高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法技术

本发明专利技术公开了一种高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法，属于隧道施工领域。包括如下步骤：钻孔；锚索编束，锚索由钢绞线编束而成，锚索扩大头的截面尺寸大于锚索其他部位的截面尺寸；安装锚索，安装中使锚索处于钻孔中心；锚固段注浆；张拉锁定；张拉段注浆；封锚。本发明专利技术采用应力超长扩大头锚索，施工方便、快捷，由于高地应力的释放是一个长期的过程，预应力超长扩大头锚索可以对围岩的不断变形起到很好的加固作用，大大减少了初支换拱和二衬返工拆换的作业次数。同时可以避免常规的支护方式所需要的庞大人力和物力，提高了工程进度。

【技术实现步骤摘要】
高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法
本专利技术涉及隧道施工领域，具体来说，是高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法，本方法适用于软弱围岩隧道、岩溶隧道、深基坑工程、高边坡工程等。
技术介绍
高地应力对岩土工程影响显著，尤其对于大埋深软弱围岩地下工程，如铁路隧道、公路隧道、深埋采矿巷道等。随着我国铁路、公路建设的不断发展，隧道工程已经向长大、深埋方向发展。因此，近几年来，穿越高地应力区且地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道工程不断涌现，如兰渝铁路8.5公里的毛羽山隧道、9.2公里的新城子隧道、19.1公里的木寨岭隧道等。高地应力软弱围岩大变形隧道在开挖支护后围岩挤压变形强烈，造成初期支护大面积破坏、喷射混凝土开裂、钢架扭曲错断、边墙侵限等；由于高地应力在软弱围岩隧道中的释放又往往是一个长期缓慢的过程，还会致使前期已做好的二衬在后期不断发生开裂，需要重新进行返工整修。因此，围岩破碎、地应力较大且释放周期长等问题导致隧道施工变形收敛大，工序转换、方案变更频繁，施工生产不连续、工效低，严重困扰工期目标与施工安全。
技术实现思路
本专利技术目的是旨在提供了一种能使高地应力软弱围岩大变形得到有效控制，同时具有资源节约、环保节能的功能的高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：1、高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法，包括如下步骤，(1)钻孔，锚索扩大头部分的孔径大于其余部分的孔径；(2)锚索编束，锚索由钢绞线编束而成，锚索扩大头的截面尺寸大于锚索其他部位的截面尺寸，锚索长度按照锚固段长度+张拉长度+外锚头长度+外留长度计算；(3)安装锚索，安装中使锚索处于钻孔中心；(4)锚固段注浆，注浆采用两次注浆，第一次注浆采用常压注浆，采用孔底返浆法，当孔口出现溢浆或排气管停止排气后,方可停止注浆，第二次注浆为高压劈裂注浆，待第一次注浆形成的水泥结石体达到一定强度后进行，对锚固段进行劈裂注浆；(5)张拉锁定，在成束张拉作业前，先对钢绞线分别进行单根张拉，使钢绞线受力均匀，锚索张拉分多级进行，逐级施加预应力，当最后一级稳压过后，用锚具暂时锁定锚索；(6)张拉段注浆，从锚具注浆口注浆，排气管排气，直至排气管流出与注入端浓度相同的浆液即可封口；(7)封锚。进一步的，步骤(5)的张拉为第一次张拉，在隧道的初期支护之后、下一步施工步序开始前进行的；在二衬施做前，重复步骤(5)的操作，进行第二次张拉，张拉力稳定后，锁定锚索。进一步的，锚索正式张拉前，取10％-20％设计轴力预张拉1-2次，使其各部位接触紧密，锚索完全平直；锚索张拉分6级进行，按张拉力的10％、20％、50％、75％、100％及110％，逐级施加预应力，除最后两级各需稳压15min外，其余各级每次稳压5min。