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一種高地應(yīng)力軟弱圍巖大變形隧道超長擴(kuò)大頭錨索施工方法與流程

文檔序號:11247579閱讀:446來源:國知局

本發(fā)明涉及隧道施工領(lǐng)域,具體的說,是一種高地應(yīng)力軟弱圍巖大變形隧道超長擴(kuò)大頭錨索施工方法。



背景技術(shù):

高地應(yīng)力對巖土工程的影響是顯著的,尤其對于穿越大埋深軟弱圍巖地下工程,如鐵路公路隧道、深埋采礦巷道等。隨著我國鐵路、公路建設(shè)的不斷發(fā)展,隧道工程已經(jīng)向長大、深埋方向發(fā)展。因此,近幾年來,穿越高地應(yīng)力區(qū)且地質(zhì)環(huán)境惡劣的軟弱圍巖長大隧道工程不斷涌現(xiàn),如蘭渝鐵路8.5km的毛羽山隧道、9.2km的新城子隧道、19.1km的木寨嶺隧道。

高地應(yīng)力軟弱圍巖大變形隧道在開挖支護(hù)后圍巖擠壓變形強(qiáng)烈,會造成初支大面積破壞、噴射混凝土開裂、鋼架扭曲錯斷、邊墻侵限等問題。而高地應(yīng)力在軟弱圍巖隧道中的釋放又往往是一個長期緩慢的工程,致使前期已做好的二襯在后期不斷發(fā)生開裂,需要重新進(jìn)行返工整修。因此,圍巖破碎、地應(yīng)力較大且釋放周期長等問題導(dǎo)致隧道施工變形收斂大,工序轉(zhuǎn)換方案變更頻繁,施工生產(chǎn)不連續(xù)、功效低,嚴(yán)重困擾工期目標(biāo)與施工安全。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種有利于使巖層保持穩(wěn)定、避免巖層發(fā)生較大形變而影響工程施工的高地應(yīng)力軟弱圍巖大變形隧道超長擴(kuò)大頭錨索施工方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種高地應(yīng)力軟弱圍巖大變形隧道超長擴(kuò)大頭錨索施工方法,在高地應(yīng)力軟弱破碎圍巖、偏壓以及超大斷面隧道條件下,進(jìn)行錨索施工,在錨索施工工藝中,利用鉆頭鉆出錨索孔之后,使用擴(kuò)大頭替換鉆頭從錨索孔的底部鉆錨固區(qū)域,所述的錨固區(qū)域的橫截面積大于錨索孔的橫截面積。

包括以下幾個步驟:

步驟s1:施工準(zhǔn)備,配置張拉千斤頂、高壓油泵、鉆機(jī)、錨索、擴(kuò)大頭等裝置,并進(jìn)行錨索孔的定位測量,以準(zhǔn)備進(jìn)行鉆錨索孔,并根據(jù)錨索孔設(shè)計的位置假設(shè)初期支護(hù)結(jié)構(gòu);

步驟s2:利用鉆機(jī)進(jìn)行鉆錨索孔,鉆孔至錨固區(qū)域起始端,取出鉆桿更換擴(kuò)大頭,再使擴(kuò)大頭從錨固區(qū)域起始端鉆孔至錨固區(qū)域末端;

步驟s3:將若干根鋼絞線捆綁在一起進(jìn)行編束錨索,編束好之后,將錨索安裝在錨索孔內(nèi),并使注漿管隨錨索一起進(jìn)入錨索孔內(nèi),使注漿管伸入到錨固區(qū)域內(nèi);

步驟s4:對錨固區(qū)域進(jìn)行注漿;

步驟s5:對錨索進(jìn)行張拉鎖定以施加預(yù)應(yīng)力;

步驟s6:對錨索孔進(jìn)行注漿;

步驟s7:封錨。

所述的步驟s2中,所述的鉆機(jī)采用rpd-150c隧道礦巖鉆機(jī),并采用專用圓柱型鉆頭進(jìn)行鉆孔,成孔直徑大于等于150mm,鉆孔時,采用d150mm的鋼套管跟進(jìn)鉆孔。

