隧道施工用增阻锚杆及隧道增阻施工方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道施工用增阻锚杆及隧道增阻施工方法。


背景技术：

2.隧道施工面临的越来越大的困难下，锚杆支护也遇到了一些挑战。建成或新建的隧道断面更大、速度更快、埋藏深度更大、地应力更高、地质条件更加复杂。尽管锚杆支护是目前隧道支护形式中的主要组成部分，能够主动加固岩土体、有效控制围岩变形和防止岩土体坍塌破坏，对隧道围岩结构的改善和强度的强化起到很大的作用，但在高地应力及多场耦合作用下，部分隧道开挖支护后的围岩裂隙扩展速度很快，依旧出现了迅速破坏以及大量变形而失稳等现象。由于高地应力隧道表现出显著的塑性软化与剪胀特性，再加上围岩流变引起的变形，均是诱发隧道收敛的主要因素，二者叠加效应使普通刚性锚杆效果不乐观。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种应用在隧道围岩变形收敛过程中，通过锚杆与围岩的持续咬合力与可增长的阻力抑制隧道变形收敛的隧道施工用增阻锚杆及隧道增阻施工方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
4.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
5.一方面，本发明提供一种隧道施工用增阻锚杆，包括：
6.多个依次连接的锚杆；相邻的两个锚杆之间通过扩张缓冲结构连接；
7.所述扩张缓冲结构包括缓冲件，以及连接在所述缓冲件两端的扩张臂；所述缓冲件每一端的扩张臂为两个，且两个所述扩张臂相对设置；
8.所述两个相对设置的扩张臂共同连接一个所述锚杆的一端，所述缓冲件另一端的两个相对设置的扩张臂共同连接另一个所述锚杆的一端。
9.优选的，所述缓冲件为缓冲活塞，所述缓冲活塞包括底座套筒，以及在所述底座套筒内可沿所述底座套筒的内壁滑动的活塞，所述活塞连接有活塞杆，所述活塞杆伸出所述底座套筒连接有活塞座。
10.优选的，所述底座套筒的底端连接有两个相对设置的扩张臂，所述活塞座的顶端连接有两个相对设置的扩张臂。
11.优选的，所述扩张臂由钢筋制成。
12.第二方面，本发明提供一种利用如上项所述的隧道施工用增阻锚杆进行隧道增阻施工的方法，包括：
13.隧道开挖完成后，检查开挖断面净空尺寸，检查机具、通风条件、照明条件，检查受喷面有无涌水、淋水、集中出水点；加入速凝剂，控制水灰比，通过埋设钢筋头，设置控制喷射混凝土厚度的标志，对岩面采用喷射混凝土进行初喷；
14.在初喷混凝土后及时进行增阻锚杆的施工；钻孔，其中，孔深不小于杆体的有效长度，增阻锚杆的锚杆插入长度大于等于设计长度的95％，且外露长度小于等于喷层厚度，垫板与混凝土密贴。
15.本发明有益效果：解决了高地应力作用下普通刚性锚杆不足以支撑围岩，高地压、高温度应力、高渗透应力等特点导致开挖支护后的围岩裂隙扩展速度很快，容易出现迅速破环以及大量变形而失稳的问题；保证了既能给予围岩一定的让压变形的同时又能实现让压变形后增阻从而稳定支护住围岩的功能，加强了支护与围岩之间的适应性和匹配性，增加了隧道整体结构的刚度和强度；施工方法操作简单，成本较低，且修复方便，能在很大程度上降低工程项目整体费用及后期运维管养费用。
16.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例所述的某高速铁路单线隧道横断面施作增阻锚杆示意图。
19.图2为本发明实施例所述的某高速铁路单线隧道纵断面施作增阻锚杆示意图。
20.图3为本发明实施例所述的隧道施工用增阻锚杆主视结构图。
21.图4为本发明实施例所述的缓冲活塞的结构图。
22.其中：1-锚杆；2-缓冲件；3-扩张臂；4-底座套筒；5-活塞；6-活塞杆；7-活塞座。
具体实施方式
23.下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
24.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
25.还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
26.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
27.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点
可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
28.在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
30.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
32.本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
33.实施例
