一种大断面软岩隧道锚索—钢架支护及施工方法与流程

本发明涉及隧道工程领域，具体涉及一种大断面软岩隧道锚索—钢架支护及施工方法，主要适用于隧道施工工程应用中。

背景技术：

中西部地区地貌以山地和丘陵为主，地形地质条件复杂多变，交通发展过程中必然会遇到大量的隧道工程，不可避免的会穿越软岩地层。如何在该类软岩地层中修建隧道是当前隧道工程界面临的难题。软弱地层隧道修建的难点主要在于开挖过程中的支护。为抑制围岩开挖后过度松弛变形，要求初期支护必须具备一定的早期刚度。

目前，对于软岩隧道大变形的控制，传统方法为是增强初期支护结构的强度和刚度，主要支护手段有：两层、三层初期支护，加强二次衬砌，扩挖为受力性能更好的圆形断面，应力释放技术，让压锚杆支护等；综合分析上述大变形支护方案，其变形量大的主要问题在于开挖后没有有效的支护手段抑制围岩的变形，导致松动圈扩大，钢架变形，继而诱发大变形灾害。

技术实现要素：

为避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种大断面软岩隧道锚索—钢架支护及施工方法，以解决上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种大断面软岩隧道锚索—钢架支护，包括预拉锚索、锚具、u型连接构件、超前注浆小导管和锁脚锚管，所述预拉锚索下部设置有锚具，所述预拉锚索通过锚具连接u型连接构件，所述u型连接构件设置于钢架上，所述钢架上部设置有若干超前注浆小导管，所述钢架下部设置有若干锁脚锚管。

所述预拉锚索选用hzs-300-6.3型恒阻大变形锚索，且直径为21.8mm，所述钢架两侧开设有钻孔，所述钻孔深度为5000mm，所述预拉锚索顶入钻孔，所述钻孔内塞入有锚固剂。

所述超前注浆小导管和锁脚锚管的之间均为42mm。

所述锚固剂选用树脂锚固剂。

一种采用上述大断面软岩隧道锚索—钢架支护及施工方法，包括如下步骤：

1)上台阶施工：开挖上台阶，开挖一个进尺后立即初喷混凝土，喷射混凝土应该满足厚度及平整度要求；初喷完成后，架立钢架，使钢架与初喷混凝土密贴；架立钢架后，在隧道拱顶、上台阶左拱腰、上台阶右拱腰钢架两侧打设钻孔，钻孔指向上台阶拱部圆心方向，在钻孔内塞入树脂锚固剂，利用钻机将预拉锚索顶入钻孔，并通过钻机旋转搅拌树脂锚固剂；约七分钟后，采用锚具将预拉锚索固定在u型连接构件上，并采用拉拔仪对钢架两侧预拉锚索施加预应力；施做锁脚锚管和超前注浆小导管；最后挂设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，形成上台阶初期支护；

2)中台阶施工：开挖中台阶，开挖一个进尺后立即初喷混凝土，喷射混凝土应该满足厚度及平整度要求；初喷完成后，架立钢架，使钢架与初喷混凝土密贴；架立钢架后，在隧道中台阶左拱腰、中台阶右拱腰钢架两侧打设钻孔，钻孔指向中台阶拱部圆心方向，在钻孔内塞入树脂锚固剂，利用钻机将预拉锚索顶入钻孔，并通过钻机旋转搅拌树脂锚固剂；约七分钟后，采用锚具将预拉锚索固定在u型连接构件上，并采用拉拔仪对钢架两侧预拉锚索施加预应力；施做锁脚锚管和超前注浆小导管；最后挂设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，形成中台阶初期支护；

3)下台阶施工：开挖下台阶，开挖一个进尺后立即初喷混凝土，喷射混凝土应该满足厚度及平整度要求；初喷完成后，架立钢架，使钢架与初喷混凝土密贴；架立钢架后，在隧道下台阶左拱腰、下台阶右拱腰钢架两侧打设钻孔，钻孔指向下台阶拱部圆心方向，在钻孔内塞入树脂锚固剂，利用钻机将预拉锚索顶入钻孔，并通过钻机旋转搅拌树脂锚固剂；约七分钟后，采用锚具将预拉锚索固定在u型连接构件上，并采用拉拔仪对钢架两侧预拉锚索施加预应力；施做锁脚锚管和超前注浆小导管；最后挂设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，形成下台阶初期支护；

