一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法技术

本发明专利技术提供了一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，隧道掘进后及时对断面进行喷浆封闭，减少围岩与空气接触时间，快速铺设钢筋网并安装恒阻大变形锚索，通过锚索的高预应力对围岩进行加固。围岩内部巨大的塑性能量将会以大变形的形式释放，首先作用于恒阻大变形锚索，待围岩塑性能量释放后，作用于支护体的能量将会逐渐减小，此时，恒阻大变形锚索支护体将处于恒阻耦合支护状态，结合钢拱架支护，形成“刚柔并济”的支护效果，保证了隧道围岩的稳定性，避免了软岩隧道围岩大变形灾害。

A Control Method of Constant Resistance and Large Deformation Anchor Cable for Large Deformation Disaster of Surrounding Rock of Soft Rock Tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法
本专利技术属于软岩隧道围岩变形的支护
，具体涉及一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法。
技术介绍
自20世纪初首例严重的交通隧道软弱围岩大变形发生以来，国内外隧道工程发生的围岩大变形灾害事例屡见不鲜，它一直是困扰地下工程界的一项重大难题。国外如奥地利陶恩隧道(Tauern)、瑞士到意大利的辛普伦隧道(Simplon)、日本惠那山隧道、奥地利阿尔贝格隧道(Arlberg)等都发生过严重的大变形。国内如南昆铁路家竹箐隧道、台湾木栅隧道、兰武线乌鞘岭隧道、青藏线关角隧道、国道317线鹧鸪山隧道、兰渝铁路木寨岭隧道和目前在建的渭武高速公路木寨岭公路隧道等工程都出现了不同程度和不同形式的软弱围岩大变形，给工程建设带来了极大的困难和安全风险，且因为返修率增高极大地增加了施工成本和延长了施工周期。为了有效控制隧道软弱围岩大变形，国内外学者不断对隧道围岩大变形实例进行研究，隧道围岩大变形控制技术也得到日益发展，但控制效果和成本投入还未达到预期目标。目前，极高地应力地质条件下的软岩隧道支护变形量级突破了国内外隧道和地下工程界以往所遵循的理论和实践的认知水平，勘察设计又没有可供借鉴的成熟经验，难以预测围岩的动态变化和掌控其发展规律，不能一次性确定支护的合理参数。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本专利技术提供了一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，隧道掘进后及时对断面进行喷浆封闭，减少围岩与空气接触时间，快速铺设钢筋网并安装恒阻大变形锚索，通过锚索的高预应力对围岩进行加固。围岩内部巨大塑性能将会以大变形的形式释放，首先作用于恒阻大变形锚索，此时恒阻大变形锚索的受力将会不断增大，当其达到锚索设计恒阻力时，恒阻大变形锚索内部恒阻体依靠自身的恒阻吸能装置在保证高恒阻的情况下产生位移，随着恒阻体与套筒之间相对位移的不断增加，围岩中的塑性能量将以自身变形和恒阻大变形锚索变形的形式释放，待围岩塑性能量释放后，作用于支护体的能量将会逐渐减小，此时，恒阻大变形锚索支护体将处于恒阻耦合支护状态，结合钢拱架支护，形成“刚柔并济”的支护效果，保证了隧道围岩的稳定性，避免了软岩隧道围岩大变形灾害。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，所述控制方法包括如下步骤：S1：对围岩进行光面爆破；S2：隧道掘进成型并使用三台阶法开挖洞身，且对隧道的顶部和两个拱肩部进行临时支护；S3：隧道上台阶紧接掌子面进行恒阻大变形锚索配合W型钢带支护；S4：台阶断面喷射混凝土；S5：安装钢拱架；S5：隧道中台阶和隧道下台阶进行恒阻大变形锚索配合W型钢带支护；S6：重复步骤S4～S5的过程。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述步骤S2包括如下步骤：S21：管棚施工，隧道斜井洞口采用大管棚进行加固；S22：隧道掘进成型，采用三台阶法开挖洞身，且按照隧道上台阶、隧道中台阶、隧道下台阶的顺序依次开挖；S23：临时支护，隧道的顶部和两个拱肩部通过架设木垛进行临时支护。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述步骤S3包括如下步骤：S31：隧道掘进后对断面喷浆封闭；S32：铺设钢筋网，先连接顶网，然后连接帮网和底网；S33：钻孔，采用钻头钻顶部的锚索孔；S34：安装锚索配合W型钢带支护，且顶锚索支护垂直隧道掘进方向布置。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述步骤S34还包括以下步骤：S341：安装直径为21.8mm、长度为10000mm的第一恒阻大变形锚索，且各个第一恒阻大变形锚索角度根据围岩岩层不同节理产状调整、间排距为2000mm×1200mm；S342：相邻的第一恒阻大变形锚索之间安装两个直径为21.8mm、长度为4000mm的第二恒阻大变形锚索，且各个第二恒阻大变形锚索角度根据围岩岩层不同节理产状调整、间排距为500mm×600mm；S343：围岩继续发生形变时，在变形位置处的相邻的第一恒阻大变形锚索之间安装一个直径为21.8mm、长度为10000mm的第三恒阻大变形锚索，且各个第三恒阻大变形锚索角度根据围岩岩层不同节理产状调整、间排距为2000mm×1200mm。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述步骤S1中：所述光面爆破中采用的装药结构为：各断面爆破的周边眼采用空气柱间隔装药，其余各炮眼均采用孔底大药卷连续装药，并将雷管置于孔底倒数第二节药卷上，进行反向起爆。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述步骤S4中：喷射的混凝土的厚度不小于100mm，且喷射的混凝土的厚度能够全面覆盖超前小导管并形成一个平整的平面封闭围岩。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述步骤S5中：所述钢拱架与恒阻大变形锚索支护面预留一定间隙，且所述钢拱架采用工字钢钢架和矩形格栅钢架。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述隧道上台阶的进尺不大于13m、高度为3m，所述隧道中台阶的高度为3m，所述隧道下台阶的高度为4.6m。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述钢筋网的网片采用Φ8mm钢筋焊接而成，且相邻的网片之间通过钩扣连接。如上所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，优选地，所述步骤S33中：钻孔采用Φ32mm钻头钻孔，孔深为10000mm和4000mm，扩孔采用Φ90mm钻头进行扩孔，扩孔深度为500mm。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优异效果：本专利技术提供了一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，隧道掘进后及时对断面进行喷浆封闭，减少围岩与空气接触时间，快速铺设钢筋网并安装恒阻大变形锚索，通过锚索的高预应力对围岩进行加固。围岩内部的巨大的塑性能量将会以大变形的形式释放，首先作用于恒阻大变形锚索，此时恒阻大变形锚索的受力将会不断增大，当其达到锚索设计恒阻力时，恒阻大变形锚索内部恒阻体依靠自身的恒阻吸能装置在保证高恒阻的情况下产生位移，随着恒阻体与套筒之间相对位移的不断增加，围岩中的塑性能量将以自身变形和恒阻大变形锚索变形的形式释放，待围岩塑性能量释放后，作用于支护体的能量将会逐渐减小，此时，恒阻大变形锚索支护体将处于恒阻耦合支护状态，结合钢拱架支护，形成“刚柔并济”的支护效果，保证了隧道围岩的稳定性，避免了软岩隧道围岩大变形灾害。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明图1为本专利技术实施例中三台阶法施工横断面示意图；图2为本专利技术实施例中三台阶法施工纵断面示意图；图3为本专利技术实施例中步骤S341和步骤S342中锚索支护对称式全断面支护示意图；图4为本专利技术实施例中步骤S343中锚索支护非对称式全断面支护示意图；图5为本专利技术实施例中周边眼装药结构示意图；图6为本专利技术实施例中恒阻大变形锚索配合W型钢带支护的结构示意图。图中：1-隧道上台阶，2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：S1：对围岩进行光面爆破；S2：隧道掘进成型并使用三台阶法开挖洞身，且对隧道的顶部和两个拱肩部进行临时支护；S3：隧道上台阶紧接掌子面进行恒阻大变形锚索配合W型钢带支护；S4：台阶断面喷射混凝土；S5：安装钢拱架；S5：隧道中台阶和隧道下台阶进行恒阻大变形锚索配合W型钢带支护；S6：重复步骤S4～S5的过程。