34.如图3、图4所示，本实施例中，首先提供了一种隧道施工用增阻锚杆，包括：多个依次连接的锚杆1，本实施例中，锚杆的个数为3个；相邻的两个锚杆1之间通过扩张缓冲结构连接；所述扩张缓冲结构包括缓冲件2，以及连接在所述缓冲件2两端的扩张臂3；所述缓冲件2每一端的扩张臂3为两个，且两个所述扩张臂3相对设置；所述两个相对设置的扩张臂3共同连接一个所述锚杆1的一端，所述缓冲件2另一端的两个相对设置的扩张臂3共同连接另一个所述锚杆1的一端。所述缓冲件为缓冲活塞，所述缓冲活塞包括底座套筒4，以及在所述底座套筒4内可沿所述底座套筒4的内壁滑动的活塞5，所述活塞5连接有活塞杆6，所述活塞杆6伸出所述底座套筒4连接有活塞座7。所述底座套筒4的底端连接有两个相对设置的扩张臂3，所述活塞座7的顶端连接有两个相对设置的扩张臂3。所述扩张臂3由钢筋制成。
35.结合图1、图2，本实施例利用上述的增阻锚杆进行隧道施工，包括如下步骤：
36.1、工厂预制扩张臂-活塞增阻锚杆
37.扩张臂-活塞增阻锚杆由多个锚杆杆体、扩张臂、缓冲件(可为上述的缓冲活塞)组成，其中：锚杆与活塞直径均为200mm，长3000mm，锚杆环向间距1.2m，纵向间距布置为1.5m，锚杆沿隧道纵向梅花形布置。
38.2、初喷作业
39.隧道开挖完成后，应检查开挖断面净空尺寸，检查机具、通风条件、照明条件，检查受喷面有无涌水、淋水、集中出水点。喷射人员严格按照规定加入速凝剂，控制水灰比，通过埋设钢筋头，设置控制喷射混凝土厚度的标志，立即对岩面采用喷射混凝土进行初喷，采用湿喷工艺，厚度4～6厘米。
40.3、增阻锚杆施工
41.应在初喷混凝土后及时进行，杆体除锈后，采用专用钻杆机或钻孔台车钻孔，孔位允许偏差1.5cm，孔径应大于设计直径1.5cm，孔深不小于杆体的有效长度，深度超长值不应大于100mm，利用高压风清孔。锚杆插入长度大于等于设计长度的95％，且外露长度小于等于喷层厚度，垫板与混凝土密贴。锚杆施作位置用红漆标识，以便进行质量检测。
42.综上，本发的明扩张臂-活塞增阻锚杆，是根据围岩和支护的实际情况合理设计，保证既能给予围岩一定的让压变形的同时又能实现让压变形后增阻从而稳定支护住围岩的功能。同时该方法操作简单、成本较低，可广泛应用铁路隧道、公路隧道、煤矿巷道等隧道隧底上拱病害的防治。
43.综上，本发明研究了高地应力隧道锚固问题，解决了高地应力作用下普通刚性锚杆不足以支撑围岩，高地压、高温度应力、高渗透应力等特点导致开挖支护后的围岩裂隙扩展速度很快，容易出现迅速破环以及大量变形而失稳的问题。保证既能给予围岩一定的让压变形的同时又能实现让压变形后增阻从而稳定支护住围岩的功能，除此以外，还可以加强支护与围岩之间的适应性和匹配性，增加隧道整体结构的刚度和强度。该方法操作简单，成本较低，且修复方便，能在很大程度上降低工程项目整体费用及后期运维管养费用。其可以应用于铁路隧道、公路隧道、煤矿巷道等，可有效抑制隧道整体失稳，提高整体结构稳定性及安全性。
44.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种隧道施工用增阻锚杆，其特征在于，包括：多个依次连接的锚杆(1)；相邻的两个锚杆(1)之间通过扩张缓冲结构连接；所述扩张缓冲结构包括缓冲件(2)，以及连接在所述缓冲件(2)两端的扩张臂(3)；所述缓冲件(2)每一端的扩张臂(3)为两个，且两个所述扩张臂(3)相对设置；所述两个相对设置的扩张臂(3)共同连接一个所述锚杆(1)的一端，所述缓冲件(2)另一端的两个相对设置的扩张臂(3)共同连接另一个所述锚杆(1)的一端。2.根据权利要求1所述的隧道施工用增阻锚杆，其特征在于，所述缓冲件为缓冲活塞，所述缓冲活塞包括底座套筒(4)，以及在所述底座套筒(4)内可沿所述底座套筒(4)的内壁滑动的活塞(5)，所述活塞(5)连接有活塞杆(6)，所述活塞杆(6)伸出所述底座套筒(4)连接有活塞座(7)。3.根据权利要求2所述的隧道施工用增阻锚杆，其特征在于，所述底座套筒(4)的底端连接有两个相对设置的扩张臂(3)，所述活塞座(7)的顶端连接有两个相对设置的扩张臂(3)。4.根据权利要求1-3任一项所述的隧道施工用增阻锚杆，其特征在于，所述扩张臂(3)由钢筋制成。5.一种利用如权利要求1-4任一项所述的隧道施工用增阻锚杆进行隧道增阻施工的方法，其特征在于，包括：隧道开挖完成后，检查开挖断面净空尺寸，检查机具、通风条件、照明条件，检查受喷面有无涌水、淋水、集中出水点；加入速凝剂，控制水灰比，通过埋设钢筋头，设置控制喷射混凝土厚度的标志，对岩面采用喷射混凝土进行初喷；在初喷混凝土后及时进行增阻锚杆的施工；钻孔，其中，孔深不小于杆体的有效长度，增阻锚杆的锚杆插入长度大于等于设计长度的95％，且外露长度小于等于喷层厚度，垫板与混凝土密贴。

技术总结
本发明提供一种隧道施工用增阻锚杆及隧道增阻施工方法，属于隧道施工技术领域，包括多个依次连接的锚杆；相邻的两个锚杆之间通过扩张缓冲结构连接；扩张缓冲结构包括缓冲件，以及连接在缓冲件两端的扩张臂；两个相对设置的扩张臂共同连接一个所述锚杆的一端，缓冲件另一端的两个相对设置的扩张臂共同连接另一个所述锚杆的一端。本发明保证了既能给予围岩一定的让压变形的同时又能实现让压变形后增阻从而稳定支护住围岩的功能，加强了支护与围岩之间的适应性和匹配性，增加了隧道整体结构的刚度和强度；施工方法操作简单，成本较低，且修复方便，能在很大程度上降低工程项目整体费用及后期运维管养费用。用及后期运维管养费用。用及后期运维管养费用。


技术研发人员：樊容 陈铁林 姚茂宏 魏学达
受保护的技术使用者：中国国家铁路集团有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/7/12