4)仰拱施工按正常工序施工即可，即在隧道仰拱开挖完成后，清理隧底虚渣，然后架立钢架、挂钢筋网、焊接连接钢筋，再进行仰拱喷射混凝土施工；在仰拱初支完成后进行仰拱衬砌、回填和防排水施工；仰拱一般采用钢支撑，钢筋网，连接钢筋等，仰拱衬砌用p8c30抗渗钢筋混凝土，回填用c15片石混凝土；

一种大断面软岩隧道锚索—钢架支护的施工方法工艺要点为：

所述步骤一至四中，应采用弱爆破和机械开挖相结合的方式进行开挖；

所述步骤一至三中，取消系统锚杆，采用预拉锚索拉紧钢架，使钢架与围岩紧贴，形成初期支护与围岩共同变形的承载结构；架立钢架后应立即施做预拉锚索，施加预应力时，同一位置钢架两侧预拉锚索的预应力应当同时施加；预拉锚索采用u型连接构件与钢架连接，相比传统的焊接方式更加牢固可靠，可避免在受力过程中因受力而导致脱开；喷射混凝土施作分为初喷和复喷，初喷利于所述钢架与围岩紧贴密实，防止围岩松动圈扩大。

本发明选择树脂锚固剂，锚固更快，锚固力更强；与传统注浆锚管相比，简化了工序，节省了时间；本发明选用锚索悬吊钢架的形式，避免了上台阶钢架在支护初期发生大的沉降变形，并使钢架紧贴在围岩上，保证初期支护和钢架共同变形，向预拉锚索施加预应力后，锚索—钢架向围岩提供预应力，使松散围岩形成承载环；采用本发明中的支护方式，取消了隧道系统锚杆，可节约工程造价，加快施工速度；本发明控制了围岩大变形，减小了预留变形量，大大降低了开挖量、出渣量、钢材及混凝土用量，极大的节约了施工成本；本发明锚索向钢架提供的径向力，避免钢架在初期围岩压力较大情况下发生变形，初期支护结构的承载能力受到影响；本发明支护方式为永久支护，和传统支护方式中的临时支护相比，后期不需要拆除，可进一步确保隧道的安全；本发明采用上台阶钢架的控制方法，在有效控制隧道大变形的同时，节约了时间和成本，并保证了隧道的安全。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的整体三维图；

图3为本发明的u型连接构件图；

图4为本发明的锚索锚固图；

图中：预拉锚索1、锚具2、u型连接构件3、超前注浆小导管4、锁脚锚管5。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

如图1-4所示，本发明实施例中，一种大断面软岩隧道锚索—钢架支护，包括预拉锚索1、锚具2、u型连接构件3、超前注浆小导管4和锁脚锚管5，所述预拉锚索1下部设置有锚具2，所述预拉锚索1通过锚具2连接u型连接构件3，所述u型连接构件3设置于钢架上，所述钢架上部设置有若干超前注浆小导管4，所述钢架下部设置有若干锁脚锚管5。

所述预拉锚索1选用hzs-300-6.3型恒阻大变形锚索，且直径为21.8mm，所述钢架两侧开设有钻孔，所述钻孔深度为5000mm，所述预拉锚索1顶入钻孔，所述钻孔内塞入有锚固剂。

所述超前注浆小导管4和锁脚锚管5的之间均为42mm。

所述锚固剂选用树脂锚固剂。

结合附图1-4，对本发明一种大断面软岩隧道锚索—钢架支护的施工方法进行描述：

步骤一、上台阶施工：开挖上台阶，开挖一个进尺后立即初喷混凝土，喷射混凝土应该满足厚度及平整度要求；初喷完成后，架立钢架，使钢架与初喷混凝土密贴；架立钢架后，在隧道拱顶、上台阶左拱腰、上台阶右拱腰钢架两侧打设钻孔，钻孔指向上台阶拱部圆心方向，在钻孔内塞入树脂锚固剂，利用钻机将预拉锚索1顶入钻孔，并通过钻机旋转搅拌树脂锚固剂；约七分钟后，采用锚具2将预拉锚索1固定在u型连接构件3上，并采用拉拔仪对钢架两侧预拉锚索1施加预应力；施做锁脚锚管5和超前注浆小导管4；最后挂设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，形成上台阶初期支护；

