一种用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统及方法，包括：隧道钻爆法施工后喷射在待支护壁面上的柔性薄喷层、铺设在柔性薄喷层上的吸能钢筋网、多根吸能减震锚杆和二次衬砌混凝土层；所述吸能钢筋网紧贴柔性薄喷层设置，所述吸能钢筋网采用菱形勾花网结构并在外侧和对角线处设有钢筋骨架，所述钢筋网重合之处用吸能减震锚杆连接固定，共同承受围岩应力；所述吸能减震锚杆相对轴向运动时，其吸能部件吸收围岩冲击产生的能量，减震环把围岩压力作用在弹性体上，弹性体产生变形而达到减震效果；本发明专利技术能有效耗散岩体内部应变能，减小围岩冲击振动，避免岩爆灾害破坏施工环境、威胁人员生命安全。威胁人员生命安全。威胁人员生命安全。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统及方法


[0001]本专利技术涉及矿山、隧道和水利工程
，特别涉及一种用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]目前，矿山、隧道和水电站等工程建设不断向深部进军。在工程扰动和开挖卸荷作用下，深部高地应力硬岩内部所储存的应变能极易突然释放从而导致围岩破裂、剥落甚至弹射，发生岩爆灾害，严重危害施工人员和设施安全，阻碍工程进度。因此，在深部高地应力的工程结构建设过程中，采取有效的主动支护技术防控岩爆对工程的顺利进行至关重要。
[0004]目前岩爆灾害的主要防控技术包括：主动释放应力改善围岩应力集中水平、加强岩爆高风险的支护结构和减少爆破施工扰动等。典型支护手段包括：初期喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢拱架以及喷锚网联合支护等。
[0005]专利技术人发现，普通喷射混凝土的力学性能较差，不能起到良好吸收应变能的效果，在围岩发生破坏时，初喷混凝土易发生开裂、剥离等，从而岩体进一步破坏；普通锚杆、钢筋网吸能强度低，可能无法承受强岩爆围岩剧烈冲击而出现脱锚、锚杆被拔出和拉断等现象，导致围岩与支护整体失稳，从而威胁工程安全甚至造成巨大人员伤亡和财产损失

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统及方法，能有效耗散岩体内部应变能，减小围岩冲击振动，避免岩爆灾害破坏施工环境、威胁人员生命安全，确保高地应力脆性围岩隧道施工的顺利进行。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统。
[0009]一种用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统，由外到内包括：隧道钻爆法施工后喷射在待支护壁面上的柔性薄喷层、铺设在柔性薄喷层上的吸能钢筋网、多根吸能减震锚杆和二次衬砌混凝土层；
[0010]所述吸能钢筋网紧贴柔性薄喷层设置，所述吸能钢筋网采用菱形勾花网结构并在外侧和对角线处设有钢筋骨架，所述钢筋网重合之处用吸能减震锚杆连接固定，共同承受围岩应力；
[0011]所述吸能减震锚杆相对轴向运动时，其吸能部件吸收围岩冲击产生的能量，减震环把围岩压力作用在弹性体上，弹性体产生变形而达到减震效果。
[0012]吸能钢筋网包括菱形勾花网、钢筋骨架和钢套管，钢筋骨架设置在吸能钢筋网外侧和吸能钢筋网对角线位置，钢筋骨架与菱形勾花网的边缘位置通过钢套管固定，吸能钢筋网的重合位置通过减震锚杆连接固定。
[0013]进一步的，柔性喷层为喷射在围岩表面的水泥基薄喷材料层，水泥基薄喷材料层
加入有玻璃纤维，提高了柔性薄喷层的抗拉强度和抗裂能力。
[0014]柔性薄喷层施工厚度为2mm～6mm左右，在钻爆法隧道施工后，将柔性薄喷层喷射在围岩表面，及时封闭围岩，提高围岩自承载能力，并提高围岩表面平整性，为吸能钢筋网和吸能减震锚杆施工提供有利条件。
[0015]进一步的，吸能钢筋网对角线位置的钢筋骨架交叉铰接，在中心处预留的孔插入有吸能减震锚杆。
[0016]进一步的，吸能减震锚杆穿过柔性薄喷层并通过扇形条纹锚头固定在围岩内部，所用锚固剂为水泥锚固剂或树脂锚固剂。
[0017]进一步的，所述吸能减震锚杆包括锚头、吸能部件、杆体和预紧装置，锚头位于杆体用于插入围岩的第一端，所述预紧装置用于与吸能钢筋网连接；
[0018]吸能部件包括套筒、弹簧和伸缩部件，套筒外侧壁设有螺纹，可以增大变形过程摩擦力，弹簧套接在伸缩部件上，弹簧两端分别与套筒的内部两端连接。
[0019]更进一步的，所述预紧装置在杆体第二端位置的预紧螺母、垫圈、减震环和托盘，所述托盘用于压紧吸能钢筋网的重合位置。
