一种软弱围岩隧道双层初期支护结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种软弱围岩隧道双层初期支护结构及其施工方法，属于隧道施工技术领域，包括单层钢筋网片，所述单层钢筋网片的外侧弧面上开设有锚孔，所述锚孔内穿插有锚杆。本发明专利技术中，通过设计的锚杆、连接孔、轴承、转轴、螺纹杆、螺纹筒、翅片、销轴、限位孔、外层间断式拱形架、缓冲装置、超前柔性网构防护罩以及缓冲气垫层等结构的互相配合下，通过改变翅片与锚杆之间的位置关系，可有效增加锚杆的受力面积，因而便可有效提高锚杆对整体结构的锚固效果，同时所采用的柔性连接关系，可有效削弱变形时间长，变形量大、变形速度快、持续时间很长，围岩大面积挤出侵入限界，支护开裂或破损很严重等问题发生的程度。

【技术实现步骤摘要】
一种软弱围岩隧道双层初期支护结构及其施工方法
本专利技术属于隧道施工
，尤其涉及一种软弱围岩隧道双层初期支护结构及其施工方法。
技术介绍
着我国大规模、现代化、高标准的城市道路与交通运输工程建设，隧道工程的数量和建设规模不断扩大，不可避免地会遇到软弱围岩地层。软弱围岩对其描述性定义为结构松散、胶结程度差、破碎、膨胀、风化、强度低、孔隙大、受结构面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的岩体；其指标化定义为单轴抗压强度在0.5～25MPa且σc/(γH)＜2的岩层，其中σc为单轴饱和抗压强度，γ为岩石重度，H为岩体埋置深度。软弱围岩的特点是自稳能力差，强度低。在这一类岩层中开挖的隧道，我们称为软弱围岩隧道。为此，隧道建设者们在长期的理论研究和工程实践中总结出了一些预防和处治软弱围岩隧道过大变形的工程措施，取得了一些显著的成绩。如中国专利网公开的“一种软弱岩质区域隧道的支护结构”(专利号：CN208966352U)，该专利解决的技术问题是传统的软弱围岩隧道初期支护结构一般采用单层格栅钢架锚喷或工字钢锚喷，但是，在高地应力的作用下，软岩变形具有前期变形大、变形速率快、变形持续时间长、变形量大等特点，现有通用的单层格栅钢架锚喷或工字钢锚喷支护结构往往难以抵抗，随着开挖断面的增大，其施工风险急剧增加，而且后期衬砌质量难以保障，且该专利通过设计的钢筋网片一、锚杆托板、初期喷射混凝土、管棚层以及钢拱架等结构已解决此技术问题，但是，该专利仍存有一些不足之处，由于软弱围岩的内部地质结构较为松软，而使用的锚杆其结构较为简单，很难对钢筋网片一起到较为稳定的固定效果，钢筋网片一的稳定性较差，且由于软弱围岩的蠕变特性，极易出现初期支护变形时间长，变形量大、变形速度快、持续时间很长，围岩大面积挤出侵入限界，支护开裂或破损很严重，在这一阶段阻止围岩进一步变形收敛必然要求初期支护结构具有大刚度和高强度，导致支护结构的造价太高，所以要有强柔性来适应这种变形收敛，因此，现阶段亟需一种软弱围岩隧道双层初期支护结构及其施工方法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为了解决由于软弱围岩的内部地质结构较为松软，而使用的锚杆其结构较为简单，很难对钢筋网片一起到较为稳定的固定效果，钢筋网片一的稳定性较差，且由于软弱围岩的蠕变特性，极易出现初期支护变形时间长，变形量大、变形速度快、持续时间很长，围岩大面积挤出侵入限界，支护开裂或破损很严重，在这一阶段阻止围岩进一步变形收敛必然要求初期支护结构具有大刚度和高强度，导致支护结构的造价太高，所以要有强柔性来适应这种变形收敛的问题，而提出的一种软弱围岩隧道双层初期支护结构及其施工方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种软弱围岩隧道双层初期支护结构，包括单层钢筋网片，所述单层钢筋网片的外侧弧面上开设有锚孔，所述锚孔内穿插有锚杆，所述锚杆远离单层钢筋网片的一端固定连接有尖锥体，所述锚杆的端部开设有连接孔，并且尖锥体端面对应连接孔的位置卡接有轴承，所述轴承内套接有转轴，所述转轴的端部固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆的表面螺纹连接有螺纹筒，所述螺纹筒的表面固定连接有固定座，所述固定座的表面通过销轴与翅片的一端铰接，所述翅片的另一端穿过锚杆表面所开设的限位孔并延伸至锚杆的外侧，所述单层钢筋网片的内侧弧面上通过射钉固定连接有外层间断式拱形架，所述外层间断式拱形架的内侧弧面上固定连接有缓冲装置，所述缓冲装置远离外层间断式拱形架的一端与超前柔性网构防护罩的外侧弧面固定连接，所述超前柔性网构防护罩的内侧设置有双层钢筋网片，并且双层钢筋网片与超前柔性网构防护罩之间所围成的夹层内设置有缓冲气垫层，所述双层钢筋网片的内侧弧面上通过射钉固定连接有钢拱架，所述钢拱架的内侧弧面上喷射有喷射混凝土层。作为上述技术方案的进一步描述：所述外层间断式拱形架、超前柔性网构防护罩以及缓冲装置之间围成空腔式柔性材料层，所述柔性材料层内填充有高分子弹性材料。作为上述技术方案的进一步描述：所述单层钢筋网片与柔弱围岩之间设置有管棚层。作为上述技术方案的进一步描述：所述缓冲装置包括伸缩筒，所述伸缩筒的一端固定连接在超前柔性网构防护罩的外侧弧面上，所述伸缩筒内套接有伸缩杆，所述伸缩杆的一端与外层间断式拱形架的内侧弧面固定连接，所述伸缩杆的另一端固定连接有第一磁板，并且伸缩筒内端面对应第一磁板的位置固定连接有第二磁板，所述第一磁板与第二磁板相对面的磁极相反。