步骤二、中台阶施工：开挖中台阶，开挖一个进尺后立即初喷混凝土，喷射混凝土应该满足厚度及平整度要求；初喷完成后，架立钢架，使钢架与初喷混凝土密贴；架立钢架后，在隧道中台阶左拱腰、中台阶右拱腰钢架两侧打设钻孔，钻孔指向中台阶拱部圆心方向，在钻孔内塞入树脂锚固剂，利用钻机将预拉锚索1顶入钻孔，并通过钻机旋转搅拌树脂锚固剂；约七分钟后，采用锚具2将预拉锚索1固定在u型连接构件3上，并采用拉拔仪对钢架两侧预拉锚索1施加预应力；施做锁脚锚管5和超前注浆小导管4；最后挂设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，形成中台阶初期支护；

步骤三、下台阶施工：开挖下台阶，开挖一个进尺后立即初喷混凝土，喷射混凝土应该满足厚度及平整度要求；初喷完成后，架立钢架，使钢架与初喷混凝土密贴；架立钢架后，在隧道下台阶左拱腰、下台阶右拱腰钢架两侧打设钻孔，钻孔指向下台阶拱部圆心方向，在钻孔内塞入树脂锚固剂，利用钻机将预拉锚索1顶入钻孔，并通过钻机旋转搅拌树脂锚固剂；约七分钟后，采用锚具2将预拉锚索1固定在u型连接构件3上，并采用拉拔仪对钢架两侧预拉锚索1施加预应力；施做锁脚锚管5和超前注浆小导管4；最后挂设钢筋网，复喷混凝土至设计厚度，形成下台阶初期支护；

步骤四、仰拱施工按正常工序施工即可，即在隧道仰拱开挖完成后，清理隧底虚渣，然后架立钢架、挂钢筋网、焊接连接钢筋，再进行仰拱喷射混凝土施工；在仰拱初支完成后进行仰拱衬砌、回填和防排水施工；仰拱一般采用钢支撑，钢筋网，连接钢筋等，仰拱衬砌用p8c30抗渗钢筋混凝土，回填用c15片石混凝土；

一种大断面软岩隧道锚索—钢架支护的施工方法工艺要点为：

所述步骤一至四中，应采用弱爆破和机械开挖相结合的方式进行开挖；

所述步骤一至三中，取消系统锚杆，采用预拉锚索拉紧钢架，使钢架与围岩紧贴，形成初期支护与围岩共同变形的承载结构；架立钢架后应立即施做预拉锚索，施加预应力时，同一位置钢架两侧预拉锚索的预应力应当同时施加；预拉锚索采用u型连接构件3与钢架连接，相比传统的焊接方式更加牢固可靠，可避免在受力过程中因受力而导致脱开；喷射混凝土施作分为初喷和复喷，初喷利于所述钢架与围岩紧贴密实，防止围岩松动圈扩大。

本发明选择树脂锚固剂，锚固更快，锚固力更强；与传统注浆锚管相比，简化了工序，节省了时间；本发明选用锚索悬吊钢架的形式，避免了上台阶钢架在支护初期发生大的沉降变形，并使钢架紧贴在围岩上，保证初期支护和钢架共同变形，向预拉锚索施加预应力后，锚索—钢架向围岩提供预应力，使松散围岩形成承载环；采用本发明中的支护方式，取消了隧道系统锚杆，可节约工程造价，加快施工速度；本发明控制了围岩大变形，减小了预留变形量，大大降低了开挖量、出渣量、钢材及混凝土用量，极大的节约了施工成本；本发明锚索向钢架提供的径向力，避免钢架在初期围岩压力较大情况下发生变形，初期支护结构的承载能力受到影响；本发明支护方式为永久支护，和传统支护方式中的临时支护相比，后期不需要拆除，可进一步确保隧道的安全；本发明采用上台阶钢架的控制方法，在有效控制隧道大变形的同时，节约了时间和成本，并保证了隧道的安全。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设定精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。