[0020]进一步的，所述减震环包括弹性体和限制弹性体的约束钢环。
[0021]本专利技术第二方面提供了一种上述的用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统的工作方法。
[0022]当围岩产生剧烈冲击变形时，吸能钢筋网受力变形并使所述对角线处钢筋骨架结构彼此远离并拉紧，与吸能钢筋网共同承受拉应力，吸收弹性应变能。
[0023]进一步的，当围岩沿锚杆轴向产生冲击变形时，弹簧产生作用，吸收围岩冲击产生的能量，抑制岩石发生剥落和弹射破坏。
[0024]进一步的，当围岩产生形变时，压力作用在弹性体上，弹性体产生变形实现减震。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术所述柔性薄喷层支护可以很好地提高围岩自承载能力，柔性薄喷材料具有低回弹、高粘结、高延展、快速固化等特性，与围岩紧密粘结，同围岩一起发生变形，吸收岩爆发生时的能量，可有效防治岩爆发生或减弱岩爆冲击效果；柔性薄喷支护层可以改围岩应力状态，减小应力集中并提高围岩表面平整性，改善钢筋网和锚杆施工条件。
[0027]2、本专利技术所述吸能钢筋网采用菱形勾花网结构，局部受力变形时，整张网会拉紧，而不会使网片破坏分离；吸能钢筋网受力后将载荷传递到钢筋骨架和吸能减震锚杆，由柔性薄喷层、吸能钢筋网、钢筋骨架和吸能减震锚杆共同发挥承受荷载的作用，有效达到支护和减小能量冲击的效果，从而进一步的减少岩爆冲击对工作人员、车辆与设备的威胁。
[0028]3、本专利技术所述吸能减震锚杆通过吸能部件可以有效的吸收岩爆围岩冲击产生的能量，抑制岩体开挖卸荷后围岩破坏，所述预紧部件增加了减震环，在围岩扩容变形时，可以允许岩体有一定变形，起到缓冲减震的作用，避免了锚杆体因围岩变形过大而发生脱锚、锚杆被拔出和拉断等破坏。
附图说明
[0029]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0030]图1为本专利技术实施例提供的防岩爆支护结构与隧道内壁的关系图。
[0031]图2为本专利技术实施例提供的吸能钢筋网与锚杆安装示意图。
[0032]图3为本专利技术实施例提供的吸能减震锚杆示意图。
[0033]1、柔性薄喷层；2、吸能钢筋网；21、菱形勾花网；22、钢筋骨架；23、钢套管；3、吸能减震锚杆；31、锚头；32、吸能部件；321、套筒；322、高强吸能弹簧；323、伸缩部件；33、杆体；34、预紧装置；341、托盘；342、垫圈；343、减震环；344、预紧螺母；4、二次衬砌层；5、围岩。
具体实施方式
[0034]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0035]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0036]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统，其特征在于：包括：自外向内依次设置的柔性薄喷层、吸能钢筋网、吸能减震锚杆和二次衬砌层；吸能钢筋网包括菱形勾花网、钢筋骨架和钢套管，钢筋骨架设置在吸能钢筋网外侧和吸能钢筋网对角线位置，钢筋骨架与菱形勾花网的边缘位置通过钢套管固定，吸能钢筋网的重合位置通过减震锚杆连接固定。2.如权利要求1所述用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统，其特征在于：柔性喷层为喷射在围岩表面的水泥基薄喷材料层，水泥基薄喷材料层加入有玻璃纤维。3.如权利要求1所述用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统，其特征在于：吸能钢筋网对角线位置的钢筋骨架交叉铰接，在中心处预留的孔插入有吸能减震锚杆。4.如权利要求1所述用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统，其特征在于：吸能减震锚杆穿过柔性薄喷层并通过扇形条纹锚头固定在围岩内部。5.如权利要求1所述用于高地应力脆性围岩隧道的防岩爆支护系统，其特征在于：所述吸能减震锚杆包括锚头、吸能部件、杆体和预紧装置，锚头位于杆体用于插入围岩的第一端，所述预紧装置用于与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树忱，韩勇，袁超，冯现大，周慧颖，万泽恩，梁忠南，王晋鲁，庄云霞，
申请(专利权)人：山东宏禹工程科技有限公司济南大学，
类型：发明
国别省市：