一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆及支护方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆及支护方法，所述让压锚杆包括锚杆体和设置在锚杆体前端的树脂锚固剂，以及在锚杆体末端依次设置的让压阻尼器、W型钢带、垫板、球形螺母、六角螺母和锚杆预紧器。与现有技术相比，本发明专利技术的积极效果是：树脂锚固剂可提供足够的锚固力，使初期支护更及时，减小了围岩大变形发生的可能；锚杆的让压结构和W型钢带配合使用，提升了锚杆对软弱围岩的支护效果，减少了围岩出现大变形的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆及支护方法
本专利技术涉及一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆及支护方法。
技术介绍
随着我国铁路、公路隧道工程以及地下工程的飞速发展，建设在特长山岭中的隧道也日益增多，隧道的绝对埋深也越来越大，常需穿越软弱围岩区。而软弱围岩具有的高应力、地质构造复杂、本构关系复杂、膨胀性等特点，使现有支护技术对这种软弱围岩产生的支护效果不佳。现有支护技术存在以下三个问题：⑴由于围岩比较破碎或较软，普通的机械式锚固头无法提供足够的锚固力。⑵在锚喷联合支护中，普通锚杆柔性不足，只能对软岩起到刚性支护，没有让压功能导致支护压力过大，锚杆被拉断破坏，失去支护作用。⑶垫板面积小，能够支护到的围岩少，未被支护的围岩易在应力作用下发生变形、塌落，在变形过程中垫板也会被围岩“吞噬”。⑷锚杆支护是隐性支护，由于未安装测力装置，无法监测锚杆支护过程中支护力的变化，也就无法进行分析对比数据，无法得知锚杆支护的效果好坏。⑸钢拱架与围岩直接接触，刚性支护与变形围岩之间未留有让压空间，当围岩发生前期变形时，由于未经过变形释放围岩应力，较大的围岩应力会直接破坏钢拱架，拆拱换拱等治理所耗费用、时间大大增加，严重的还会造成设备损坏和人员伤亡。这些问题都直接影响了隧道支护的质量，进一步影响了工程整体质量、进度和建设成本。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提出了一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆及支护方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，包括锚杆体和设置在锚杆体前端的树脂锚固剂，以及在锚杆体末端依次设置的让压阻尼器、W型钢带、垫板、球形螺母、六角螺母和锚杆预紧器。本专利技术还提供了一种适用于软岩大变形地下空间的支护方法，包括如下步骤：步骤一、对隧道的开挖面喷4～6cm厚的混凝土；步骤二、初喷后钻锚孔，钻好后用高压风清扫眼孔浮尘和积水；步骤三、将对中帽安在锚杆体头部、将树脂锚固剂装入锚固剂支架，再将树脂锚固剂用锚杆体往锚孔底部推进；待锚杆体没入锚孔时，用连接套连接另一根锚杆体，继续推进直至树脂锚固剂到达锚孔底部；步骤四、用带锚杆搅拌器的钻机搅拌锚杆；步骤五、卸下锚杆搅拌器，并及时稳定锚杆体，直至树脂锚固剂固化；步骤六、在锚杆体周围布设钢筋网；步骤七、依次将让压阻尼器、W型钢带、垫板、环形测力器、球形螺母、锚杆预紧器装入锚杆体；步骤八、用钻机旋拧锚杆预紧器施加预应力；步骤九、配置速凝砂浆并通过注浆机从中空锚杆体注浆；步骤十、第二次喷混凝土，厚度为16～18cm；步骤十一、安装钢拱架，与第二次喷射混凝土围岩边缘保持15～17cm的间距。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：⑴树脂锚固剂可提供足够的锚固力，使初期支护更及时，减小了围岩大变形发生的可能；⑵锚杆的让压结构和W型钢带配合使用，提升了锚杆对软弱围岩的支护效果，减少了围岩出现大变形的情况；⑶测力传感器的使用可有利于及时掌握锚杆支护的效果，也为未来设计支护方案积累经验和提供数据支撑；⑷钢拱架安装位置与围岩保持一定距离，留出围岩变形空间，减少了围岩变形破坏钢拱架情况的发生，节省了拆拱换拱等治理所耗费用。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为让压锚杆的支护原理图；图2为支护特性曲线与围岩特性曲线关系图；图3为让压锚杆的结构示意图；图4为锚固剂支架的结构示意图，其中：(1)侧视图，(2)立体图；图5为对中帽的结构示意图，其中：(1)俯视图，(2)主视图，(3)仰视图；图6为锚杆体和对中帽的安装示意图；图7为W型钢带的结构示意图，其中：(1)俯视图，(2)侧视图；图8为隧道衬砌受力示意图；图9为锚杆整体布置示意图；图10为锚杆在隧道纵向上的排布示意图；图11为环形测力器的结构示意图，其中：(1)主视图，(2)左视图，(3)右视图；图12为环形测力器与垫板和球形螺母之间的安装示意图；图13为对中帽、树脂锚固剂、锚固剂支架与锚杆体的安装示意图。