述锚管3连通。
实际使用时,所述移动杆7和堵头8焊接固定,所述移动杆7的主要作用是在传力杆9的带动下实现所述锚固堵头的转动,所述堵头8一方面在注浆时对所述连接管5起到封堵作用,另一方面在转动过程中对锚固扩大管6进行挤压,实现锚固扩大管6的张开。可在所述连接管5的内侧面上开设内螺纹,在所述移动杆7的外侧面上开设与所述内螺纹相配合的外螺纹,实现所述锚固堵头和所述连接管5的转动连接。所述安装槽7-2的深度为1cm~2cm,设置所述安装槽7-2的目的是:便于所述传力杆9的安装,使所述锚固堵头在进入所述锚孔的情况下还能对其进行操作。所述连通孔的作用是为了将注浆液输送至所述堵头8内,进入所述连通孔内的浆液再经由所述注浆通孔组件注入周围的土体2中。所述移动杆7的外径与所述锚固扩大管6外端的内径相等,才能使所述锚固堵头在向靠近所述锚管3的方向转动时,所述移动杆7能自由通过所述锚固扩大管6并在连接管5转动。所述堵头8内端的外径不小于所述连接管5的内径,实际使用时,当所述锚固堵头在向所述锚管3的方向转动时,将所述锚固扩大管6逐渐撑开,在所述堵头8靠近所述移动杆7的端部外径不小于所述连接管5的内径的情况下,所述堵头8才能起到封堵的作用,同时在注浆结束后与注浆液一起形成锚固扩大端结构10。
如图1和图3所示,本实施例中,所述注浆通孔组件包括设置在堵头8外端的纵向通孔8-1和设置在所述堵头8上的多个环向通孔8-2;所述纵向通孔8-1与所述堵头8同轴布设,所述纵向通孔8-1与所述连通孔相连通;多个环向通孔8-2沿所述堵头8的周向方向均匀布设,每个所述环向通孔8-2均与所述纵向通孔8-1相连通。
实际使用时,设置所述注浆通孔组件的目的是:注浆过程中便于注浆液的流动和扩散;所述纵向通孔8-1与所述连通孔相连通,注浆液可从所述连通孔进入所述堵头8内,再由纵向通孔8-1和与所述纵向通孔8-1相连通的环向通孔8-2排出,对土体2进行注浆,形成锚固扩大端结构10。优选的,所述环向通孔8-2的数量优选为四个,四个所述环向通孔8-2沿堵头8的周向方向均匀布设。
本实施例中,步骤一、步骤二和步骤三中,安装并调整所述可扩大式锚固装置的方法均相同,对任意一个所述可扩大式锚固装置进行安装和调整时,包括以下步骤:
步骤a、孔外组装可扩大式锚固组装体:将所述连接管5的外端和锚固扩大管6的内端焊接,再将焊接完成后的连接管5与所述锚管3的外端焊接;将所述锚固堵头上的移动杆7插入所述连接管5内与所述连接管5的外端固定连接,组装成可扩大式锚固组装体;
步骤b、钻孔:对安装所述可扩大式锚固装置的锚孔进行钻设,在隧道内壁上钻设所述锚孔,所述锚孔对称布设在所述钢拱架1底部对应的隧道内壁上;
如图8所示,步骤c、孔内插装可扩大式锚固组装体:将组装好的可扩大式锚固组装体由内向外打入所述锚孔中,直至所述堵头8的外端与所述锚孔的底部抵接;
如图9所示,步骤d、孔内调整可扩大式锚固组装体:将传力杆9插入锚管3内且所述传力杆9的外端插装在所述移动杆7上;旋转所述传力杆9带动所述锚固堵头向所述锚管3的内端转动;所述堵头8在转动的过程中对所述锚固扩大管6进行挤压,使所述锚固扩大管6的端部张开直至所述堵头8卡装在所述连接管5的外端口处,停止旋转传力杆9;然后将所述传力杆9从所述锚管3中撤出;
步骤e、注浆:由所述锚管3的内端向所述锚管3的外端注浆,注浆液通过所述注浆通道在所述堵头8的外端形成锚固扩大端10。
实际使用时,通过转动传力杆9,实现所述堵头8对所述锚固扩大管6的挤压,使所述锚固扩大管6的端部张开,后续注浆后可形成锚固扩大端结构10,在实现对隧道的加固。采用传力杆9调整所述锚固堵头的位置,既能方便施工人员在所述锚孔中完成所述可扩大式锚固装置的位置调节,同时所述锚固堵头的位置调整完以后即可从所述锚孔中撤出不影响后续的注浆工作。如图7所示,在隧道横断面上设置多个所述锚管3,利用在所述锚管3端部形成的锚固扩大端结构10,加强所述锚管3的抗拉拔力,更好的对钢拱架1进行支撑,减小钢拱架1变形。