【技术特征摘要】
1.一种软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：S1：对围岩进行光面爆破；S2：隧道掘进成型并使用三台阶法开挖洞身，且对隧道的顶部和两个拱肩部进行临时支护；S3：隧道上台阶紧接掌子面进行恒阻大变形锚索配合W型钢带支护；S4：台阶断面喷射混凝土；S5：安装钢拱架；S5：隧道中台阶和隧道下台阶进行恒阻大变形锚索配合W型钢带支护；S6：重复步骤S4～S5的过程。2.如权利要求1所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：S21：管棚施工，隧道斜井洞口采用大管棚进行加固；S22：隧道掘进成型，采用三台阶法开挖洞身，且按照隧道上台阶、隧道中台阶、隧道下台阶的顺序依次开挖；S23：临时支护，隧道的顶部和两个拱肩部通过架设木垛进行临时支护。3.如权利要求1所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：S31：隧道掘进后对断面喷浆封闭；S32：铺设钢筋网，先连接顶网，然后连接帮网和底网；S33：钻孔，采用钻头钻顶部的锚索孔；S34：安装锚索配合W型钢带支护，且顶锚索支护垂直隧道掘进方向布置。4.如权利要求3所述的软岩隧道围岩大变形灾害的恒阻大变形锚索控制方法，其特征在于，所述步骤S34还包括以下步骤：S341：安装直径为21.8mm、长度为10000mm的第一恒阻大变形锚索，且各个第一恒阻大变形锚索角度根据围岩岩层不同节理产状调整、间排距为2000mm×1200mm；S342：相邻的第一恒阻大变形锚索之间安装两个直径为21.8mm、长度为4000mm的第二恒阻大变形锚索，且各个第二恒阻大变形锚索角度根据围岩岩层不同节理产状调整、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶志刚，郑小慧，李干，张博，赵成伟，李梦楠，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11