一种提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高隧道台阶法施工中初期支护结构稳定性的方法，约束锚固采用“上台阶小管径约束锚固+中台阶大管径约束锚固杆”的布置形式，其中上台阶约束锚固杆采用直径为42‑50mm、长6‑7m的热轧无缝钢管，通过手持风钻斜向下5°‑10°进行钻孔；中台阶约束锚固杆采用直径为76‑108mm、长6‑9m的热轧无缝钢管，通过履带式潜孔钻机斜向下10°‑20°进行钻孔。本发明专利技术充分发挥了手持式风钻钻孔和履带式潜孔钻机钻孔的各自优势，不仅大大加快了约束锚固杆施工进度，而且避免了约束锚固杆斜向上打设时易漏浆、难止浆、注浆效果差等突出问题，确保了约束锚固杆的支护效果，进而有效提高软岩隧道初期支护结构的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法
本专利技术属于隧道工程领域，具体涉及一种提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法。
技术介绍
软岩隧道在开挖后，围岩极易迅速风化、剥落、坍塌，加上隧道分部开挖施工过程中初期支护缺乏有效约束，会诱发围岩松弛不断扩大，常常导致隧道初期支护结构发生失稳、破坏，具体表现为钢架扭曲折断、喷射混凝土开裂剥落、初期支护变形侵限，被迫频繁拆换拱，造成工期延误、费用剧增、安全失控。为解决软岩隧道施工中初期支护易发生失稳破坏的问题，现有技术曾尝试在隧道上、中台阶打设约束锚固杆或锁固锚杆，试图通过发挥其锚固力来提高初期支护结构的稳定性。工程应用实践表明，现有约束锚固杆或锁固锚杆技术方案存在以下不足：(1)如图1所示，现有软岩隧道分部开挖施工过程中，上、中台阶采用了统一直径的约束锚固杆，如上、中台阶约束锚固杆均采用直径为76mm的钢管，长度一般为6m，上台阶和中台阶左、右两侧相邻两榀钢架之间各设置1根，每榀钢架共设置4根。该约束锚固杆由于直径较大，超过了隧道中常用的手持式风钻的钻孔范围，须采用功率相对较大的潜孔钻机进行钻孔。但是由于隧道上台阶施工作业空间十分有限，且上台阶所处位置较高，常规潜孔钻机的钻孔作业往往难以开展，而选择小型的潜孔钻机则存在就位困难、后座力不足、机动性差等突出问题，导致上台阶约束锚固杆钻孔效率十分低下，严重影响施工进度。(2)现有约束锚固杆或锁固锚杆，设计上为发挥其锚固力，均采用斜向上打设，其支护作用的发挥依赖于杆体与钻孔周围岩层的锚固力，然而由于钻孔为斜向上打设，在注浆作业时，浆液在重力和注浆压力作用下会往钻孔孔口方向流动、溢出，造成孔口止浆困难，导致约束锚固杆的实际注浆锚固效果无法满足要求。由于受上述因素的影响，现有约束锚固杆或锁固锚杆的支护效果受到了很大限制，难以有效提高初期支护结构的稳定性。综上，现有的约束锚固杆或锁固锚杆在实际施工作业时，既费时费力，又难以保证作用效果，亟待形成一种行之有效的提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足之处，本专利技术的目的是提供一种行之有效的提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法，所述的软岩隧道采用三台阶法施工，隧道上台阶的约束锚固杆设置于隧道上台阶拱腰位置，所述的上台阶的约束锚固杆为直径为42-50mm、长6-7m的热轧无缝钢管，左右两侧相邻两榀钢架之间各设置2-4根；隧道中台阶约束锚固杆设置于隧道中台阶边墙中部，所述的中台阶约束锚固杆为直径为76-108mm、长6-9m的热轧无缝钢管，左右两侧相邻两榀钢架之间各设置1-2根；所述的上台阶的约束锚固杆的固定孔采用手持式风钻进行钻孔而得；所述的上台阶的约束锚固杆的固定孔采用履带式潜孔钻机钻孔而得。上述提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法中，所述上台阶约束锚固杆的固定孔沿采用斜向下打设，与水平面夹角为5°-10°。上述提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法中，所述中台阶约束锚固杆的固定孔采用斜向下打设，与水平面夹角为10°-20°。与现有的技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术在隧道上、中台阶选择采用了与现有技术中拉拔力相当但不同管径的约束锚固杆，相应地所采用的钻机类型也不相同。其中上台阶采用小管径约束锚固杆，直径为42-50mm，通过手持式风钻进行钻孔；中台阶采用大管径约束锚固杆，直径为76-108mm，通过履带式潜孔钻机进行钻孔。上台阶约束锚固杆采用手持式风钻钻孔，钻孔作业灵活、快捷，效率高，避免了上台阶采用大管径约束锚固杆钻孔时钻机笨拙、空间受限、效率低等问题，且可与隧道锁脚锚管和超前小导管钻孔作业同时进行，节省工时。