进一步的，第一次张拉的张拉值应为总张拉力的70％，两次张拉间隔时间不少于3d；总张拉力应包括超张拉力值，超张拉力值为10％～15％。进一步的，锚索的长度为35～40m。进一步的，锚索扩大头部分呈楔形。进一步的，在步骤(3)安装锚索时，将注浆管随锚索一同放入孔内，管端距孔底为50-100mm，注浆管由多节短注浆管连接而成。进一步的，在步骤(4)中的第一次注浆压力为0.5～0.8MPa，当孔口出现溢浆且持续时间不低于5min后,方可停止注浆，砂浆必须饱满密实，注浆完毕后待砂浆凝固收缩后，空口进行补浆；第二次注浆，待第一次注浆4～5h后、第一次注浆形成的水泥结石体强度达到5MPa后进行，注浆压力不小于2.0MPa。进一步的，在步骤(3)安装锚索时，在锚固段尾部钢绞线上系一导线，并用绝缘胶布使导线和钢绞线分离绝缘，导线随锚索伸出孔外接在万用表的正极上，万用表的负极接到孔外钢绞线上，万用表调至欧姆档。进一步的，短注浆管为Φ25mm的钢管，长度为3m。本专利技术的有益效果：1用于高地应力软弱围岩大变形隧道的超长锚索长度是普通隧道锚索的3-4倍，根据围岩具体情况，一般在35-40m左右，工艺质量要求高。2在高地应力软弱破碎围岩、偏压以及超大断面隧道条件下进行长锚索施工，施工难度极大，国内外尚未出现在类似工程条件下施工超长锚索的情况。3首次将扩大头预应力锚索应用于软弱破碎围岩之中，相对于普通锚索，能够大大提高孔底的点锚固力，同时可以穿过隧道围岩的松动圈，控制围岩变形。4在板状破碎围岩，且岩层走向与隧道轴向近乎平行条件下进行长锚索支护；与常规隧道支护方法相比，该工法通过施加预应力，能够主动控制围岩变形，调整岩层应力状态；预应力锚索具有一定的柔性，可以深层加固，同时能够主动控制岩体变形，调整岩体应力状态，有利于岩体的稳定性。5预应力锚索是以高强钢丝束组成的杆体，其抗拉强度远高于一般的螺纹锚杆，而且当拉力达到一定的数值后，杆体有良好的弹性变形，能很好地适应持续变形，并逐渐释放应力地特性，从而能有效地控制松软围岩的大变形，满足施工需要。6锚索自张拉预应力起，随着围岩的变形，锚索轴力逐渐增大；随着围岩变形的收敛，轴力增加幅度慢慢减小，之后基本稳定。7经济性好，预应力锚索既可单独使用，充分利用岩土体自身强度，从而节省大量工程材料，同时可与其他结构物组合使用，改善其受力状态，节省大量的圬工，具有显著的经济效益。附图说明本专利技术可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；图1为本专利技术的施工工艺流程图；图2为预应力锚索结构图；图3为隧道预应力锚索整体示意图；主要元件符号说明如下：2-钢垫板，3-锚具，4-张拉段，5-对中支架，6-钢绞线，7-注浆体，8-锚固段，9-初期支护。具体实施方式为了使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步说明。如图1、图2、图3所示，高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法包括如下步骤：一、施工前准备(1)进行设备配套，合理组织劳动力，购买质量合格的施工材料；(2)对张拉千斤顶、高压油泵、压力表作标定，确保其能够满足施工需要，绘制压力表读数—张拉力关系曲线，以指导现场张拉作业；(3)按设计数量备足材料，钢绞线及锚具抽样作力学性能检测；(4)安装注浆泵、注浆管。二、锚索孔定位测量根据隧道围岩级别和地应力分布情况等参数确定出锚索孔的位置和深度。