专利名称：隧道钢拱架锁脚锚杆网喷组合结构的制作方法
技术领域：
隧道钢拱架锁脚锚杆网喷组合结构
一、 技术领域
本实用新型涉及一种隧道支护结构，尤其是涉及一种隧道钢拱架锁脚锚杆 网喷组合结构。
二、 背景技术
20世纪40年代在地下工程中使用锚杆支护以来，锚杆加固技术发展非常迅 速，现已成为地下工程支护中的一种主要支护形式。美国、澳大利亚的地下工
程支护中，锚杆支护占90%以上，西欧、中欧等国家以及日本等国，传统的支护 方式是金属支架，近30多年来，这些国家锚杆支护也有很大的发展，并成为地
下支护的主要形式。
我国的锚杆加固技术早在20世纪50年代中期就已起步，当时主要采用机 械式金属锚杆，发展速度缓慢。20世纪70年代至80年代末，锚喷支护逐渐运 用到铁路隧道工程建设中。当时由于铁路单线隧道断面较小，再加上我国钢材 产量较低，隧道初期支护主要采用锚杆、喷射混凝土以及钢筋网组成的联合支 护。为此，我国工程技术人员做了大量的试验研究，结果表明，锚杆在锚喷支 护结构中起着重要作用，随之，喷锚支护在隧道工程建设中得到广泛应用。
20世纪90年代以来，随着大量双线铁路和公路隧道的修建， 一方面隧道的 断面越来越大，另一方面隧道工程所遇到的地质情况越来越复杂，仅由锚杆、喷射混凝土以及钢筋网组成的联合支护己经难以保证施工安全和结构稳定，而 此时我国的钢铁工业得到了迅速发展，为工程建设提供了强有力的支持。所以，
在软弱围岩(iv、 V、 VI级围岩)条件下，隧道初期支护结构就由钢拱架、喷射
混凝土、钢筋网、系统锚杆等多种支护措施组合而成。而在这种组合情况下， 系统锚杆的支护效果如何？国内外文献资料表明，目前尚无人对钢拱架支护条 件下，软弱围岩系统锚杆的作用效果及其机理进行系统研究。
此外，在理论计算分析中，系统锚杆的受力分析难度很大，往往人为地假
定系统锚杆支护的效果是提高了围岩的c、 4M直。这在软弱围岩中显然是错误的， 相反往往由于打入了锚杆反而破坏了围岩的结构，降低了围岩的强度和稳定性。 目前，隧道支护结构多采用复合式衬砌，它是由初期支护和二次衬砌组成。 在软弱围岩(IV、 V、 VI级围岩)情况下，初期支护由钢拱架、喷射混凝土、钢 筋网、系统锚杆等多种支护措施组合而成(见图3)。各种支护措施对隧道结构 的安全和稳定都有着不同程度的贡献。其中，长期以来，系统锚杆被认为具有 "组合梁作用"和"加固拱作用"等而使围岩得到加固。然而，工程实践中锚 杆的这些作用是否能得到充分发挥，系统锚杆的支护效果究竟如何？对这个问 题隧道工程界有不同的观点。 一种观点认为，在软弱围岩隧道系统锚杆对隧道 稳定性作用不大；另一种观点则截然相反。
在软弱围岩中，采用由钢拱架、喷射混凝土、钢筋网和系统锚杆共同组成 的联合支护不尽合理，其原因是钢拱架是依靠"被动支撑"限制围岩变形来维 持围岩稳定的，而锚杆支护是通过锚杆与围岩之间的粘结或摩擦作用，利用两 种材料不同的弹性模量，使锚杆为"拉杆"去主动加固围岩并充分利用围岩自 身承载力来维持围岩稳定的。锚杆安设时一端需锚固在稳定岩层中，通过围岩变形获得一定的相对位移以发挥其支护作用，可见两者对隧道支护的机理不同。 在目前软弱围岩隧道施工过程中，通常采用的支护顺序是开挖一初喷混 凝土一立钢拱架一挂设钢筋网片一安设锚杆一喷射混凝土达到设计厚度，显然， 钢拱架安设以后就限制了围岩的变形，制约了锚杆作用的发挥。
此外，从目前的施工现状看，软弱围岩中锚杆通过砂浆与围岩的粘结力往 往很差，特别是拱部系统锚杆，锚杆的砂浆注满度很难达到设计要求。且软弱 围岩隧道多采用分部开挖，施工场地狭小，锚杆施工难度大，往往不能及时径 向施作。施工单位刻意縮短锚杆长度、减少锚杆数量的现象也屡见不鲜。极大 的影响了其支护效果的发挥。
三、实用新型内容
本实用新型为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种在软弱围岩 (IV、 V、 VI级围岩)条件下隧道钢拱架锁脚锚杆网喷组合结构，其可以大大縮 短施工工期，降低施工难度，更有利于保证施工安全和结构稳定，并且明显降 低工程造价。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为-