作为上述技术方案的进一步描述：所述螺纹杆远离转轴的一端固定连接有插接柄，所述插接柄俯视的截面形状为正多边形结构。作为上述技术方案的进一步描述：所述螺纹筒的表面与弹簧的一端固定连接，所述弹簧的另一端与翅片相近的一面固定连接，所述弹簧为高强弹簧。作为上述技术方案的进一步描述：所述单层钢筋网片与锚杆之间为焊接关系，所述锚孔的内径尺寸与锚杆的外径尺寸相适配。作为上述技术方案的进一步描述：所述缓冲气垫层内部的气压为0.12-0.45MP，所述超前柔性网构防护罩的厚度为38-45cm。一种软弱围岩隧道双层初期支护结构的施工方法，包括以下操作流程：步骤S1：开挖围岩，排除松动岩块后，进行平滑处理，使隧道面的平整度需满足要求，D/L≤1/20，D为相邻两凸面间凹进去的深度，L为相邻两凸面间的最短距离，不满足平整度要求的部位用1:2.5的水泥砂浆进行找平；步骤S2：完成对隧道面的维护后，先用锚杆将单层钢筋网片沿围岩表面固定，然后，使用与插接柄相适配型号的套筒套接在插接柄的表面，接着拨动套筒上的扳手进行旋转动作，便可带动螺纹杆在螺纹筒的内表面进行旋转动作，受螺纹筒内螺纹以及螺纹杆外螺纹之间咬合力的作用下，螺纹筒在螺纹杆的表面下行，因而便可带动翅片在限位孔内下行，由于翅片的端面以及限位孔内侧的端面均为弧形结构，受向下作用力效果下翅片由限位孔内移出，且受限位孔内侧壁边沿处的阻挡效果下张开，从而便可将增加锚杆的受力面，更适用于软弱围岩这样的地质环境中进行锚固；步骤S3：完成锚固后，施工人员需适用射钉枪配合射钉将外层间断式拱形架以及外层间断式拱形架上通过缓冲装置连接为一体的超前柔性网构防护罩固定连接在单层钢筋网片的内侧弧面上，并向外层间断式拱形架、超前柔性网构防护罩以及缓冲装置之间围成空腔式柔性材料层内填充高分子弹性材料；步骤S4：在缓冲气垫层的边缘处缝接若干边缘带，并使用螺丝螺将部分以及剩余部分边缘带固定安装在超前柔性网构防护罩以及双层钢筋网片上，接着使用螺栓完成钢拱架的固定，最后进行喷射喷射混凝土层。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，通过设计的锚杆、连接孔、轴承、转轴、螺纹杆、螺纹筒、翅片、销轴、限位孔、外层间断式拱形架、缓冲装置、超前柔性网构防护罩以及缓冲气垫层等结构的互相配合下，通过改变翅片与锚杆之间的位置关系，可有效增加锚杆的受力面积，因而便可有效提高锚杆对整体结构的锚固效果，同时所采用的柔性连接关系，可有效削弱变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软弱围岩隧道双层初期支护结构，其特征在于，包括单层钢筋网片(1)，所述单层钢筋网片(1)的外侧弧面上开设有锚孔(2)，所述锚孔(2)内穿插有锚杆(3)，所述锚杆(3)远离单层钢筋网片(1)的一端固定连接有尖锥体(4)，所述锚杆(3)的端部开设有连接孔(5)，并且尖锥体(4)端面对应连接孔(5)的位置卡接有轴承(6)，所述轴承(6)内套接有转轴(7)，所述转轴(7)的端部固定连接有螺纹杆(8)，所述螺纹杆(8)的表面螺纹连接有螺纹筒(9)，所述螺纹筒(9)的表面固定连接有固定座(10)，所述固定座(10)的表面通过销轴(11)与翅片(12)的一端铰接，所述翅片(12)的另一端穿过锚杆(3)表面所开设的限位孔(14)并延伸至锚杆(3)的外侧，所述单层钢筋网片(1)的内侧弧面上通过射钉固定连接有外层间断式拱形架(17)，所述外层间断式拱形架(17)的内侧弧面上固定连接有缓冲装置(18)，所述缓冲装置(18)远离外层间断式拱形架(17)的一端与超前柔性网构防护罩(19)的外侧弧面固定连接，所述超前柔性网构防护罩(19)的内侧设置有双层钢筋网片(21)，并且双层钢筋网片(21)与超前柔性网构防护罩(19)之间所围成的夹层内设置有缓冲气垫层(20)，所述双层钢筋网片(21)的内侧弧面上通过射钉固定连接有钢拱架(23)，所述钢拱架(23)的内侧弧面上喷射有喷射混凝土层(24)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种软弱围岩隧道双层初期支护结构，其特征在于，包括单层钢筋网片(1)，所述单层钢筋网片(1)的外侧弧面上开设有锚孔(2)，所述锚孔(2)内穿插有锚杆(3)，所述锚杆(3)远离单层钢筋网片(1)的一端固定连接有尖锥体(4)，所述锚杆(3)的端部开设有连接孔(5)，并且尖锥体(4)端面对应连接孔(5)的位置卡接有轴承(6)，所述轴承(6)内套接有转轴(7)，所述转轴(7)的端部固定连接有螺纹杆(8)，所述螺纹杆(8)的表面螺纹连接有螺纹筒(9)，所述螺纹筒(9)的表面固定连接有固定座(10)，所述固定座(10)的表面通过销轴(11)与翅片(12)的一端铰接，所述翅片(12)的另一端穿过锚杆(3)表面所开设的限位孔(14)并延伸至锚杆(3)的外侧，所述单层钢筋网片(1)的内侧弧面上通过射钉固定连接有外层间断式拱形架(17)，所述外层间断式拱形架(17)的内侧弧面上固定连接有缓冲装置(18)，所述缓冲装置(18)远离外层间断式拱形架(17)的一端与超前柔性网构防护罩(19)的外侧弧面固定连接，所述超前柔性网构防护罩(19)的内侧设置有双层钢筋网片(21)，并且双层钢筋网片(21)与超前柔性网构防护罩(19)之间所围成的夹层内设置有缓冲气垫层(20)，所述双层钢筋网片(21)的内侧弧面上通过射钉固定连接有钢拱架(23)，所述钢拱架(23)的内侧弧面上喷射有喷射混凝土层(24)。


