CN219412632U - 用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，包括若干个贯穿岩柱两侧的锚杆支护单元和设置于所述岩柱外壁一周的锚网；位于岩柱不同部位的锚杆支护单元与岩柱内的竖向节理裂隙垂直；锚杆支护单元包括螺纹钢杆体和设置于螺纹钢杆体两侧的扭矩螺母，螺纹钢杆体和扭矩螺母通过螺纹连接。本实用新型通过将锚杆支护单元贯穿岩柱两侧，同时确保锚杆支护单元与岩柱内的竖向节理裂隙垂直，不仅对岩柱起到支撑作用，而且对岩柱产生向内的挤压力，防止其向两侧扩张；同时通过锚杆支护单元、螺杆穿带和锚网的协同作用，最大程度地保证多面开挖岩体的稳定性。

Description

用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构

技术领域

本实用新型涉及岩体支护技术领域，尤其涉及一种用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构。

背景技术

随着高速公路和地下工程建设的不断发展，在修建公路、水电地下硐室、城市地下空间和地下矿体开采等过程中，或多或少需要修建隧道。在修建隧道过程中，随着工程施工中岩体开挖和爆破扰动的影响，岩体暴露面及岩体内部的岩石会破裂，从而围绕暴露面形成一个岩石松动圈。尤其是地下矿山的一些井下工程，随着地下开采深度的不断加深，井下高应力作用使得岩体的稳定性被极大破坏。因此，为了保证施工的顺利进行以及施工人员的安全，需要对岩体进行支护。在对岩体进行支护时，通常以锚杆作为支护系统的主要构件，即形成锚杆支护系统。

锚杆是锚固在围岩内维护岩体稳定的杆状结构物。普通的锚杆支护即通过打钻将钻孔打入未破碎的基岩中，在钻孔内安装锚杆，使得锚杆的锚固力能够阻止松动围岩的进一步变形塌落。申请号为202120707465.6的专利公开了一种用于高地应力挤压性软弱岩的隧道围岩变形支护结构，包括初期支护钢拱架和将初期支护钢拱架锁定于隧道围岩的锁角锚杆；还包括加强锚杆和铺设于隧道围岩内壁的全环钢板，所述钢板位于初期支护钢拱架内侧，所述加强锚杆的一端依次穿过初期支护钢拱架和钢板锚固于隧道围岩内，加强锚杆的另一端经过锁紧结构与初期支护钢拱架相连接。该支护结构虽然能对围岩有一定的支护作用，但是对于工程岩体的多面开挖过程，会形成一个多面暴露的岩柱，该支护结构无法满足支护要求。

如图1所示，当两个距离较近的第一工程1和第二工程2同时开挖时，两个工程之间形成的岩柱3宽度较窄；同时，在开挖扰动尤其是上覆未开挖岩体4的压力下，岩柱3多形成一些竖向节理裂隙8。这种情况下，如果还采用上述公开的支护方式，岩柱3整体不稳定，锚杆末端无法打入其未破裂的稳定岩体，导致锚杆支护系统无法起到支护作用。目前，此类工程的支护方式多选用衬砌支护，即在岩柱3外用条石、混凝土或钢筋混凝土砌筑一定厚度的“墙”来“被动”承受荷载。当岩柱3受到上覆未开挖岩体4的地压足够大时，竖向节理裂隙8向两侧扩张，造成岩柱3向两侧扩张破坏，衬砌最终无法承受压力而遭到破坏，无法起到支护效果。

有鉴于此，有必要设计一种改进的用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，通过将锚杆支护单元贯穿岩柱两侧，同时确保锚杆支护单元与岩柱内的竖向节理裂隙垂直，不仅对岩柱起到支撑作用，而且对岩柱产生向内的挤压力，防止其向两侧扩张；同时通过锚杆支护单元、螺杆穿带和锚网的协同作用，最大程度地保证多面开挖岩体的稳定性。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，包括位于两个同时开挖且相邻的第一工程和第二工程之间的岩柱，所述岩柱中存在竖向节理裂隙，还包括若干个贯穿所述岩柱两侧的锚杆支护单元；位于所述岩柱不同部位的所述锚杆支护单元与所述岩柱内的所述竖向节理裂隙垂直。