所述的步驟s3中,所述的錨索的長度大于錨固區(qū)域的長度與錨索孔的長度之和。

所述的步驟s3中,所述的注漿管采用若干個φ25mm的鋼管連接形成,所述的注漿管長度在2~4m范圍內(nèi)。

所述的錨索在安裝時,使錨索的直徑與錨索孔的直徑共線。

所述的步驟s4包括以下兩個步驟:

步驟s41:第一次注漿,采用孔底反漿法進(jìn)行常壓注漿,注漿壓力為0.5~0.8mpa,當(dāng)錨索孔孔口出現(xiàn)溢漿且持續(xù)時間大于或等于5分鐘后,停止注漿;

步驟s42:第二次注漿,采用高壓劈裂法,在第一次注漿4~5h后、第一次注漿形成的水泥結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到5mpa后,采用m35純水泥砂漿對錨固段進(jìn)行劈裂注漿,注漿壓力大于或等于2mpa。

所述的步驟s5中,當(dāng)步驟s4完成之后,漿液強(qiáng)度達(dá)到70%,再利用液壓千斤頂對錨索進(jìn)行張拉,所述的張拉包括以下幾個步驟;

步驟s51:采用zep18型千斤頂對每根鋼絞線進(jìn)行張拉,張拉至5%的設(shè)計張拉力;

步驟s52:采用ycw100-200型千斤頂錨索進(jìn)行張拉,其包括以下幾個步驟:

步驟s521:用10%~20%的設(shè)計張拉力預(yù)張拉1~2次,使錨索完全平直;

步驟s522:按設(shè)計張拉力的10%張拉5分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s523:按設(shè)計張拉力的20%張拉5分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s524:按設(shè)計張拉力的50%張拉5分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s525:按設(shè)計張拉力的75%張拉5分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s526:按設(shè)計張拉力的100%張拉15分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s527:按設(shè)計張拉力的110%張拉15分鐘,并記錄錨索的伸長值,張拉之后鎖定錨索;

步驟s53:在步驟s527完成、張拉力穩(wěn)定后,利用超過設(shè)計張拉力10%~15%的超張拉力對錨索進(jìn)行張拉,張拉完成之后鎖定錨索。

所述的設(shè)計張拉力為ycw100-200型千斤頂總張拉力的70%。

所述的步驟s6中,對錨索孔注漿的過程與步驟s4中對錨固區(qū)域注漿的過程相同。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點及有益效果:

本發(fā)明用于高地應(yīng)力軟弱破碎圍巖、偏壓以及超大斷面隧道條件下的隧道施工,能夠通過形成的錨固區(qū)域提錨索的安裝強(qiáng)度,并增加錨固體與巖層之間的摩擦力,從而提高錨索對巖層的約束力,以此凈減少巖層的變形,提高圍巖的自穩(wěn)性能。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明,但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例1:

本實施例中,一種高地應(yīng)力軟弱圍巖大變形隧道超長擴(kuò)大頭錨索施工方法,在高地應(yīng)力軟弱破碎圍巖、偏壓以及超大斷面隧道條件下,采用錨索施工工藝進(jìn)行錨索施工以減小巖層的變形,在錨索施工工藝中,利用鉆頭鉆出錨索孔之后,使用擴(kuò)大頭替換鉆頭從錨索孔的底部鉆出錨固區(qū)域,所述的錨固區(qū)域與錨索孔同軸且錨固區(qū)域的橫截面積大于錨索孔的橫截面積。在錨索施工工藝的后續(xù)步驟中,將錨索伸入到錨固區(qū)域內(nèi),并向錨固區(qū)域注漿,由于錨固區(qū)域的橫截面積大于錨索孔的橫截面積,當(dāng)錨固區(qū)域內(nèi)的水泥凝固之后,錨索和錨固區(qū)域的水泥無法脫離,從而能夠增加錨索的安裝強(qiáng)度以及增加錨索能夠提供的預(yù)應(yīng)力,以此就能夠增加錨索對巖層的約束,并起到減小巖層變形、位移的作用。本發(fā)明用于高地應(yīng)力軟弱破碎圍巖、偏壓以及超大斷面隧道條件下的隧道施工,能夠通過形成的錨固區(qū)域提錨索的安裝強(qiáng)度,并增加錨固體與巖層之間的摩擦力,從而提高錨索對巖層的約束力,以此凈減少巖層的變形,提高圍巖的自穩(wěn)性能。采用擴(kuò)大頭能夠迅速有效地給洞周圍巖提供穩(wěn)定的支撐力,防止塌方、初支變形侵入隧道界限造成的返工,還能夠減少后期二襯拆換次數(shù),保證隧道施工的安全,節(jié)約工程成本。由于高地應(yīng)力的釋放是一個緩慢長期的過程,通過采用本方案進(jìn)行錨索施工后的錨索能夠?qū)ν?yán)的不斷變形起到良好的支撐和加固作用,防止圍巖發(fā)生較大的擠壓變形,而出現(xiàn)初支大面積破壞、噴射混凝土開裂、鋼架扭曲錯斷、邊墻侵限等問題。