相比现有技术，本专利技术施工效率可提高3倍以上；另外中台阶采用履带式潜孔钻机钻孔，钻机机动性强、钻孔效率高，增大约束锚固杆直径，不仅可以充分发挥潜孔钻机的优势，而且具有更好的支护效果。(2)本专利技术隧道上台阶和中台阶约束锚固杆均采用了斜向下打设的方式。在约束锚固杆注浆作业时，浆液在自重作用下可自动流向处于围岩深部的锚固段，避免了现有技术中约束锚固杆斜向上布置存在的易漏浆、止浆难、注浆效果和锚固效果差等一系列问题，大大提高了约束锚固杆的注浆质量，保证了约束锚固杆的注浆锚固效果。此外，约束锚固杆斜向下打设时，约束锚固杆还可起到斜桩的作用，这样即使约束锚固杆未深入到稳定岩层、未能起到预期的锚固作用，也仍然可作为斜桩对隧道初期支护起到强有力的竖向支承作用，有效抵抗软岩隧道沉降变形。附图说明图1为
技术介绍
中约束锚固杆二维平面布置示意图。图2为本专利技术中约束锚固杆二维平面布置示意图。其中：1－上台阶约束锚固杆，2－中台阶约束锚固杆，3－上台阶锁脚锚管，4－中台阶锁脚锚管，5－下台阶锁脚锚管，6－上台阶，7－中台阶，8－下台阶。具体实施方式为使本专利技术的内容、技术方案及特点更加清晰，结合附图及实施方式对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术提出了一种针对三台阶施工法的可提高隧道台阶法施工中初期支护结构稳定性的方法，如图2所示，上台阶约束锚固杆1位于上台阶拱腰位置，上台阶左、右两侧相邻两榀钢架之间各设置2根，共计4根；根据约束锚固杆注浆拉拔试验结果，1根6m长φ42钢管的拉拔力为267kN，1根6m长φ76钢管的拉拔力为530-540kN，显然2根6m长φ42钢管的拉拔力与1根6m长φ76钢管的拉拔力相当。那么，上台阶左、右两侧相邻两榀钢架之间各设置2～4根φ42约束锚固杆是同样可以达到如图1所示的加固效果的。中台阶约束锚固杆2位于隧道中台阶边墙中部，在中台阶左、右两侧相邻两榀钢架之间各设置1根，共计2根。上台阶约束锚固杆1采用小管径热轧无缝钢管，直径为50mm，长度为6m，斜向下打设，与水平面夹角呈10°；中台阶约束锚固杆2采用大管径热轧无缝钢管，直径为108mm，长度为6m，斜向下打设，与水平面夹角呈20°。除了上、中台阶约束锚固杆外，在上台阶、中台阶以及下台阶拱脚处各打设2根锁脚锚管。上台阶锁脚锚管3、中台阶锁脚锚管4以及下台阶锁脚锚管5的直径均为42mm，长度为4m，斜向下打设，其中上台阶锁脚锚管3与水平面夹角呈20°，中台阶锁脚锚管4和下台阶锁脚锚管5与水平面夹角均呈30°。
技术介绍
中约束锚固杆斜向上布置，通过注浆锚固，对隧道初期支护起到悬吊作用。这只是从理论上想要达到的一种技术效果或者目的。但事实上，由于斜向上注浆的锚固效果无法保证，导致这种理论上要达到的技术效果在现实中很难实现，甚至无法发挥约束锚固杆的支护效果。本专利技术采用斜向下的注浆角度，角度为5°-10°，不仅利于注浆，有效起到注浆锚固的作用，同时还能起到抑制初期支护沉降的效果。显然，相比
技术介绍
中约束锚固杆的支护作用难以发挥，甚至无法发挥，本专利技术的技术方案能够使约束锚固杆的支护作用得到有效发挥，而且比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法，所述的软岩隧道采用三台阶法施工，其特征在于：隧道上台阶的约束锚固杆设置于隧道上台阶拱腰位置，所述的上台阶的约束锚固杆为直径为42-50mm、长6-7m的热轧无缝钢管，左右两侧相邻两榀钢架之间各设置2-4根；/n隧道中台阶约束锚固杆设置于隧道中台阶边墙中部，所述的中台阶约束锚固杆为直径为76-108mm、长6-9m的热轧无缝钢管，左右两侧相邻两榀钢架之间各设置1-2根；/n所述的上台阶的约束锚固杆的固定孔采用手持式风钻进行钻孔而得；/n所述的上台阶的约束锚固杆的固定孔采用履带式潜孔钻机钻孔而得。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高软岩隧道施工中初期支护结构稳定性的方法，所述的软岩隧道采用三台阶法施工，其特征在于：隧道上台阶的约束锚固杆设置于隧道上台阶拱腰位置，所述的上台阶的约束锚固杆为直径为42-50mm、长6-7m的热轧无缝钢管，左右两侧相邻两榀钢架之间各设置2-4根；
隧道中台阶约束锚固杆设置于隧道中台阶边墙中部，所述的中台阶约束锚固杆为直径为76-108mm、长6-9m的热轧无缝钢管，左右两侧相邻两榀钢架之间各设置1-2根；
所述的上台阶的约束锚固杆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智佼，陈建勋，陈丽俊，李斌，罗彦斌，魏小军，晏鹏博，张立鑫，莫镇宁，王传武，
申请(专利权)人：长安大学，甘肃长达路业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61