具体实施方式本专利技术针对现有技术中存在的缺陷设计了一种新的支护方案：针对机械锚固力不足的问题，选用树脂锚固剂可提供所需的锚固力；针对普通锚杆柔性不足，选用具有让压功能的锚杆；针对垫板支护面积小的问题，设计了W型钢带来增大支护面积；针对无法监测锚杆支护过程中支护力变化的问题，设计了环形测力器；针对变形初期钢拱架易被被坏的问题，设计钢拱架与围岩留有适当的让压行程间隙。以下结合附图对具体方案详细说明如下：一、支护方案设计通过物探和钻探对隧道穿越的地区进行超前地质预报，收集地质数据，包括地质构造、水文地质调查、岩土体物理力学性质、围岩等级等数据。根据数据提出初步支护方案，并建立模型进行分析演算，根据演算结果调整初步支护方案，确定最终的支护方案。1、锚杆类型设计对易发生大变形的隧道段落，采用让压锚杆支护。让压锚杆可提供“弱刚-柔性-强刚”支护，如图1所示。即当围岩刚开始变形时提供弱刚性支护，如图OA段；围岩继续变形时，锚杆提供的支护力为让压恒阻力，是为柔性支护，如图AB段；当围岩变形量达到设计的让压行程时，围岩应力已得到一定释放，锚杆由于限位结构，支护力迅速增大，变为强刚性支护，不再允许围岩变形，如图BC段。此时围岩变形量刚好和拱架与锚喷支护层预留间隙相等，即锚喷支护层与钢拱架外侧接触，钢拱架开始支护围岩。这种支护形式容许围岩变形、释放地应力，降低支护压力，同时由于让压阻尼器的限位设计，约束了围岩松弛和过分变形，达到了保持隧道稳定的目的。其让压恒阻力和让压行程计算原理如图2所示。围岩与支护结构在不同位置达到平衡时，其作用在支护结构上的载荷是完全不同的：支护结构刚度大的不合理，即u0处，此时所需支护力太大，一般无法达到；但刚度较小或者让压行程过大也不合理，因为围岩松动、坍塌后作用在支护结构上的载荷会急剧增大，即Ⅳ支护曲线。所以，较佳的支护点应当在D点以左，临近D点处的E点；根据经验公式先确定ulimit后，再确定uE，uE即为让压行程，再根据公式计算出对应的支护力PE。其中C、γ、为岩层的物理参数；r0为隧道半径；Hc为隧道埋深。PE减去喷射混凝土提供支护力即为锚杆所需提供的让压力，再均分给每根锚杆，即为每根锚杆的让压恒阻力。而为了达到所需的让压恒阻力，需根据公式P＝2πfISIC设计让压阻尼器结构参数。其中Ic为锥体的几何参数，Is为套管的弹性常数。他们的计算公式如下：其中α为锥体的半锥角；h为锥体的高度；a为锥体小端直径；b为锥体大端直径；E，μ分别为套管的弹性模量与泊松比。让压锚杆的结构如图3所示，包括：树脂锚固剂1、锚固剂支架2、对中帽3、锚杆体4、连接套本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，其特征在于：包括锚杆体和设置在锚杆体前端的树脂锚固剂，以及在锚杆体末端依次设置的让压阻尼器、W型钢带、垫板、球形螺母、六角螺母和锚杆预紧器。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，其特征在于：包括锚杆体和设置在锚杆体前端的树脂锚固剂，以及在锚杆体末端依次设置的让压阻尼器、W型钢带、垫板、球形螺母、六角螺母和锚杆预紧器。


2.根据权利要求1所述的一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，其特征在于：在锚杆体的前端设置锚固剂支架，所述树脂锚固剂装入锚固剂支架中。


3.根据权利要求1所述的一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，其特征在于：在锚杆体与树脂锚固剂接触一端开有出浆孔。


4.根据权利要求1所述的一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，其特征在于：在锚杆体的头部设置对中帽。


5.根据权利要求4所述的一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，其特征在于：所述对中帽头部为实心，尾部有波形螺纹。


6.根据权利要求1所述的一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，其特征在于：在所述W型钢带的两端设置下凹部，两个下凹部之间的距离等于垫板的长度，所述垫板放置在两个下凹部之间。


7.根据权利要求1所述的一种适用于软岩大变形地下空间的让压锚杆，其特征在于：在所述垫板与球形螺母之间设置环形测力器。


8.一种适用于软岩大变形地下空间的支护方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、对隧道的开挖面喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋川，孔令喜，袁松，顾坤，朱永豪，冯科，张生，赵虎强，
申请(专利权)人：中铁隆昌铁路器材有限公司，四川省交通勘察设计研究院有限公司，新疆北新路桥集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51