實施例2:

在上述實施例的基礎(chǔ)上,本實施例中,具體包括以下幾個步驟:

步驟s1:施工準(zhǔn)備,配置張拉千斤頂、高壓油泵、鉆機(jī)、錨索、擴(kuò)大頭等裝置,并進(jìn)行錨索孔的定位測量,以準(zhǔn)備進(jìn)行鉆錨索孔,并根據(jù)錨索孔設(shè)計的位置架設(shè)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。

步驟s2:利用鉆機(jī)進(jìn)行鉆錨索孔,所述的鉆機(jī)采用,rpd-150c隧道礦巖鉆機(jī),鉆進(jìn)時采用d150mm鋼套管跟進(jìn)鉆孔,所述的錨索孔的成孔直徑大于或等于150mm。鉆孔至指定深度到達(dá)錨固區(qū)域起始端,通過計算鉆入錨索孔內(nèi)的鉆桿數(shù)量來計算鉆孔的深度。錨索孔鉆完之后,取出鉆桿更換擴(kuò)大頭,再使擴(kuò)大頭從錨固區(qū)域起始端鉆孔至錨固區(qū)域末端。本實施例中,所述的擴(kuò)大頭為現(xiàn)有技術(shù),本領(lǐng)域的工作人員知曉其具體結(jié)構(gòu)和使用方法,本方案的改進(jìn)點也不再擴(kuò)大頭本身的結(jié)構(gòu),故不對其具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行贅述。鉆孔完成之后,使用高壓風(fēng)將孔內(nèi)的巖屑全部清理干凈。

步驟s3:將若干根鋼絞線捆綁在一起進(jìn)行編束錨索。由于錨索體長且重,對直線度要求較高,需要使用人工運(yùn)輸,所以錨索的編束作業(yè)場地應(yīng)盡量靠近安裝現(xiàn)場,以減小運(yùn)輸?shù)碾y度。

編束前,應(yīng)確保每一根鋼絞線排列均勻、平直、不扭不叉,機(jī)械損傷及銹蝕嚴(yán)重的應(yīng)剔除,輕度生銹的需要除銹。

編束時,設(shè)置若干個對中支架,將鋼絞線綁扎在對中支架上,相鄰兩個對中支架之間的鋼絞線加以捆綁,所述的對中支架主要起到使鋼絞線互相之間保持平行度以及使錨索保持直線度的作用。本實施例中,所述的錨索的長度大于錨固區(qū)域的長度與錨索孔的長度之和,其具體的長度參考錨固段長度、張拉長度、外錨頭長度與外留長度之和進(jìn)行計算。其中錨固段長度為伸入到錨固區(qū)域的長度,張拉長度為錨索工藝中對錨索進(jìn)行張拉,錨索實現(xiàn)伸長以提供預(yù)緊力的有效長度,外錨頭長度與外留長度為預(yù)留在錨索孔之外的長度。

