CN207568635U - 一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，包括实心杆体(1)，该实心杆体(1)上开设有杆体左旋螺纹(2)，且该实心杆体(1)的任意一端为锥形头(3)。相比同直径自进式中空锚杆，该锚杆在抗扭转、抗弯及抗拉强度方面均有明显提升。该锚杆克服了漂卵石地层中，传统锚杆无法成孔而自进式中空锚杆打入深度短，锚固力不足的缺陷，可作为隧道支护体系中的超前支护锚杆与锁脚锚杆使用，在不注浆的情况下同样具有较大的锚固力，达到漂卵石地层隧道快速支护与安全施工的目的。

Description

一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆

技术领域

本实用新型属于漂卵石地层隧道支护领域，具体涉及一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆。

背景技术

漂卵石地层属于典型的非匀质地层，是由不同粒径的漂卵石、卵石、中粗砂砾及粘土构成的具有典型颗粒特性的地层。在北京、成都地区的砂卵石、漂卵石地层地铁隧道浅埋暗挖法施工中发现，在该地层中进行锚杆施工，主要问题表现为普通锚杆成孔困难、容易塌孔、卡钻严重且对地层扰动较大，打入位置表面塌落严重，而较细的自进式锚杆更容易打入，实现支护目的。在西藏某漂卵石公路隧道锚杆施工过程中，地层中漂卵石为花岗岩材质，单个强度高，且细颗粒含泥量高，地层摩阻力大，开挖后顶部漂卵石在无支护作用下容易塌落，侧壁漂卵石受扰动后极易掉落。针对漂卵石地层已有一些专利上的技术方案，专利CN 102235151A中，采取独立回转凿岩机成孔的办法能够在砂卵石地层成孔，但是该方法容易造成前方围岩的大范围扰动，且遇到大粒径漂石同样无法顶进；专利CN 201915405U中，采取自进式杆体预留注浆孔的方案容易降低锚杆的抗扭强度，且地层含泥量较大时注浆孔容易阻塞。

除发现上述共同的漂卵石、砂卵石地层锚杆问题外，该隧道主要的问题还表现为：Φ51自进式中空注浆超前锚杆与锁脚锚杆打入深度严重不足，设计长度为2.5m，实际施工时发现平均打入深度只有1.0m左右，因无法继续旋转挺进而停止钻进；Φ25自进式中空注浆锚杆平均打入深度只有1.5m左右，主要因易扭转断裂而停止钻进，其次是无法继续旋转挺进而停止钻进；由于地层密实，注浆基本无法实现。显然，该地层条件下Φ51锚杆钻进深度不足是由于顶到卵石、漂石造成的，Φ25锚杆是由于地层摩阻力太大而扭断或顶到卵石、漂石造成的。超前锚杆支护的目的在于约束超前变形、加固拱顶围岩、防止开挖后支护前的拱顶塌落与掉块，锁脚锚杆的目的在于承受钢架重力及早期围岩荷载，约束拱脚位移。在漂卵石地层中，要实现锚杆的支护作用，必须要使锚杆打入足够的深度并且具有一定的强度。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，其能够在漂卵石地层隧道中作为超前支护锚杆与系统锚杆使用，有效克服常规自进式锚杆打入深度不足、容易卡钻和扭断的问题。

本实用新型采用如下技术方案予以实现的：

一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，包括实心杆体，该实心杆体上开设有杆体左旋螺纹，且该实心杆体的任意一端为锥形头。

本实用新型进一步的改进在于，该实心杆体采用Q335制成，长度为2.5m，不计螺纹厚度直径为25mm，锥形头的长度为40mm；杆体左旋螺纹呈波浪型，高度为3mm。

本实用新型进一步的改进在于，当该自进式实心锚杆在漂卵石地层中作为锁脚锚杆使用时，还包括钢架，该钢架架立在固定位置，两个自进式实心锚杆分别在钢架拱脚位置的任意打入点倾斜向下45°和60°打入在地层，分别为45°锁脚锚杆和60°锁脚锚杆，且两个自进式实心锚杆的外露部分通过连接钢筋搭接在钢架，并通过焊接与钢架固定。

