隧道掌子面超前预应力锚杆及施工方法与流程

本发明涉及一种隧道掌子面超前预应力锚杆及施工方法。

背景技术：

软弱围岩隧道的自承能力低，潜在变形能大，隧道开挖初期围岩应力即大量释放，变形速率快。通常隧道中所采用的支护结构多为被动支护的形式，当围岩变形增大至一定程度时，才能提供支护抗力，且支护结构所提供的支护反力是随着围岩变形的不断增大而增大的，这对于防止软弱围岩进入松弛状态十分不利。因此支护结构在隧道变形的初期快速的提供较大的支护反力是非常有必要的。

隧道掌子面稳定是安全施工的前提，硬质围岩隧道开挖后掌子面即能短期稳定，软弱围岩隧道则需要一定的人为干预才能达到短期稳定的状态。掌子面不稳定轻则表现为掌子面围岩局部松动掉块，重则发生失稳导致拱顶坍塌。为维持掌子面稳定，对掌子面进行加固的一种主要支护措施是采用锚杆进行加固，预应力锚杆可在掌子面开挖后变形初期即提供较大的主动支护抗力，可有效的防止掌子面围岩迅速进入松弛状态，保证掌子面的短期稳定。掌子面锚杆的材质主要以钢质和玻璃钢纤维质为主，钢质锚杆可施加较大预应力，但在应用时存在难以挖除的缺点，玻璃钢纤维质锚杆的刚度低，延伸率小，塑性差，虽易于挖除，但无法施加较大的预应力且在应用时容易受到裂隙围岩的挤压剪切而发生断裂。

有别于洞室径向锚杆，掌子面锚杆会随着隧道开挖的进行而不断被挖除，属于临时性支护措施，然而挖断的锚杆无法重复利用，当锚杆用量较大时，经济效益差。

技术实现要素：

本发明提出一种隧道掌子面超前预应力锚杆及施工方法，在解决传统形式锚杆无法提供主动支护抗力问题的同时，避免钢材质掌子面锚杆难以挖除，玻璃钢纤维锚杆受挤压易断裂的问题，并使锚杆的部分杆体可重复利用。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种隧道掌子面超前预应力锚杆,包括锚杆杆体，所述锚杆杆体由若干根杆状构件依次连接而成，相邻的杆状构件经连接螺套相连接，锚杆杆体的底部通过锚固剂与锚孔围岩粘结，杆体顶部外露围岩的部分套装有锚杆托盘，锚杆托盘外侧设有与锚杆杆体螺纹配合的紧固螺母，锚杆托盘经紧固螺母锁固在锚孔围岩上。

进一步的，所述杆状构件为热轧带肋钢筋，其两端加工有与连接螺套上的内螺纹相对应配合的外螺纹。

进一步的，所述杆状构件为精轧螺纹钢筋，其外周开设有外螺纹。

进一步的，所述连接螺套为带有内螺纹的空心钢管，连接螺的内径与杆状构件的直径相同。

进一步的，所述锚杆托盘为金属蝶形托盘，锚杆托盘中部预留有与杆状构件直径相对应的孔洞。

一种隧道掌子面超前预应力锚杆的施工方法，包括以下步骤：

（1）根据隧道每循环开挖量确定杆状构件的长度，并根据掌子面超前支护长度确定杆状构件数量；

（2）将若干根杆状构件通过连接螺母连接组成锚杆杆体；

（3）在掌子面拟支护位置成孔后，用锚杆杆体将树脂锚固剂送入孔底，启动钻机带动锚杆杆体旋转，匀速推进到孔底；

（4）待锚固体强度达到设计要求后，依次安装锚杆托盘及紧固螺母；

（5）通过张拉装置对锚杆杆体进行张拉，张拉至设定荷载后拧紧紧固螺母，然后移除张拉装置；

（6）在掌子面继续推进开挖时，拆除紧固螺母与锚杆托盘，进行爆破或机械开挖；

（7）开挖完成后，将伸出掌子面外的杆状构件以及连接装置拆除，将托盘及紧固螺母重新安装在剩余的锚杆杆体上，再次施加预应力；

（8）重复上述步骤（6）和（7）直至锚杆全部挖除，拆卸下来的锚杆视变形情况可通过钢筋调直机调直后重复应用于掌子面支护上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，可施加较大预应力，在掌子面围岩变形初期即能快速有效的提供支护抗力，同时随着隧道掌子面的开挖，可对锚杆杆体构件进行同步拆卸，能够在充分保证掌子面锚杆支护作用效果的同时，适应隧道开挖需求，增加掌子面锚杆的可重复利用性。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本锚杆使用状态结构示意图；

图2为相邻杆状构件的连接结构示意图。

图中：1-紧固螺母；2-锚杆托盘；3-锚孔围岩；4-连接螺套；5-杆状构件；6-锚固剂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-2所示，一种隧道掌子面超前预应力锚杆,包括锚杆杆体，所述锚杆杆体由若干根杆状构件5依次连接而成，相邻的杆状构件经连接螺套4相连接，锚杆杆体的底部通过锚固剂6与锚孔围岩3粘结，杆体顶部外露围岩的部分套装有锚杆托盘2，锚杆托盘外侧设有与锚杆杆体螺纹配合的紧固螺母1，锚杆托盘经紧固螺母锁固在锚孔围岩上。

在本实施例中，所述杆状构件为热轧带肋钢筋，其两端加工有与连接螺套上的内螺纹相对应配合的外螺纹。

在本实施例中，所述杆状构件为精轧螺纹钢筋，其外周开设有外螺纹。

在本实施例中，所述连接螺套为带有内螺纹的空心钢管，连接螺的内径与杆状构件的直径相同。

在本实施例中，所述锚固剂为采用聚酯薄膜分割呈双组分包装药卷状的树脂锚固剂。

在本实施例中，所述锚杆托盘为金属蝶形托盘，锚杆托盘中部预留有与杆状构件直径相对应的孔洞。

一种隧道掌子面超前预应力锚杆的施工方法，包括以下步骤：

（1）根据隧道每循环开挖量确定杆状构件的长度，并根据掌子面超前支护长度确定杆状构件数量；

（2）将若干根杆状构件通过连接螺母连接组成锚杆杆体；

（3）在掌子面拟支护位置成孔后，用锚杆杆体将树脂锚固剂送入孔底，启动钻机带动锚杆杆体旋转，匀速推进到孔底；

（4）待锚固体强度达到设计要求后，依次安装锚杆托盘及紧固螺母；

（5）通过张拉装置对锚杆杆体进行张拉，张拉至设定荷载后拧紧紧固螺母，然后移除张拉装置；

（6）在掌子面继续推进开挖时，拆除紧固螺母与锚杆托盘，进行爆破或机械开挖；

（7）开挖完成后，将伸出掌子面外的杆状构件以及连接装置拆除，将托盘及紧固螺母重新安装在剩余的锚杆杆体上，再次施加预应力；

（8）重复上述步骤（6）和（7）直至锚杆全部挖除，拆卸下来的锚杆视变形情况可通过钢筋调直机调直后重复应用于掌子面支护上。

本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。