一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法。所述支护结构包括紧贴岩壁架设的柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆、环向薄钢带、纵向薄钢带、环向钢拱架、纵向厚钢带；所述环向钢拱架、环向薄钢带环绕内壁，等间隔交替沿隧道轴向设置；所述环向钢拱架包括环向钢拱架片和具有缓冲作用的环向让压构件；所述纵向薄钢带、纵向厚钢带等间隔交替沿隧道轴向设置，与环向钢拱架、环向薄钢带形成网状结构；所述纵向薄钢带和环向薄钢带的交叉处设置有贯穿入围岩内部的多级恒阻大变形锚杆。本发明专利技术公开的三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构具有耗能、防冲击、防碎石弹射的特点，能够实现对隧道硬岩强岩爆冲击的有效控制。能够实现对隧道硬岩强岩爆冲击的有效控制。能够实现对隧道硬岩强岩爆冲击的有效控制。

【技术实现步骤摘要】
一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法


[0001]本专利技术涉及一种隧道围岩支护结构，具体涉及一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构及施工方法。

技术介绍

[0002]随着以川藏铁路工程和滇中引水工程等为代表的新一轮西部基础设施的建设开发，及资源开采持续向深部进军，我国将建设大量深埋高应力隧(巷)道工程。深埋高应力硬岩隧(巷)道工程将频繁遭遇岩爆灾害，如贯穿秦岭的引汉济渭工程秦岭隧洞、贯穿天山的新疆ABH输水隧洞工程和锦屏二级水电站引水隧洞工程等均频繁遭遇岩爆灾害。现有研究认为，岩爆是在开挖或其他外界扰动下，地下工程岩体中聚积的弹性变形势能突然释放，导致围岩爆裂、弹射的动力现象，可分为应变岩爆和矿震岩爆。硬岩岩爆和软岩大变形是深埋高应力隧道工程频繁遭遇的两种灾害，相比于软岩大变形，硬岩岩爆具有更高的突发性、随机性和危害性等特征，因而其带来的灾害更大、损失更为严重，如损毁支护结构和掘进设备，带来重大经济损失，延滞隧道工程建设时间，甚至造成人员伤亡等。
[0003]根据岩爆破坏深度、沿隧洞纵向破坏长度、块体平均弹射速率和声响特征等的不同，可对岩爆灾害进行等级划分，分为轻微岩爆、中等岩爆、强烈岩爆和极强岩爆。对于轻微岩爆和中等岩爆，现有支护结构即能进行较好地控制，如采用传统刚性锚杆、布置环向钢拱架、在钢拱架背后架设沿纵向方向的钢筋排等。而对于强烈岩爆和极强岩爆而言，传统刚性支护难以起到很好的控制效果，强烈的岩爆往往会造成锚杆断裂、钢拱架扭曲甚至整体垮塌、岩块发生动力弹射造成人员伤亡等，因此，应强调支护结构对岩爆的适应性和吸能特征，即能够吸收破裂块体的大部分动能，而非单纯依靠强力去抵御，基于此，新型吸能支护应运而生，典型如吸能锚杆等，它具有吸能、自身能够发生滑移大变形且具有一定支护强度等特征。
[0004]现有吸能锚杆基本原理是在锚杆钻孔孔底或孔口或孔外设置滑移装置或屈服构件，实现锚杆沿轴向的滑移或收缩，适应围岩的大变形，可采用结构滑移式大变形或构件大收缩或材料自身大变形的形式。然而，单纯依靠这类大变形锚杆在控制强烈岩爆及极强岩爆方面效果不佳，究其原因在于强烈岩爆发生后，往往是锚杆周边整体围岩发生脱落、弹射崩出，造成锚杆尾部悬空从而失去支护效力。因此，对于强烈岩爆甚至极强岩爆，为防止破裂岩块的冲击灾害，新型支护结构的提出显得迫在眉睫。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，以解决现有支护结构在控制强烈岩爆及极强岩爆动力冲击效果不佳的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提供一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，包括紧贴岩壁架设的柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆、环向薄钢带、纵向薄钢带、环向钢拱架、纵向厚钢带；
[0007]所述环向钢拱架、环向薄钢带环绕内壁，等间隔交替沿隧道轴向设置；所述环向钢拱架包括环向钢拱架片和环向让压构件，环向钢拱架片与环向让压构件交替连接形成环形结构；所述环向让压件为可缩式缓冲结构；
[0008]所述纵向薄钢带、纵向厚钢带等间隔交替沿隧道轴向设置，与环向钢拱架、环向薄钢带形成网状结构；所述纵向厚钢带与环向钢拱架的交叉处固定连接；所述纵向薄钢带和环向薄钢带的交叉处设置有贯穿入围岩内部的多级恒阻大变形锚杆。
[0009]本专利技术所述三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构中的“三柔”体现为柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆和环向让压构件，“两刚”则体现为将钢拱架进行纵向相连的纵向厚钢带和纵环相连的薄钢带。
[0010]进一步，所述柔性钢筋网采用交叉编织的方式制成。
[0011]进一步，所述多级恒阻大变形锚杆深入围岩内部，由至少三个恒阻器、孔外螺栓和螺纹钢杆体构成；孔外螺栓依次穿过螺母、垫片、环向薄钢带、纵向薄钢带、柔性钢筋网，然后深入围岩内部与恒阻器依次连接；钻孔剩余空间由锚固剂填充，锚杆钻孔布设于环向薄钢带和纵向薄钢带交叉处。
