一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统与实施方法技术方案

本发明专利技术涉及一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统与实施方法，属于土木工程领域。穿过喷射混凝土层在围岩层内交替设置变形自适应预应力锚索及锚杆；所述变形自适应预应力锚索包括锚索体，设置在所述锚索体一端的锚固端，沿远离所述锚固端的方向在所述锚索体上依次设有锚垫板、变形分级自适应结构及锁具。本发明专利技术采用自适应锚索与锚杆间隔布置的方式，共同发挥作用提升围岩的自承能力，控制围岩变形，其中普通锚杆在围岩变形早期发挥作用，维持围岩的早期的临时稳定，为锚索支护及其他支护争取作业时间，而自适应锚索在围岩变形的中后期发挥作用，维持围岩长期稳定，并提供长期有效的支护力。有效的支护力。有效的支护力。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统与实施方法


[0001]本专利技术属于土木工程领域，涉及一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统与实施方法。

技术介绍

[0002]大变形是隧道与地下工程领域的难点和热点问题，目前尚未得到较好解决。当隧道发生大变形时，以增加支护刚度为主的支护理念中占主导地位。目前主要采用预留变形量、钢支撑或多层支护、及时支护、加厚二衬、超前支护、注浆加固围岩，以及增设导洞释放地应力、采用圆形断面等措施。强支硬顶的支护手段在抑制围岩变形的同时诱发了极大的形变压力，导致钢支撑因受荷过大而产生扭曲、喷射混凝土开裂、二次衬砌开裂等问题。同时，也导致施工安全风险高、工期和造价不可控等严重问题。可见，现有的强支护理念和技术体系面临极大的挑战。
[0003]传统的锚索时基于固定预应力的直接锚固围岩，没有给围岩一定的变形空间，而隧道围岩变形是一个缓慢的过程，无限的限制围岩变形，势必造成围岩压力增大，最终造成锚索承载力超限拉断而失效，只能暂时的控制变形，锚索失效后可能产生更严重的后果。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统与实施方法，在不改变锚索支护力的前提下自动适应不同地质条件下围岩变形。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统，穿过喷射混凝土层在围岩层内交替设置变形自适应预应力锚索及锚杆；所述变形自适应预应力锚索包括锚索体，设置在所述锚索体一端的锚固端，沿远离所述锚固端的方向在所述锚索体上依次设有锚垫板、变形分级自适应结构及锁具。
[0007]可选的，所述分级自适应结构包括至少两个不同直径不同壁厚的内空鼓状体。
[0008]可选的，沿远离所述锚固端的方向，所述内空鼓状体的内径逐渐变小，壁厚逐渐变小。
[0009]可选的，所述变形自适应预应力锚索与所述锚杆设置于不同平面内。
[0010]一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统的实施方法，用于施工上述隧道变形自适应预应力锚索支护系统，包括以下步骤：
[0011]成孔：根据锚固地层的类型、钻孔直径、钻孔工地的场地条件选取钻孔设备，实施钻孔；
[0012]锚索制作：采用钢绞线制作锚索体，在锚索体上安装锚固端、变形分级自适应结构及锁具，安置注浆管，并对锚索进行编号；
[0013]灌浆：在钻孔内灌入纯水泥浆或水泥砂浆；
[0014]张拉与锁定：灌浆后浆体强度达到设计要求后对锚索进行预应力张拉；
[0015]封锚：待锚索补充注浆结束之后用混凝土封闭变形自适应预应力锚索外露部分。
[0016]可选的，步骤“成孔”中，岩层中采用以压缩空气为动力的潜孔冲击钻机，在岩层破碎或松软等易于塌缩孔地层中采用跟套管的钻进技术；采用无水钻进方式；采用间隔钻孔的钻孔顺序；孔径不低于设计值的101％；钻孔方向与水平面和竖直面的夹角不得与设计角度偏差
±
1～2
°
；钻孔速度不得高出钻机本身标准钻速的1～2％并匀速钻进；钻孔深度不得浅于设计深度的101％，且不得少于20cm；钻进达到设计深度之后稳钻1～2分钟；钻孔后清洗钻孔孔壁。
[0017]可选的，步骤“锚索制作”中，选用直径φ21.6mm，极限强度为1860Mpa的钢绞线制作锚索体，钢绞线从盘丝上按计算长度采用机械切割；安装注浆管时在其周边布置钢绞线并捆扎牢靠；锚索制作完成后按锚索长度、规格进行编号。
