[發(fā)明專利]隧道圍巖變形快速控制的組合式錨桿裝置及施工方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910380003.5
• 申請(qǐng)日: 2019-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110185484A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐紅;雷明鋒;扶親強(qiáng);劉凌暉;朱彬彬;張彪;施成華;周博成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中建隧道建設(shè)有限公司;中南大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D21/00
• 分類號(hào): E21D21/00;E21D20/02
• 代理公司: 長(zhǎng)沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 鄭雋;吳婷

本發(fā)明屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種隧道圍巖變形快速控制的組合式錨桿裝置與施工方法，該裝置包括錨桿桿件、桿端固定裝置、注漿桿件、桿件嵌套裝置以及機(jī)械錨頭；錨桿桿件與注漿桿件同軸并套裝在注漿桿件外部；錨桿桿件的兩端部分別設(shè)置有機(jī)械錨頭以及桿端固定裝置；注漿桿件的一端從桿端固定裝置上伸出，另一端置于機(jī)械錨頭內(nèi)部；注漿桿件的端部設(shè)置有注漿孔；機(jī)械錨頭上設(shè)置有與注漿桿件上注漿孔相貫通的出漿孔；桿件嵌套裝置套裝在錨桿桿件外部。本發(fā)明通過(guò)機(jī)械錨固、分段注漿設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了圍巖變形的快速精確控制，增強(qiáng)了支護(hù)的可靠性，降低了施工成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種組合式錨桿裝置及施工方法，尤其涉及一種隧道圍巖變形快速控制的組合式錨桿裝置及施工方法。

背景技術(shù)

隨著隧道及地下工程建設(shè)規(guī)模日益龐大，難免遇到地質(zhì)復(fù)雜地段，在埋深過(guò)大、地應(yīng)力巨大、巖體軟弱等區(qū)域，隧道開(kāi)挖后圍巖的承載能力低下，圍巖變形的速度過(guò)快、過(guò)大，極易形成隧洞失穩(wěn)坍塌事故。

在隧道施工中施作錨桿控制圍巖變形，并結(jié)合注漿來(lái)提高圍巖的整體性，已成為隧道施工支護(hù)技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D70/2-2014)、《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10003-2016)等，因錨固力要求低、施工機(jī)械簡(jiǎn)便，隧道設(shè)計(jì)中一般采用粗鋼筋錨桿用以進(jìn)行錨固支護(hù)，可按施工方式及受力方式對(duì)其進(jìn)行分類。

按照錨桿的施工方式，隧道中常用錨桿可分為砂漿錨桿、早強(qiáng)藥卷錨桿、摩擦型錨桿、脹殼式錨桿、中空自鉆式錨桿等，上述錨桿各有其優(yōu)勢(shì)，但又各自存在其局限性，如：砂漿錨桿施工簡(jiǎn)便，抗剪能力及錨固力較強(qiáng)，但存在著凝結(jié)支護(hù)過(guò)于緩慢、無(wú)法施加預(yù)應(yīng)力而難以控制圍巖快速變形等局限性；早強(qiáng)藥卷錨桿依托快凝藥卷可快速形成錨固力，但因藥卷攪拌后易流失，其漿液飽滿度難以保證，錨固可靠性不佳；摩擦型錨桿依靠水壓或者自鉆擠壓等方式，使桿壁緊貼巖壁而形成快速摩阻支護(hù)，但對(duì)于破碎巖層卻難以奏效；漲殼式錨桿通過(guò)錨頭張開(kāi)與孔壁摩擦以提供及時(shí)支護(hù)，但也需要良好的巖層，且錨頭易腐蝕而出現(xiàn)失效現(xiàn)象；中空自鉆式錨桿可實(shí)現(xiàn)自鉆和注漿的同步進(jìn)行，而破碎巖層中需采用全長(zhǎng)的快凝漿液，施工成本難以控制。

按照錨桿的受力方式，隧道施工使用的錨桿又可分為端錨型錨桿和全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿：端錨型錨桿通過(guò)端部錨塊或端部快速粘結(jié)力固定，可對(duì)圍巖施加初始張拉力以控制圍巖松動(dòng)變形，同時(shí)桿件中部為自由段可為大變形的圍巖提供變形空間；但在圍巖變形條件過(guò)快、過(guò)大時(shí)，巖層易下出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)，對(duì)錨桿形成剪切作用，且圍巖松動(dòng)變形的積累對(duì)端頭錨固段易形成應(yīng)力集中，而造成錨桿失效。全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿因錨桿被漿液包裹而可改善錨桿受力情況，相對(duì)于端錨型提供更高的抗剪能力和抗拉強(qiáng)度，但在采用水泥漿液時(shí)，由于漿液凝固時(shí)間較長(zhǎng)，施工初期無(wú)法形成有效支護(hù)，難以應(yīng)對(duì)圍巖過(guò)快變形及應(yīng)急搶救的情況；而桿體全長(zhǎng)采用快凝注漿材料時(shí)，不僅施工費(fèi)用劇增，且無(wú)法給圍巖提供一定的預(yù)留變形，以發(fā)揮圍巖的自承能力，過(guò)快凝固后錨桿受拉變形易導(dǎo)致錨固材料開(kāi)裂，經(jīng)濟(jì)性和安全性都大打折扣。

由此可以看出，傳統(tǒng)的錨桿對(duì)于地層適應(yīng)性較為單一，無(wú)法適應(yīng)隧道工程地質(zhì)條件多變的情況，同時(shí)錨桿結(jié)構(gòu)缺乏分段注漿、分段錨固的設(shè)計(jì)理念。故工程技術(shù)人員針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)錨桿結(jié)構(gòu)和施工方式進(jìn)行了眾多改進(jìn)措施，提出了多種分段注漿錨桿結(jié)構(gòu)。其中比較典型的如吳德興提出了一種錨桿支護(hù)方法及其分段式中空注漿錨桿(專利號(hào)ZL02112233.4)，通過(guò)實(shí)心桿體和中空桿體的結(jié)合，并結(jié)合阻漿器、對(duì)中器等結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了錨桿的適應(yīng)性，可適用于軟弱破碎巖層的快速支護(hù)，又可應(yīng)用于良好的巖層中。但此裝置仍存在部分局限性，如采用藥卷作為早強(qiáng)錨固體，圍巖裂隙較多時(shí)難以保證錨固體的完整性和端部錨固效果；孔壁不平順時(shí)阻漿器封堵效果欠佳，藥卷漿液的飽滿度難以控制；分節(jié)的桿件連接處存在應(yīng)力集中薄弱點(diǎn)。張延年等提出了一種帶止?jié){連接套筒的分段注漿的分段中空注漿錨桿(專利申請(qǐng)?zhí)柺?01810704903.6)，可實(shí)現(xiàn)分段注漿、分段止?jié){以及分段的漿液強(qiáng)度設(shè)計(jì)，注漿漿液更加密實(shí)，但錨桿同樣采用分節(jié)連接，桿間的存在應(yīng)力集中點(diǎn)而影響了錨桿受力效果；且此結(jié)構(gòu)注漿難以控制漿液分流，且不同強(qiáng)度設(shè)計(jì)的漿液易混雜而影響注漿效果。