本实施例中,步骤d中,由于切割缝6-1的存在,所述锚固扩大管6在挤压后沿切割缝6-1的位置分别向外延伸,当所述堵头8的内端卡装在所述连接管5的外端口处时,使所述锚固扩大管6的端部完全张开,后续注浆完成后可形成锚固扩大端结构10。步骤e中,在所述锚管3的端部与所述注浆组件之间设置有止浆阀11。实际使用时,通过止浆阀11对进入到锚管3内的注浆液进行控制,防止注浆液回流,也能起到控制流量的作用。如图7所示,本实施例中,步骤e中,所述注浆组件包括安装在止浆阀11远离所述锚管3端部的连通管12和设置在所述钢拱架1内且与所述连通管12连通用于向所述锚管3中注浆的注浆机13。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所施工隧道(4)的支护结构包括对所施工隧道(4)进行初期支护的隧道初期支护结构和设置在所述隧道初期支护结构内侧用于对所施工隧道(4)进行二次支护的隧道二次衬砌(17);
所述隧道初期支护结构包括沿所施工隧道(4)延伸方向依次布设的多个隧道支护结构,相邻两个所述隧道支护结构之前通过纵向钢筋组固定连接;所述隧道支护结构包括对隧道内壁进行支护的钢拱架(1)和从内到外斜向设置在钢拱架(1)上且沿所述钢拱架(1)轮廓线布设的多个可扩大式锚固装置;每个所述可扩大式锚固装置的内端均固定在所述钢拱架(1)上,每榀所述钢拱架(1)和设置在该榀所述钢拱架(1)上的多个所述可扩大式锚固装置均布设在同一个隧道横断面上;所述隧道二次衬砌(17)为钢筋混凝土结构;
所述可扩大式锚固装置包括由内向外插入锚孔内的锚管(3)和设置在所述锚管(3)外端的可扩大式锚固机构,所述可扩大式锚固机构包括设置在所述锚管(3)外端的连接管(5)、设置在所述连接管(5)外端的锚固扩大管(6)和插装在所述锚固扩大管(6)内用于使所述锚固扩大管(6)外端张开的锚固堵头,所述锚固堵头内开设有与锚管(3)连通的注浆通道,所述锚固堵头上设置有沿所述锚孔的深度方向由外向内转动且推动所述锚固堵头向内移动的传力杆(9);所述锚管(3)、所述可扩大式锚固机构、所述传力杆(9)和所述锚孔均同轴布设;
所施工隧道(4)采用三台阶法对隧道洞进行开挖,所述隧道洞包括上台阶的上导洞(14)、设置在上导洞(14)下方的中导洞(15)和设置在中导洞(15)下方的下导洞(16);沿所施工隧道(4)的延伸方向由后向前对所施工隧道(4)进行施工,多个所述隧道支护结构的施工方法均相同;对所施工隧道(4)进行施工时,包括以下步骤:
步骤一、上导洞开挖并支护:沿隧道的延伸方向开挖上导洞(14),所述上导洞(14)每开挖固定掘进长度,利用钢拱架(1)支撑在上导洞(14)的隧道璧上,并在所述钢拱架(1)的底部和顶部分别对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端(10),在所述上导洞(14)和所述土体(2)之间形成上部支护结构并在所述上部支护结构上喷射混凝土;
步骤二、中导洞开挖并支护:在开挖上导洞(14)的同时,沿所施工隧道(4)的延伸方向由后向前开挖中导洞(15),所述中导洞(15)的掌子面位于所述上导洞(14)的掌子面的后方;所述中导洞(15)每开挖固定掘进长度,利用钢拱架(1)支撑在中导洞(15)的隧道璧上,并在所述钢拱架(1)的底部和中部对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端(10),在所述中导洞(15)和所述土体(2)之间形成中部支护结构并在所述中部支护结构上喷射混凝土;
步骤三、下导洞开挖并支护:在开挖中导洞(15)的同时,沿所施工隧道(4)的延伸方向由后向前开挖下导洞(16),所述下导洞(16)的掌子面位于所述中导洞(15)的掌子面的后方;所述下导洞(16)每开挖固定掘进长度,利用钢拱架(1)支撑在下导洞(16)的隧道璧上,并在所述钢拱架(1)的底部对称安装可扩大式锚固装置;调整两个所述可扩大式锚固装置的位置并进行注浆,在所述可扩大式锚固装置外端形成锚固扩大端(10),在所述下导洞(16)和所述土体(2)之间形成下部支护结构并在所述下部支护结构上喷射混凝土;