本实用新型进一步的改进在于，连接钢筋选用Φ22的钢筋。

本实用新型进一步的改进在于，当该自进式实心锚杆在漂卵石地层中作为超前锚杆使用时，在拱顶钢架上预留有若干钢架预留孔，通过每个钢架预留孔斜向上打入一个自进式实心锚杆，称为超前锚杆。

本实用新型进一步的改进在于，钢架预留孔的孔径为40mm，且相邻两个钢架预留孔之间的间距为35mm。

本实用新型进一步的改进在于，每个超前锚杆与水平方向的夹角为15°。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型与常规的Φ25自进式中空注浆锚杆相比，该锚杆不可注浆，取消钻头设计而改为锥形尖端构造，更容易钻入地层，并且容易在碰到漂卵石后进行方向偏差调整，而不至于无法挺进。根据相关参数与力学原理对锚杆的抗扭转刚度进行计算：实心Φ25自进式锚杆最大扭转弯矩为341.3N·m，较空心构造的307.1N·m提高了约11.1％；对锚杆最大抗弯弯矩进行计算：实心Φ25自进式锚杆最大扭转弯矩为523.9N·m，较空心构造的476.3N·m提高了约10.0％；对锚杆最大抗拉强度进行计算：F＝σ_max·S，实心Φ25自进式锚杆最大抗拉强度为164.4KN，较空心构造的120.0KN提高了约37.1％。整体而言，该锚杆的成本更低，施工更快，在漂卵石地层中有更强的适用性。

进一步，本实用新型作为隧道锁脚锚杆使用时，具有更强的拱脚约束力与支撑力。锁脚锚杆主要作用为承受早期钢架传递的压应力，并且约束拱脚位移，在初支闭合成环后作用即可忽略不计。该地层摩阻力较大，采取实心自进式锁脚锚杆打入到较大深度后，具有很大的抗拔力，无需注浆即可发挥作用。施工时，将锚杆紧挨钢架下端，采取气腿式风动凿岩机进行打入，锚杆依靠自身螺纹可实现挺进。钢架左右位置各打入一根后，锚杆尾端通过长度为30cm左右的Φ22短钢筋条与钢架实现焊接固定。

进一步，本实用新型作为超前锚杆使用时，具有“少扰动，深打入”的技术效果。超前锚杆主要作用为约束超前变形、加固拱顶围岩、防止开挖到支护阶段的拱顶塌落与掉块。在弱胶结漂卵石地层下，围岩受扰动后极易塌落，不宜采取重型设备强制进行超前钻孔，否则会适得其反。超前锚杆注浆的原因一方面是为了加固破碎围岩，另一方面是有效实现锚杆在地层中的粘结。在该地层下，围岩胶结性差但孔隙率很小，注浆很难实现，自进式锚杆只要能打入到既定深度即可实现与地层的牢固粘结，不需注浆，因此，该、自进式实心锚杆可到达预期超前支护作用。

施工时，先喷射5cm厚混凝土临时封闭掌子面，再通过钢架顶部预留的开孔，借助气腿式风动凿岩机进行打入，锚杆加工长度为2.5m，多出部分用电弧焊裁断。

为确定本实用新型的适用性，隧道施工现场对不同的锚杆进行打入试验。试验在稳定后的漂卵石壁面进行，分别选择了带钻头与不带钻头的Φ51自进式中空注浆锚杆(隧道原设计锚杆)、带钻头与不带钻头的Φ25自进式中空注浆锚杆以及本实用新型进行了打入试验，结果如下表所示：

从该试验中可以总结得出：自进式实心锚杆具有打入深度大、扰动小、充分与地层粘结的特点，优势明显，适合在漂卵石地层中作为支护结构使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型作为锁脚锚杆的安装图。

图3是本实用新型作为超前锚杆的安装图。

图中：1-实心杆体，2-杆体左旋螺纹，3-锥形头，4-45°锁脚锚杆，5-60°锁脚锚杆，6-钢架，7-连接钢筋，8-超前锚杆，9-钢架预留孔，10-气腿式风动凿岩机，11-临时喷射混凝土封面。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做出进一步的说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，包括实心杆体1，该实心杆体1上开设有杆体左旋螺纹2，且该实心杆体1的任意一端为锥形头3。该实心杆体1采用Q335制成，长度为2.5m，不计螺纹厚度直径为25mm，锥形头3的长度为40mm；杆体左旋螺纹2的高度为3mm，呈波浪型。

