一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构制造技术

本发明专利技术公开了利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构，涉及隧道施工领域。包括支护结构、初期支护结构，支护结构包括开设在围岩上的孔、锚索、填充在孔内的注浆体，根据锚索划分为锚固段、张拉段、外锚头，位于锚固段的锚索头部截面尺寸大于锚索其他部位，位于张拉段的锚索被张拉产生预应力，锚索的长度为35‑40m。将围岩对锚固段的摩阻力，通过张拉段传递到初期支护结构，并通过预应力的作用，使岩体结构面呈压紧状态，从而提高围岩本身的整体性，直接改变滑动面的抗滑力，以维持围岩受力平衡。同时通过扩大锚固段截面，使得扩大头与岩体挤压形成较强的端承力，大幅度提高了抗拔力，从而达到稳定深部围岩和抑制其变形的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构
本专利技术属于隧道施工领域，具体来说，是一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构。
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、环保节能的功能的支护结构。为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构，包括利用锚索形成的支护结构、初期支护结构，所述支护结构包括开设在围岩上的孔、固定在孔内的锚索、填充在孔内的注浆体，根据锚索所起的作用不同可将其划分为位于深部稳定岩层中的锚固段、位于锚固段和初期支护结构之间的张拉段、位于围岩外面的外锚头，位于锚固段的锚索头部截面尺寸大于锚索其他部位，位于张拉段的锚索被张拉产生预应力，锚索的长度为35-40m。进一步的，所述锚索的头部程楔形。楔形的锚索头部，使得锚固段的截面增大，使得扩大头端头与岩体挤压形成较强的端承力，大幅度提高了抗拔力，从而达到稳定深部围岩和抑制其变形的目的。进一步的，所述锚索以高强钢绞线束组成的杆体，杆体有良好的弹性变形。进一步的，锚索处于孔的中心位置，锚索到孔壁的距离大于1cm。进一步的，锚固段的锚索捆绑有对中支架。进一步的，锚索张拉段的张拉形成为200mm。进一步的，位于孔内部的锚索捆绑有注浆管，注浆管管端距离孔底的距离为50-100mm。进一步的，注浆管由多节短注浆管连接而成。短注浆管为Φ25mm的钢管，为了便于拆除露出锚孔的注浆管，每节注浆管不宜过长，一般为3m。注浆管从锚索对中支架中间穿入，随锚索一起插入孔底。进一步的，钢绞线为Ф15.24mm高强度低松弛预应力钢绞线，锚索分为5层设置，锚索排间距设置为3m。进一步的，锚索头部的钢绞线上系一导线，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，并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，当砂浆注到锚固段尾时，导线和钢绞线通过砂浆形成通路，万用表指针转动，即证明锚固段孔内已经注满砂浆。本专利技术的原理：1将围岩对锚索锚固段的摩阻力，通过张拉段传递到初期支护结构，并通过预应力的作用，使岩体结构面呈压紧状态，从而提高围岩本身的整体性，直接改变滑动面的抗滑力，以维持围岩受力平衡。2利用了新奥法原理，使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥。超长扩大头锚索是一种主要承受拉力的杆状构件，它是通过钻孔及注浆体将钢绞线固定于深部稳定岩层中，在被加固体表面对钢绞线张拉产生预应力，同时通过扩大锚固段截面，使得扩大头端头与岩体挤压形成较强的端承力，大幅度提高了抗拔力，从而达到稳定深部围岩和抑制其变形的目的。3结合高地应力软弱板岩变形大、隧道开挖后形成较大松动区的特点，锚索施加预应力后可以将较大松动区压紧，提高围岩的自稳能力，使开挖后围岩较早达到新的受力平衡，通过预应力的施加抑制围岩的膨胀变形，加强初期支护结构的整体性，由围岩自稳和初期支护共同抵抗高地应力作用，从而控制隧道变形。4同时基于锚索有效锚固理论，从锚索与岩体弹性模量比值进行分析，充分考虑软弱围岩的弹性模量特点，比值越大，锚索承受剪应力峰值越小、剪应力、轴向应力的分布范围越大、越均匀，则锚索的有效锚固长度也就越大。从某种意义上来讲，超长扩大头锚索加固软弱围岩的效果要远优于硬岩。本专利技术的有益效果：1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。2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。与常规隧道支护结构相比，该结构通过施加预应力，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。3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。4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。5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2、图3所示，一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构，包括利用锚索形成的支护结构、初期支护结构，所述支护结构包括开设在围岩上的孔、固定在孔内的锚索、填充在孔内的注浆体，根据锚索所起的作用不同可将其划分为位于深部稳定岩层中的锚固段、位于锚固段和初期支护结构之间的张拉段、位于围岩外面的外锚头，位于锚固段的锚索头部截面尺寸大于锚索其他部位，位于张拉段的锚索被张拉产生预应力，锚索的长度为35-40m。其中，所述锚索的头部程楔形。所述锚索以高强钢绞线束组成的杆体，杆体有良好的弹性变形；钢绞线为Ф15.24mm高强度低松弛预应力钢绞线，锚索分为5层设置，锚索排间距设置为3m。锚索处于孔的中心位置，锚索到孔壁的距离大于1cm。为了方便讲锚索安装在孔的中心位置，锚固段的锚索捆绑有对中支架。锚索张拉段的张拉形成为200mm，确保施加足够的预应力。位于孔内部的锚索捆绑有注浆管，注浆管管端距离孔底的距离为50-100mm。注浆管由多节短注浆管连接而成，注浆管为Φ25mm的钢管，为了便于拆除露出锚孔的注浆管，每节注浆管不宜过长，一般为3m。注浆管从锚索支架中间穿入，随锚索一起插入孔底。锚索头部的钢绞线上系一导线，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，并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，当砂浆注到锚固段尾时，导线和钢绞线通过砂浆形成通路，万用表指针转动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构，包括利用锚索形成的支护结构、初期支护结构，其特征在于：所述支护结构包括开设在围岩上的孔、固定在孔内的锚索、填充在孔内的注浆体，根据锚索所起的作用不同可将其划分为位于深部稳定岩层中的锚固段、位于锚固段和初期支护结构之间的张拉段、位于围岩外面的外锚头，位于锚固段的锚索头部截面尺寸大于锚索其他部位，位于张拉段的锚索被张拉产生预应力，锚索的长度为35‑40m。

【技术特征摘要】
1.一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构，包括利用锚索形成的支护结构、初期支护结构，其特征在于：所述支护结构包括开设在围岩上的孔、固定在孔内的锚索、填充在孔内的注浆体，根据锚索所起的作用不同可将其划分为位于深部稳定岩层中的锚固段、位于锚固段和初期支护结构之间的张拉段、位于围岩外面的外锚头，位于锚固段的锚索头部截面尺寸大于锚索其他部位，位于张拉段的锚索被张拉产生预应力，锚索的长度为35-40m。2.根据权利要求1所述的一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构，其特征在于：所述锚索的头部程楔形。3.根据权利要求2所述的一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构，其特征在于：所述锚索以高强钢绞线束组成的杆体，杆体有良好的弹性变形。4.根据权利要求1所述的一种利用超长扩大头锚索对高地应力软弱围岩隧道形成的支护结构，其特征在于：锚索处于孔的中心位置，锚索到孔壁的距离大于1cm。5.根据权利要求4所述的一种利用超长扩大头...

【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