在同一个隧道横断面内的所述上部支护结构、所述中部支护结构和所述下部支护结构组成所述隧道初期支护结构;
步骤四、隧道二次衬砌施工:步骤三完成同一个所述隧道洞内所述隧道支护结构的施工后,沿所施工隧道(4)的延伸方向由后向前在所述隧道支护结构的内侧进行所述隧道二次衬砌(17)的施工。
2.根据权利要求1所述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所述锚管(3)为钢管,所述钢拱架(1)为拱形钢拱架,所述锚管(3)的内端焊接在所述钢拱架(1)上。
3.根据权利要求2所述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所述锚固扩大管(6)由一根钢管切割形成,所述钢管的管径由内向外逐渐减小,所述锚固扩大管(6)的管段上开设有多条切割缝(6-1),多条所述切割缝(6-1)沿锚固扩大管(6)外端的周向方向均匀布设,所述切割缝(6-1)为由所述钢管的外侧向内侧平直切割的缝隙。
4.根据权利要求2所述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所述锚固堵头包括伸入至所述连接管(5)内的移动杆(7)和设置在所述移动杆(7)外端且与所述移动杆(7)同轴布设的堵头(8);所述移动杆(7)与所述传力杆(9)插装连接;所述堵头(8)卡装在所述移动杆(7)的外端;所述注浆通道包括开设在所述移动杆(7)内部的连通孔和开设在所述堵头(8)上的注浆通孔组件,所述连通孔与所述移动杆(7)同轴布设,所述连通孔、所述注浆通孔组件均与所述锚管(3)连通。
5.根据权利要求4所述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:所述注浆通孔组件包括设置在堵头(8)外端的纵向通孔(8-1)和设置在所述堵头(8)上的多个环向通孔(8-2);所述纵向通孔(8-1)与所述堵头(8)同轴布设,所述纵向通孔(8-1)与所述连通孔相连通;多个环向通孔(8-2)沿所述堵头(8)的周向方向均匀布设,每个所述环向通孔(8-2)均与所述纵向通孔(8-1)相连通。
6.根据权利要求1所述的一种穿越软弱破碎围岩的隧道施工方法,其特征在于:步骤一、步骤二和步骤三中,安装并调整所述可扩大式锚固装置的方法均相同,对任意一个所述可扩大式锚固装置进行安装和调整时,包括以下步骤:
步骤a、孔外组装可扩大式锚固组装体:将所述连接管(5)的外端和锚固扩大管(6)的内端焊接,再将焊接完成后的连接管(5)与所述锚管(3)的外端焊接;将所述锚固堵头上的移动杆(7)插入所述连接管(5)内与所述连接管(5)的外端固定连接,组装成可扩大式锚固组装体;
步骤b、钻孔:对安装所述可扩大式锚固装置的锚孔进行钻设,在隧道内壁上钻设所述锚孔,所述锚孔对称布设在所述钢拱架(1)底部对应的隧道内壁上;
步骤c、孔内插装可扩大式锚固组装体:将组装好的可扩大式锚固组装体由内向外打入所述锚孔中,直至所述堵头(8)的外端与所述锚孔的底部抵接;
步骤d、孔内调整可扩大式锚固组装体:将传力杆(9)插入锚管(3)内且所述传力杆(9)的外端插装在所述移动杆(7)上;旋转所述传力杆(9)带动所述锚固堵头向所述锚管(3)的内端转动;所述堵头(8)在转动的过程中对所述锚固扩大管(6)进行挤压,使所述锚固扩大管(6)的端部张开直至所述堵头(8)卡装在所述连接管(5)的外端口处,停止旋转传力杆(9);然后将所述传力杆(9)从所述锚管(3)中撤出;
步骤e、注浆:由所述锚管(3)的内端向所述锚管(3)的外端注浆,注浆液通过所述注浆通道在所述堵头(8)的外端形成锚固扩大端(10)。
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