如图2所示，当其在漂卵石地层中作为锁脚锚杆使用时，先将钢架6架立在固定位置，选择钢架拱脚位置某点作为锚杆打入点，紧挨钢架6将45°锁脚锚杆4打入地层，打入外插角为45°，然后在对称侧施工60°锁脚锚杆5，打入外插角为60°，两根锁脚锚杆施工完成后，通过Φ22的连接钢筋7实现锚杆与钢架6的搭接，并通过双面焊与钢架6固定，在挂好钢筋网片后即可进行喷射混凝土施工。

如图3所示，当其在漂卵石地层中作为超前锚杆使用时，在拱顶钢架上预留直径为40mm的钢架预留孔9，孔与孔间距35cm，在钢架架立好后，先进行喷射混凝土施工，除拱部钢架开口位置外都喷射到位，并对拱部开挖线以下0.6m范围内进行5cm的临时喷射混凝土封面11施工。待24小时后，采取气腿式风动凿岩机10，通过钢架预留孔9进行超前锚杆8打入，打入外插角为15°，多出部分用电弧焊裁断。全部超前锚杆打入之后进行喷射混凝土填满，进行下一轮开挖工作。该超前锚杆的有效深度按2m计算，纵向搭接长度不小于1.2m，每隔两榀钢架施工一次超前锚。

采取实心构造后，根据相关参数与力学原理对锚杆的抗扭转弯矩进行计算：实心Φ25自进式锚杆最大扭转弯矩为341.3N·m，较空心构造扭转弯矩307.1N·m提高了约11.1％；对锚杆最大抗弯弯矩进行计算：实心Φ25自进式锚杆最大扭转弯矩为523.9N·m，较空心构造扭转弯矩476.3N·m提高了约10.0％；对锚杆最大抗拉强度进行计算：F＝σ_max·S，实心Φ25自进式锚杆最大扭转弯矩为164.4KN，较空心构造抗拉强度120.0KN提高了约37.1％。

本实用新型适应了漂卵石地层的特点，克服了传统锚杆在漂卵石地层适用性差或无法使用的问题。端部取消了钻头，采取锥形头3构造更容易实现在漂卵石地层中的钻进；采取实心杆体1构造之后，在漂卵石地层中能够打入更大的深度；采取杆体左旋螺纹2构造，不需要进行注浆依然具有较大的锚固力。

Claims (6)

1.一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，其特征在于，包括实心杆体(1)，该实心杆体(1)上开设有杆体左旋螺纹(2)，且该实心杆体(1)的任意一端为锥形头(3)；

当该自进式实心锚杆在漂卵石地层中作为锁脚锚杆使用时，还包括钢架(6)，该钢架(6)架立在固定位置，两个自进式实心锚杆分别在钢架拱脚位置的任意打入点倾斜向下45°和60°打入在地层，分别为45°锁脚锚杆(4)和60°锁脚锚杆(5)，且两个自进式实心锚杆的外露部分通过连接钢筋(7)搭接在钢架(6)，并通过焊接与钢架(6)固定。

2.根据权利要求1所述的一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，其特征在于，该实心杆体(1)采用Q335制成，长度为2.5m，不计螺纹厚度直径为25mm，锥形头(3)的长度为40mm；杆体左旋螺纹(2)呈波浪型，高度为3mm。

3.根据权利要求1所述的一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，其特征在于，连接钢筋(7)选用Φ22的钢筋。

4.根据权利要求1所述的一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，其特征在于，当该自进式实心锚杆在漂卵石地层中作为超前锚杆使用时，在拱顶钢架上预留有若干钢架预留孔(9)，通过每个钢架预留孔(9)斜向上打入一个自进式实心锚杆，称为超前锚杆(8)。

5.根据权利要求4所述的一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，其特征在于，钢架预留孔(9)的孔径为40mm，且相邻两个钢架预留孔(9)之间的间距为35mm。

6.根据权利要求4所述的一种适用于漂卵石地层隧道施工的自进式实心锚杆，其特征在于，每个超前锚杆(8)与水平方向的夹角为15°。