作为本实用新型的进一步改进，所述锚杆支护单元包括螺纹钢杆体和设置于所述螺纹钢杆体两侧的扭矩螺母，所述螺纹钢杆体和所述扭矩螺母通过螺纹连接；所述螺纹钢杆体贯穿所述岩柱两侧，所述扭矩螺母位于所述岩柱外壁的两侧。

作为本实用新型的进一步改进，所述锚杆支护单元还包括设置于所述扭矩螺母和所述岩柱外壁之间的锚杆托盘。

作为本实用新型的进一步改进，所述锚杆托盘为中部凸起、边缘平整的四边形托盘，且中部凸起的中心设有供所述螺纹钢杆体穿过的圆孔；所述锚杆托盘的中部凸起部位直接与所述扭矩螺母接触，边缘平整部位紧贴所述岩柱的外壁。

作为本实用新型的进一步改进，所述用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构还包括用于连接不同所述螺纹钢杆体的螺杆穿带；所述螺杆穿带设置于所述岩柱外壁和所述锚杆托盘之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构还包括设置于所述岩柱外壁一周的锚网。

作为本实用新型的进一步改进，所述螺纹钢杆体两侧露出所述岩柱外壁的长度为10-15cm。

作为本实用新型的进一步改进，所述螺纹钢杆体的直径为20-30mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述锚网包括交错设置的纵筋和横筋，所述纵筋和所述横筋的交点处固定连接；所述横筋的直径为15-17mm，所述纵筋的直径为15-17mm，网格尺寸为纵筋×横筋＝0.2m×0.2m。

作为本实用新型的进一步改进，位于所述螺纹钢杆体两侧的所述扭矩螺母的螺纹相反。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型提供的用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，通过将锚杆支护单元贯穿岩柱两侧，同时确保锚杆支护单元与岩柱内的竖向节理裂隙垂直，首先，锚杆支护单元贯穿岩柱，不仅对岩柱起到支撑作用，而且对岩柱产生向内的挤压力，使内部岩石聚集，防止其向两侧扩张；其次，锚杆支护单元与岩柱内部接触部位的摩擦力也可以提供了一定的锚固效果；再次，锚杆支护单元与岩柱内的竖向节理裂隙垂直设置，最大程度地减弱了竖向节理裂隙向岩柱两侧扩张的可能性，进一步提高支护效果。

(2)本实用新型通过螺纹钢杆体、扭矩螺母和锚杆托盘的协同作用，且通过扭矩螺母的旋转，调控岩柱的受压状态，从而抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的发生，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。相比于衬砌支护，可以通过扭矩螺母增加预紧力、预应力，主动加压加固，而衬砌支护是被动承压，同时衬砌支护与岩体侧壁的接触难以控制，使各处受力不均匀，难以起到较好的支护效果。

(3)本实用新型通过锚杆支护单元、螺杆穿带和锚网的协同作用，最大程度地保证多面开挖岩体的稳定性。

附图说明

图1为施工过程中岩柱受力的结构示意图。

图2为本实用新型的用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构的结构示意图。

图3为图2中锚杆支护单元的结构示意图。

图4为螺杆穿带与锚杆托盘的连接结构示意图。

图5为用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构支护下岩柱外壁的结构示意图。

附图标记

1-第一工程；2-第二工程；3-岩柱；4-上覆未开挖岩体；5-锚杆支护单元；6-螺杆穿带；7-锚网；8-竖向节理裂隙；51-螺纹钢杆体；52-扭矩螺母；53-锚杆托盘。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图2至图5所示，本实用新型提供了一种用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，包括位于两个同时开挖且相邻的第一工程1和第二工程2之间的岩柱3，岩柱3中有由于上覆未开挖岩体4压力产生的竖向节理裂隙8；还包括若干个贯穿岩柱3两侧的锚杆支护单元5，且位于岩柱3不同部位的锚杆支护单元5与岩柱3内的竖向节理裂隙8垂直(锚杆支护单元5与岩柱3内的大多数竖向节理裂隙8垂直即可)。如此设置，首先，锚杆支护单元5贯穿岩柱3，不仅对岩柱3起到支撑作用，而且对岩柱3产生向内的挤压力，使内部岩石聚集，防止其向两侧扩张；其次，锚杆支护单元5与岩柱3内部接触部位的摩擦力也可以提供了一定的锚固效果；再次，锚杆支护单元5与岩柱3内的竖向节理裂隙8垂直设置，最大程度地减弱了竖向节理裂隙8向岩柱3两侧扩张的可能性，进一步提高支护效果。