編束好之后,將錨索安裝在錨索孔內(nèi)。安裝前,在錨索自由端抹一層黃油,并密裹塑料布,套塑料軟管并扎牢。將注漿管與錨索捆綁,并隨錨索一起進(jìn)入錨索孔內(nèi),使注漿管伸入到錨固區(qū)域內(nèi),注漿管的出口距離錨固區(qū)底部50~100mm。安裝時,使錨索與錨索孔同軸,并且在安裝好之后保持同軸。所述的注漿管采用若干個φ25mm的鋼管連接形成,所述的注漿管長度在2~4m范圍內(nèi),一般選用3m長的注漿管。

步驟s4:對錨固區(qū)域進(jìn)行注漿,其具體包括以下兩個步驟:

步驟s41:第一次注漿,采用孔底反漿法進(jìn)行常壓注漿,注漿壓力為0.5~0.8mpa,當(dāng)錨索孔孔口出現(xiàn)溢漿且持續(xù)時間大于或等于5分鐘后,停止注漿,砂漿要求飽滿密實,在注漿完畢之后,等待砂漿凝固收縮,對空口進(jìn)行補(bǔ)漿;

步驟s42:第二次注漿,采用高壓劈裂法,在第一次注漿4~5h后、第一次注漿形成的水泥結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到5mpa后,采用m35純水泥砂漿對錨固段進(jìn)行劈裂注漿,注漿壓力大于或等于2mpa。

步驟s5:對錨索進(jìn)行張拉鎖定以施加預(yù)應(yīng)力,當(dāng)步驟s4完成之后,漿液強(qiáng)度達(dá)到70%,再利用液壓千斤頂對錨索進(jìn)行張拉,所述的張拉包括以下幾個步驟:

步驟s51:采用zep18型千斤頂對每根鋼絞線進(jìn)行張拉,張拉至5%的設(shè)計張拉力,所述的設(shè)計張拉力為ycw100-200型千斤頂總張拉力的70%;

步驟s52:采用ycw100-200型千斤頂錨索進(jìn)行張拉,其包括以下幾個步驟:

步驟s521:用10%~20%的設(shè)計張拉力預(yù)張拉1~2次,使錨索完全平直;

步驟s522:按設(shè)計張拉力的10%張拉5分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s523:按設(shè)計張拉力的20%張拉5分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s524:按設(shè)計張拉力的50%張拉5分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s525:按設(shè)計張拉力的75%張拉5分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s526:按設(shè)計張拉力的100%張拉15分鐘,并記錄錨索的伸長值;

步驟s527:按設(shè)計張拉力的110%張拉15分鐘,并記錄錨索的伸長值,張拉之后鎖定錨索;

步驟s53:在步驟s527完成、張拉力穩(wěn)定后,利用超過設(shè)計張拉力10%~15%的超張拉力對錨索進(jìn)行張拉,張拉完成之后鎖定錨索。

步驟s6:對錨索孔進(jìn)行注漿,從錨索工藝中使用的錨具注漿口注漿,從錨索工藝中使用的排氣管排氣,直至排氣管流出與注入端濃度相同的漿液即可封口,其具體的步驟與步驟s4中對錨固區(qū)域注漿的步驟相同。

步驟s7:封錨,用砂輪切割機(jī)從外錨頭5cm處切斷鋼絞線,用c25級混凝土封閉外錨頭。所述的外錨頭為錨索的自由端。本實施例中,其他未描述的部分與上述實施例的內(nèi)容相同,故不贅述。

實施例3:

所述的步驟s4中,安裝錨索時,在錨固段錨索的尾部系一根導(dǎo)線,并用絕緣膠布使導(dǎo)線與鋼絞線分離絕緣,導(dǎo)線隨錨索伸出錨索孔并外接萬用表正極,鋼絞線接到萬用表負(fù)極,萬用表調(diào)至歐姆檔,當(dāng)砂漿注到錨固段內(nèi)之后,導(dǎo)線與鋼絞線能夠通過砂漿形成回路,萬用表指針轉(zhuǎn)動及證明錨固段內(nèi)注滿砂漿。本實施例中,其他未描述的部分與上述實施例的內(nèi)容相同,故不贅述。

以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實施例,并非對本發(fā)明做任何形式上的限制,凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化,均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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