2.根据权利要求1所述的一种软弱围岩隧道双层初期支护结构，其特征在于，所述外层间断式拱形架(17)、超前柔性网构防护罩(19)以及缓冲装置(18)之间围成空腔式柔性材料层(22)，所述柔性材料层(22)内填充有高分子弹性材料。


3.根据权利要求1所述的一种软弱围岩隧道双层初期支护结构，其特征在于，所述单层钢筋网片(1)与柔弱围岩之间设置有管棚层(16)。


4.根据权利要求1所述的一种软弱围岩隧道双层初期支护结构，其特征在于，所述缓冲装置(18)包括伸缩筒(181)，所述伸缩筒(181)的一端固定连接在超前柔性网构防护罩(19)的外侧弧面上，所述伸缩筒(181)内套接有伸缩杆(182)，所述伸缩杆(182)的一端与外层间断式拱形架(17)的内侧弧面固定连接，所述伸缩杆(182)的另一端固定连接有第一磁板(183)，并且伸缩筒(181)内端面对应第一磁板(183)的位置固定连接有第二磁板(184)，所述第一磁板(183)与第二磁板(184)相对面的磁极相反。


5.根据权利要求1所述的一种软弱围岩隧道双层初期支护结构，其特征在于，所述螺纹杆(8)远离转轴(7)的一端固定连接有...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛利炎，郑子军，刘春乔，谢晓强，叶航中，
申请(专利权)人：浙江省衢州市交通建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33