如图3所示，锚杆支护单元5包括螺纹钢杆体51和设置于螺纹钢杆体51两侧的扭矩螺母52，位于螺纹钢杆体51两侧的扭矩螺母52的螺纹相反，螺纹钢杆体51和扭矩螺母52通过螺纹连接。螺纹钢杆体51贯穿岩柱3两侧，扭矩螺母52设置于岩柱3外壁的两侧，通过将扭矩螺母52旋紧，使得岩柱3向内压紧。如此设置，一方面，能防止岩柱3中错固区围岩的离层、滑动、裂隙张开、新裂纹产生等扩容变形与破坏现象的发生；另一方面，能够通过扭矩螺母52的旋转，调控岩柱3的受压程度，使岩柱3内的岩石处于受压状态，从而抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的发生，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。与此同时，岩柱3随着地应力的影响而变形时，可以通过扭矩螺母52调整岩柱3的受压程度，进一步提高支护效果。

锚杆支护单元5还包括设置于扭矩螺母52和岩柱3外壁之间的锚杆托盘53。具体来讲，如图3所示，锚杆托盘53为中部凸起、边缘平整的四边形托盘，且中部凸起的中心设有供螺纹钢杆体51穿过的圆孔；锚杆托盘53的中部凸起部位直接与扭矩螺母52接触，边缘平整部位紧贴岩柱3的外壁。锚杆托盘53的性能对该用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构的支护效果有重大影响。首先，锚杆托盘53把扭矩螺母52锁紧力矩所产生的推力传递给岩柱3，从而产生初锚力，岩柱3将岩体的压力进一步传递给螺纹钢杆体51，使岩体与螺纹钢杆体51之间压紧以加大摩擦，产生工作阻力，共同加固围岩；其次，将锚杆托盘53设置成中部凸起结构，相比平面结构的托盘，中部凸起结构的托盘更容易贴合岩柱3的外壁，尤其适用于岩柱3外壁不平整的情况；再者，中部凸起结构的托盘比平面结构的托盘的让压效果更好。对于平面结构的托盘，岩体活动产生的外向拉力完全由托盘、螺纹钢杆体51和扭矩螺母52本身的刚体强度去抵消，螺纹钢杆体51更容易被压坏，而中部凸起结构的托盘卸压效果更好，能给托盘一定的受力变形空间。

锚杆支护单元5的具体安装过程为：

第一，根据竖向节理裂隙8的方向在岩柱3上施工钻孔，使钻孔贯穿,岩柱3两侧，且确保钻孔垂直于明显的竖向节理裂隙8，钻孔可以是水平的或者倾斜的，确保钻孔附近的大多数竖向节理裂隙8与钻孔垂直即可。保证钻孔孔径与螺纹钢杆体51的直径一致或略大，螺纹钢杆体51的直径为20-30mm，优选为24mm，具体来讲，螺纹钢杆体51的钢杆实体部分为20mm，螺纹高度为2mm。成孔后对钻孔进行清理。本领域技术人员应当理解，螺纹钢杆体51的数量及位置可以根据岩柱3上竖向节理裂隙8的数量及位置自由设置，保证每根螺纹钢杆体51与岩柱3内的大多数竖向节理裂隙8垂直即可。在竖向节理裂隙8分布均匀时，螺纹钢杆体51也均匀设置；在竖向节理裂隙8分布不均匀时，竖向节理裂隙8较多处可以适当多设置一些螺纹钢杆体51，确保螺纹钢杆体51不会影响岩柱3整体的稳定性即可。