一种隧道钢拱架锁脚锚杆网喷组合结构，包括钢拱架，其特征在于钢拱 架上设置有钢筋网，钢拱架接头处设有锁脚锚杆，钢拱架四周为喷射混凝土层， 喷射混凝土层外为模筑混凝土层。
上述喷射混凝土层与模筑混凝土层之间设有防水层。
与现有技术相比，本实用新型具有的优点和效果如下
1、依据黄土隧道设计与施工相关研究成果，在钢拱架支护条件下，系统锚杆对隧道稳定性和结构安全作用不大，取消系统锚杆对隧道结构安全无影响。
2、 可以大大縮短施工工期。例如，在粘土层锚杆施工成孔困难，耗费时间 长，以VI级围岩为例，设计共布置了长4米的锚杆51根/延米，据粗略估计， 锚杆施工的时间约占每个循环作业时间的10%左右。
3、 更有利于保证施工安全和结构稳定。隧道开挖后，取消系统锚杆施工可 及时进行喷射混凝土施工，及早封闭围岩，及早形成完整的支护结构，有利于 施工安全和结构稳定。
4、 可降低工程造价。以VI级围岩为例，设计共布置了长4米的锚杆51根 /延米，按锚杆造价50元/米计，可节省10200元/延米。可见其经济效益十 分显著。
5、 本实用新型具有较大学术价值和工程应用价值。若将其推广应用于软弱 围岩山岭隧道建设中，每年可为国家节省数亿元工程资金。
四、
图l为本实用新型的结构示意图2为图1的A-A剖视图3为现有的隧道衬砌结构示意图。
图中，l-锁脚锚杆，2-钢拱架接头处，3-围岩，4-钢筋网，5-钢拱架，6-喷射混凝土层，7-防水层，8-模筑混凝土层。
五具体实施方式
本实用新型在软弱围岩条件下，将初期支护由锚喷支护形式(系统锚杆+ 喷射混凝土+钢筋网+钢拱架)改为钢喷支护形式(钢拱架+锁脚锚杆(管)+钢筋网+喷射混凝土)，即取消系统锚杆，采用钢拱架接头处锁脚锚杆(管)
取代。参见图1和图2，包括钢拱架5，钢拱架5上设置有钢筋网4，钢拱架接 头处2设有锁脚锚杆(管)1，钢拱架5四周为喷射混凝土层6，喷射混凝土层 6外为模筑混凝土层8，喷射混凝土层6与模筑混凝土层8之间设有防水层7。 实际使用时，隧道开挖后，先除喷混凝土，再架立钢拱架5，其次掛设钢筋网4， 打锁脚锚杆(管)1，再喷射混凝土，形成初期支护体系。
通过对某隧道试验段的测试，本实用新型完全达到支护要求
(1) 通过对取消系统锚杆后的2个试验段的测试数据分析可知，各监测断 面的支护结构变形趋于稳定，结构受力安全，说明取消系统锚杆后隧道的初期 支护仍然是稳定安全的。在软弱围岩隧道中采用由钢拱架+锁脚锚杆+钢筋网+喷 射混凝土组成的初期支护结构是合理可行的。
(2) 通过对试验段所在标段IV级围岩隧道施工各工序所需时间的统计，完成 初期支护每循环所需总时间约14小时。在6台风钻(上台阶4台，中台阶2台) 同时施工的情况下，每循环系统锚杆施作时间约为2小时，取消系统锚杆可縮 短工序循环时间，并能及时进行喷射混凝土施工，及早封闭围岩以形成完整的 支护结构，有利于施工安全和结构稳定。
(3)试验段所在标段IV级围岩隧道工程造价为33757元/延米，锚杆造价 为46元/延米，设计中3m长系统锚杆数量为20根/延米，系统锚杆的造价共 计2760元/延米，占工程总造价的8.2%。由此可见，取消系统锚杆可显著降 低工程造价。
权利要求1、一种隧道钢拱架锁脚锚杆网喷组合结构，包括钢拱架(5)，其特征在于钢拱架(5)上设置有钢筋网(4)，钢拱架接头处(2)设有锁脚锚杆(1)，钢拱架(5)四周为喷射混凝土层(6)，喷射混凝土层(6)外为模筑混凝土层(8)。
2、 根据权利要求1所述的隧道钢拱架锁脚锚杆网喷组合结构，其特征在于 喷射混凝土层(6)与模筑混凝土层(8)之间设有防水层(7)。
专利摘要本实用新型涉及一种隧道钢拱架锁脚锚杆网喷组合结构，其可以大大缩短施工工期，降低施工难度，更有利于保证施工安全和结构稳定，并且明显降低工程造价。本实用新型包括钢拱架，钢拱架上设置有钢筋网，钢拱架接头处设有锁脚锚杆，钢拱架四周为喷射混凝土层，喷射混凝土层外为模筑混凝土层，喷射混凝土层与模筑混凝土层之间设有防水层。
文档编号E21D11/10GK201162536SQ200820028260
公开日2008年12月10日 申请日期2008年1月31日 优先权日2008年1月31日
发明者罗彦斌, 陈建勋 申请人:长安大学