[0012]更进一步，所述多级恒阻大变形锚杆中的螺纹钢杆体置于恒阻器中，前一个螺纹钢杆体与后一个恒阻器端头预留螺纹连接；孔外部分通过孔外螺栓连接第一个恒阻器，螺栓依次贯穿螺母、垫片、环向薄钢带、纵向薄钢带和柔性钢筋网，直至旋入第一个恒阻器的预留螺纹槽；孔底螺纹钢杆体加工成楔形便于刺穿锚固剂，减小锚杆安装阻力。
[0013]进一步，所述环向让压构件包括套筒和置于套筒中的圆杆，所述套筒和圆杆的头端均连接有钢垫板；套筒内壁设置有用于缓冲的凸棱；钢垫板与环向钢拱架片端头固定连接。
[0014]进一步，所述环向钢拱架与纵向厚钢带的交叉处焊接固定；环向钢拱架和纵向厚钢带均通过锁脚锚杆固定于岩壁上。为了防止纵向厚钢带妨碍环向钢拱架的安装，待强岩爆段所有断面环向钢拱架安装完毕后再架设纵向厚钢带，也可以通过缩短纵向厚钢带的形式，即每2榀环向钢拱架之间设置一组纵向厚钢带。为了提高纵向厚钢带的稳定性，还通过锁脚锚杆将纵向厚钢带固定于岩壁上。
[0015]进一步，所述环向薄钢带与纵向薄钢带交叉处的环向薄钢带设置为凸起状以绕过纵向薄钢带。
[0016]进一步，所述环向薄钢带和纵向薄钢带均通过锁脚锚杆固定于岩壁上。环向薄钢带和纵向薄钢带交叉处在多级恒阻大变形锚杆安装前通过焊接相连接以提高钢带的整体稳定性，并预留锚杆孔。
[0017]进一步，所述支护结构安装完毕后喷射混凝土，其厚度需确保所有的支护结构被覆盖，且对最内层支护结构(即纵向厚钢带)的覆盖厚度不小于5cm。
[0018]本专利技术第二方面提供第一方面所述的三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构的施工方法，包括以下步骤：
[0019]步骤一：全站仪放样，找出锚杆孔位置并钻孔，确保钻孔轴线与隧道洞壁垂直；
[0020]步骤二：铺设柔性钢筋网；
[0021]步骤三：架设纵向薄钢带，将纵向薄钢带用锁脚锚杆固定于岩壁上；
[0022]步骤四：架设环向薄钢带，在架设前，在与纵向薄钢带交叉处加工成凸起，以便绕
过纵向薄钢带，将环向薄钢带用锁脚锚杆固定于岩壁上，在交叉处，将纵向薄钢带和环向薄钢带采用焊接相连；
[0023]步骤五：组装多级恒阻大变形锚杆，在锚杆安装前，需在锚杆钻孔中塞入锚固剂，在喷射混凝土前需每日一次复紧；
[0024]步骤六：安装环向钢拱架，并用锁脚锚杆固定；
[0025]步骤七：在环向钢拱架片之间的端头安装环向让压构件；
[0026]步骤八：架设纵向厚钢带，并用锁脚锚杆固定于岩壁上，在纵向厚钢带和环向钢拱架交叉处采用焊接方式相连接；
[0027]步骤九：喷射混凝土，确保覆盖住所有支护结构，并对纵向厚钢带的覆盖层不小于5cm。
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029](1)本专利技术通过上述三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，采用三种柔性支护和两层刚性支护(“三柔”包括柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆和环向让压构件，“两刚”包括纵向厚钢带、纵环相接的薄钢带)；其中，柔性支护结构对岩爆破碎岩块的冲击动能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，其特征在于，包括紧贴岩壁架设的柔性钢筋网、多级恒阻大变形锚杆、环向薄钢带、纵向薄钢带、环向钢拱架、纵向厚钢带；所述环向钢拱架、环向薄钢带环绕内壁，等间隔交替沿隧道轴向设置；所述环向钢拱架包括环向钢拱架片和环向让压构件，环向钢拱架片与环向让压构件交替连接形成环形结构；所述环向让压件为可缩式缓冲结构；所述纵向薄钢带、纵向厚钢带等间隔交替沿隧道轴向设置，与环向钢拱架、环向薄钢带形成网状结构；所述纵向厚钢带与环向钢拱架的交叉处固定连接；所述纵向薄钢带和环向薄钢带的交叉处设置有贯穿入围岩内部的多级恒阻大变形锚杆。2.根据权利要求1所述的三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，其特征在于，所述柔性钢筋网采用交叉编织的方式制成。3.根据权利要求1所述的三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，其特征在于，所述多级恒阻大变形锚杆深入围岩内部，由至少三个恒阻器、孔外螺栓和螺纹钢杆体构成；孔外螺栓依次穿过螺母、垫片、环向薄钢带、纵向薄钢带、柔性钢筋网，然后深入围岩内部与恒阻器依次连接；钻孔剩余空间由锚固剂填充，锚杆钻孔布设于环向薄钢带和纵向薄钢带交叉处。4.根据权利要求3所述的三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，其特征在于，所述多级恒阻大变形锚杆中的螺纹钢杆体置于恒阻器中，前一个螺纹钢杆体与后一个恒阻器端头螺纹连接；孔外部分通过孔外螺栓连接第一个恒阻器，螺栓依次贯穿螺母、垫片、环向薄钢带、纵向薄钢带和柔性钢筋网，直至旋入第一个恒阻器的预留螺纹槽；孔底螺纹钢杆体加工成楔形便于刺穿锚固剂，减小锚杆安装阻力。5.根据权利要求1所述的三柔两刚型隧道强岩爆防冲击支护结构，其特征在于，所述环向让压构件包括套筒和置于套筒中的圆杆，所述套筒和圆杆的头端均连接有钢垫板；套筒内壁设置有用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓鹏海，刘泉声，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：