该过程中，钻孔是通过钻机设置的，钻机钻头在振动研磨岩石时对整个岩柱3的扰动较小，形成的孔壁较为完整光滑。随着后期岩柱3受地应力等的影响而变形，孔壁挤压变形紧贴螺纹钢杆体51，增大摩擦加固效果。

第二，将螺纹钢杆体51切割成比钻孔孔深长20-30cm的长度，将其塞入钻孔内，使其贯穿岩柱3两侧；同时螺纹钢杆体51两端都露出岩柱3约10-15cm，用于安装扭矩螺母52和锚杆托盘53。

第三，依次将锚杆托盘53和扭矩螺母52安装到螺纹钢杆体51上。

该用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构还包括用于连接不同螺纹钢杆体51的螺杆穿带6。螺杆穿带6设置于岩柱3外壁和锚杆托盘53之间。螺杆穿带6可以设置成如图4所示的平行结构，也可以设置成相互交叉的结构。如此设置，螺杆穿带6将不同的螺纹钢杆体51连接，进一步提高支护牢固性。

在一些实施例中，岩柱3外壁一周还设有锚网7。锚网7包括交错设置的纵筋和横筋，纵筋和横筋的交点处固定连接；横筋的直径为15-17mm，纵筋的直径为15-17mm，网格尺寸为纵筋×横筋＝0.2m×0.2m。

锚网7可以在螺纹钢杆体51支护前设置，也可以在螺纹钢杆体51支护后设置，优选为在螺纹钢杆体51支护前设置。例如，对于一些在螺纹钢杆体51支护前，岩体已经比较破碎的岩柱3，可以在钻孔前通过锚网7将岩柱3一周缠绕，防止已破碎岩块的塌落。

综上所述，本实用新型提供的一种用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，通过将锚杆支护单元贯穿岩柱两侧，同时确保锚杆支护单元与岩柱内的竖向节理裂隙垂直，不仅对岩柱起到支撑作用，而且对岩柱产生向内的挤压力，防止其向两侧扩张；锚杆支护单元与岩柱内部接触部位的摩擦力也可以提供了一定的锚固效果；通过扭矩螺母的旋转，调控岩柱的受压状态，从而抑制围岩弯曲变形、拉伸与剪切破坏的发生，最大限度地保持锚固区围岩的完整性，提高锚固区围岩的整体强度和稳定性。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，其特征在于，包括若干个贯穿所述岩柱两侧的锚杆支护单元和设置于所述岩柱外壁一周的锚网；所述锚杆支护单元包括螺纹钢杆体、设置于所述螺纹钢杆体两侧的扭矩螺母以及设置于所述扭矩螺母和所述岩柱外壁之间的锚杆托盘；位于所述岩柱不同部位的所述锚杆支护单元与所述岩柱内的竖向节理裂隙垂直；

所述螺纹钢杆体贯穿所述岩柱两侧，所述螺纹钢杆体和所述扭矩螺母通过螺纹连接，所述扭矩螺母位于所述岩柱外壁的两侧；所述锚杆托盘为中部凸起、边缘平整的四边形托盘，且中部凸起的中心设有供所述螺纹钢杆体穿过的圆孔；所述锚杆托盘的中部凸起部位直接与所述扭矩螺母接触，边缘平整部位紧贴所述岩柱的外壁；不同的所述螺纹钢杆体之间连接有螺杆穿带。

2.根据权利要求1所述的用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，其特征在于，所述螺杆穿带设置于所述岩柱外壁和所述锚杆托盘之间。

3.根据权利要求1所述的用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，其特征在于，所述螺纹钢杆体两侧露出所述岩柱外壁的长度为10-15cm。

4.根据权利要求1所述的用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，其特征在于，所述螺纹钢杆体的直径为20-30mm。

5.根据权利要求1所述的用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，其特征在于，所述锚网包括交错设置的纵筋和横筋，所述纵筋和所述横筋的交点处固定连接；所述横筋的直径为15-17mm，所述纵筋的直径为15-17mm，网格尺寸为纵筋×横筋＝0.2m×0.2m。

6.根据权利要求1所述的用于支护两个相邻工程同时开挖形成的岩柱的布设结构，其特征在于，位于所述螺纹钢杆体两侧的所述扭矩螺母的螺纹相反。