[0018]可选的，步骤“灌浆”中，注浆材料为水泥砂浆或纯水泥浆，水灰比为0.4～0.45，灰砂比为1:1，浆体强度≥35Mpa，水泥砂浆中水泥采用425#以上普通硅酸盐水泥，砂用平均粒径0.3～0.5mm中砂，含泥量不大于3％；每次灌浆结束后稳压15～20分钟。
[0019]可选的，步骤“张拉与锁定”中，灌筑混凝土前，必须将锚具中的螺旋钢筋、锚垫板固定在框架梁钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放平整、浇注、振捣；正式张拉前必须进行预张拉，使锚索体完全平直；张拉时，依次取设计锁定值的0.15、0.5、0.75、1.0、1.1倍进行逐级张拉，每级张拉时间间隔10分钟，并保持张拉时间25～30分钟。
[0020]可选的，步骤“张拉与锁定”中，变形自适应预应力锚索采用两种张拉方法的其中之一，或先张拉较远端的各单元锚索，以消除在相同荷载下因自由段长度不等而引起的钢绞线伸长值之差，再整孔张拉；或对各单元锚索从远端开始，按由远而近的顺序张拉。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]本专利技术采用自适应锚索与锚杆间隔布置的方式，共同发挥作用提升围岩的自承能力，控制围岩变形，其中普通锚杆在围岩变形早期发挥作用，维持围岩的早期的临时稳定，为锚索支护及其他支护争取作业时间，而自适应锚索在围岩变形的中后期发挥作用，维持围岩长期稳定，并提供长期有效的支护力。
[0023]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0025]图1为本专利技术的支护系统断面图；
[0026]图2为拱部锚索锚杆布置图；
[0027]图3为边墙锚索锚杆布置图；
[0028]图4为图3的A
‑
A剖面图；
[0029]图5为图3的B
‑
B剖面图；
[0030]图6为变形自适应预应力锚索结构示意图；
[0031]图7为分级自适应结构的尺寸示意图。
[0032]附图标记：变形自适应预应力锚索1、锚杆2、锁具11、分级自适应结构12、锚垫板13、锚索体14、锚固端15。
具体实施方式
[0033]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0034]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0035]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统，其特征在于：穿过喷射混凝土层在围岩层内交替设置变形自适应预应力锚索及锚杆；所述变形自适应预应力锚索包括锚索体，设置在所述锚索体一端的锚固端，沿远离所述锚固端的方向在所述锚索体上依次设有锚垫板、变形分级自适应结构及锁具。2.根据权利要求1所述的隧道变形自适应预应力锚索支护系统，其特征在于：所述分级自适应结构包括至少两个不同直径不同壁厚的内空鼓状体。3.根据权利要求2所述的隧道变形自适应预应力锚索支护系统，其特征在于：沿远离所述锚固端的方向，所述内空鼓状体的内径逐渐变小，壁厚逐渐变小。4.根据权利要求1所述的隧道变形自适应预应力锚索支护系统，其特征在于：所述变形自适应预应力锚索与所述锚杆设置于不同平面内。5.一种隧道变形自适应预应力锚索支护系统的实施方法，其特征在于，用于施工根据权利要求1
‑
4任一项中所述的隧道变形自适应预应力锚索支护系统，包括以下步骤：成孔：根据锚固地层的类型、钻孔直径、钻孔工地的场地条件选取钻孔设备，实施钻孔；锚索制作：采用钢绞线制作锚索体，在锚索体上安装锚固端、变形分级自适应结构及锁具，安置注浆管，并对锚索进行编号；灌浆：在钻孔内灌入纯水泥浆或水泥砂浆；张拉与锁定：灌浆后浆体强度达到设计要求后对锚索进行预应力张拉；封锚：待锚索补充注浆结束之后用混凝土封闭变形自适应预应力锚索外露部分。6.根据权利要求5所述的隧道变形自适应预应力锚索支护系统的实施方法，其特征在于，步骤“成孔”中，岩层中采用以压缩空气为动力的潜孔冲击钻机，在岩层破碎或松软等易于塌缩孔地层中采用跟套管的钻进技术；采用无水钻进方式；采用间隔钻孔的钻孔顺序；孔径不低于设计值的101％；钻孔方向与水平面和竖直面的夹角不得与设计角度偏差
±
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦勇克，胡居义，欧鸥，郭鸿雁，杨泓全，廖志鹏，韦宇辉，潘前，李泽亮，向小祥，
申请(专利权)人：广西新发展交通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：