三、钻孔(1)钻机就位，钻机采用现有的RPD-150C隧道矿岩钻机，钻机放置在隧道侧壁下台阶；(2)钻机就位后，应保持平稳，导杆或立轴与钻杆方向一致，并在同一轴线上，施工中钻头为专用圆柱型钻头；(3)成孔直径不小于150mm，钻进时采用带D150mm钢套管跟进钻孔，钻孔至锚杆扩大头部分始端时，换用机械扩大头钻至锚固段末；在钻进过程中，合理掌握钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻等各种孔内事故；一旦发生孔内事故，应争取一切时间尽快处理；(4)钻孔时要定段检查锚孔前进方向的偏移情况，以便及时采取措施纠正，确保孔位正确，钻孔时要记好钻入孔内的钻杆数量，以便核准钻孔深度，钻至设计深度后用高压风将孔内的岩屑全部清理干净；(5)钻孔是锚固工程施工中至关重要的一环，如果钻孔速度慢，会直接影响到工程成本和经济效益；如果钻孔质量差，则会影响到锚杆的安装、水泥浆的灌注质量，进而影响到锚杆与水泥浆以及水泥浆与孔壁的粘结力，致使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法，其特征在于：包括如下步骤，(1)钻孔，锚索扩大头部分的孔径大于其余部分的孔径；(2)锚索编束，锚索由钢绞线编束而成，锚索扩大头的截面尺寸大于锚索其他部位的截面尺寸，锚索长度按照锚固段长度+张拉长度+外锚头长度+外留长度计算；(3)安装锚索，安装中使锚索处于钻孔中心；(4)锚固段注浆，注浆采用两次注浆，第一次注浆采用常压注浆，采用孔底返浆法，当孔口出现溢浆或排气管停止排气后,方可停止注浆，第二次注浆为高压劈裂注浆，待第一次注浆形成的水泥结石体达到一定强度后进行，对锚固段进行劈裂注浆；(5)张拉锁定，在成束张拉作业前，先对钢绞线分别进行单根张拉，使钢绞线受力均匀，锚索张拉分多级进行，逐级施加预应力，当最后一级稳压过后，用锚具暂时锁定锚索；(6)张拉段注浆，从锚具注浆口注浆，排气管排气，直至排气管流出与注入端浓度相同的浆液即可封口；(7)封锚。

【技术特征摘要】
1.高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法，其特征在于：包括如下步骤，(1)钻孔，锚索扩大头部分的孔径大于其余部分的孔径；(2)锚索编束，锚索由钢绞线编束而成，锚索扩大头的截面尺寸大于锚索其他部位的截面尺寸，锚索长度按照锚固段长度+张拉长度+外锚头长度+外留长度计算；(3)安装锚索，安装中使锚索处于钻孔中心；(4)锚固段注浆，注浆采用两次注浆，第一次注浆采用常压注浆，采用孔底返浆法，当孔口出现溢浆或排气管停止排气后,方可停止注浆，第二次注浆为高压劈裂注浆，待第一次注浆形成的水泥结石体达到一定强度后进行，对锚固段进行劈裂注浆；(5)张拉锁定，在成束张拉作业前，先对钢绞线分别进行单根张拉，使钢绞线受力均匀，锚索张拉分多级进行，逐级施加预应力，当最后一级稳压过后，用锚具暂时锁定锚索；(6)张拉段注浆，从锚具注浆口注浆，排气管排气，直至排气管流出与注入端浓度相同的浆液即可封口；(7)封锚。2.根据权利要求1所述的高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法，其特征在于：步骤(5)的张拉为第一次张拉，在隧道的初期支护之后、下一步施工步序开始前进行的；在二衬施做前，重复步骤(5)的操作，进行第二次张拉，张拉力稳定后，锁定锚索。3.根据权利要求2所述的高地应力软弱围岩大变形隧道超长扩大头锚索施工方法，其特征在于：锚索正式张拉前，取10％-20％设计轴力预张拉1-2次，使其各部位接触紧密，锚索完全平直；锚索张拉分6级进行，按张拉力的10％、20％、50％、75％、100％及110％，逐级施加预应力，除最后两级各需稳压15min外，其余各级每次稳压5min。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴占瑞，
申请(专利权)人：吴占瑞，
类型：发明
国别省市：湖北,42