一种穹顶预应力锚杆施工控制方法与流程

1.本发明涉及一种穹顶预应力锚杆施工控制方法，属于地下洞库支护技术领域。


背景技术：

2.随着我国经济快速发展，我国对于能源的需求也日益增加。中国作为一个石油进口大国，进口石油占比在70％以上，建立必要的国家石油战略储备是十分必要的。地下洞库由于其安全可靠，造价经济，节约用地等优势得到了极大的发展。目前我国对于地下洞库的需求依旧很大，地下结构也朝着大跨度的方向发展。
3.由于洞库穹顶为曲面，施工中开挖面始终动态变化，线性控制困难，洞室围岩稳定性较难保证。因此在开挖之后，及时施加支护，如施加锚杆等就成为施工中最为重要的一环。但是传统锚杆没有施加预应力，不能充分及时利用岩体自身承载强度。同时传统的施工方法工序繁琐，操作复杂，也无法保证钻孔内砂浆完全充填饱满，施工质量难以保证，不易满足当前工程的施工要求。
4.因此需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题，在于提供一种穹顶预应力锚杆施工控制方法。
6.本发明通过下述方案实现：一种穹顶预应力锚杆施工控制方法，通过控制钻孔台车的移动以及机械臂的位置控制钻头与地面的夹角θ，使得钻入角度始终垂直于穹顶曲面钻孔位置所对应的切面。
7.一种穹顶预应力锚杆施工控制方法，其包括以下步骤：
8.步骤一、点位放样：按照设计要求准确定出锚杆孔位；
9.步骤二、钻孔、清孔：采用钻孔台车钻出孔位并用高压风清孔；
10.步骤三、组装、安装锚杆：施工现场将锚杆各配件组装、安装完成；
11.步骤四、施加预应力：采用千斤顶张拉预应力锚杆；
12.步骤五、注浆：采用注浆管注浆，中空锚杆体排气。
13.所述步骤一中，锚杆为环向纵向等间距梅花形布置，锚杆按照等距进行环向分区，各分区等距划分锚杆位置，每环锚杆按照12点钟方向起顺时针增大排号。
14.所述步骤三中，左旋涨壳锚头至其挡片与涨壳芯、中空锚杆体一端齐平，将锚杆装入锚孔，到位后左旋同时拉动中空锚杆体使涨壳锚头充分涨开，直至无法拉动杆体，依次安装垫板、球垫、螺母，垫板扣紧岩壁，球垫的半球侧贴紧垫板中孔，调整垫板与球垫角度后用扳手旋紧螺母。
15.所述步骤三中，为保证涨壳锚头有效、快速涨开，装锚杆前，初始时将u型钢片向两侧开一定角度，初始时起到悬挂作用，增大涨壳锚头与孔壁摩擦，形成初始锚固力，同时防止锚杆滑落伤人，插入锚杆过程中，如遇顶进卡顿，可用风钻协助，但不可顶伤杆体末端。
16.所述步骤四中，施加预应力前去除锚杆上的垫板、球垫、螺母，施加预应力时先连
接加长杆，依次安装支架、千斤顶、球垫、工作螺母，左旋手摇柄右前侧的液压阀门，拧紧工作螺母，打开手摇柄数显仪表，按清零按钮，右旋旋紧液压阀门，安装不可有间隙且保证同轴居中。
17.所述步骤四中，采用千斤顶张拉时，第一次张拉至设计值的60％，第二次张拉至设计值的120％，张拉过程中注意千斤顶行程，随时进行换步，换步前拧紧螺母，左旋液压阀门泄压，复位后，右旋液压阀门加压，张拉后的锚杆及时做好标记，避免复拉和遗漏；
18.所述步骤四中，注浆前对垫板与岩壁缝隙进行封堵，注浆采用水灰比为0.38:1的单液水泥浆，考虑水灰比及注浆通道情况，使用专用螺杆泵注浆机注浆。
19.所述步骤四中，锚杆安装后插入pe管15～20cm作为注浆管，孔口用1：0.3水泥浆封口至孔口深5～8cm，注浆管外露10cm。
20.所述步骤四中，浆液拌合方式为先加水再加水泥，保证浆液拌合均匀，注浆料应随用随拌，在初凝前全部用完，以免时间过长，在泵、管中凝结，为保证穹顶预应力锚杆注浆饱满，孔口设置密封装置。
21.本发明的有益效果为：
22.1、本发明一种穹顶预应力锚杆施工控制方法的预应力锚杆与涨壳配合能够满足预应力施加，锚固力张拉要求，能够快速高效形成预应力压力拱效应，利用围岩的自承能力，使其由荷载体成为承载体；
23.2、本发明一种穹顶预应力锚杆施工控制方法的锚杆按照等距环向分区，便于精准定位，从而使得钻孔可以更加方便，同时保证了施工的精确性；
24.3、本发明一种穹顶预应力锚杆施工控制方法在注浆时，注浆管注浆，中空锚杆体排气，通过注浆机施加注浆压力，能够保证钻孔内的砂浆完全填充饱满，提高了作业效率；
25.4、本发明一种穹顶预应力锚杆施工控制方法在施工过程中具有工序简单，操作简便的优点，并且具有很强的适用性。
附图说明
26.图1为本发明钻孔示意图。
27.图2为本发明穹顶分区示意图。
28.图3为本发明锚杆安装示意图。
29.图4为本发明锚杆施工中预应力锚杆张拉组装示意图。
30.图5为本发明锚杆施工中注浆示意图。
31.图6为本发明钻孔台车钻孔示意图。
32.图中：1为涨壳锚头、2为中空锚杆体、3为垫板、4为球垫、5为螺母、6为支架、7为加长杆、8为千斤顶。
具体实施方式
33.下面结合图1-6对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。
34.其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向，且附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比
率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
35.为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
36.一种穹顶预应力锚杆施工控制方法，其包括以下步骤：
37.步骤一、点位放样：按照设计要求准确定出锚杆孔位；
38.步骤二、钻孔、清孔：采用钻孔台车钻出孔位并用高压风清孔；
39.步骤三、组装、安装锚杆：施工现场将锚杆各配件组装、安装完成；
40.步骤四、施加预应力：采用千斤顶张拉预应力锚杆；
41.步骤五、注浆：采用注浆管注浆，中空锚杆体2排气。
42.步骤一点位放样，如图2所示，按照设计要求对穹顶进行环向分区，各分区等距划分锚杆位置，精确放出锚杆孔位。
43.步骤二钻孔、清孔，如图1和图6所示，通过控制钻孔台车的移动以及机械臂的位置控制钻头与地面的夹角θ，使得钻入角度始终垂直于穹顶曲面钻孔位置所对应的切面，保证孔位钻孔质量。部分地质情况较差部位可根据现场岩层产状及节理裂隙发育情况调整锚杆布设位置及角度。步骤二中锚杆钻机按照多回转，少冲击的原则慢慢地钻进，直至设计深度，锚杆钻孔钻进达到设计深度后，稳钻1-2分钟，在钻孔完成后，将孔内岩粉及碎渣全部清除出孔外。步骤二中锚杆钻孔孔位允许偏差
±
150mm，孔深偏差
±
50mm。组装锚杆前，检查锚杆配件是否齐全，检查塑料扎带是否存在断裂破损。
44.步骤三组装、安装锚杆，如图3所示，左旋涨壳锚头1至其挡片与涨壳芯、锚杆体一端齐平，将锚杆装入锚孔，到位后左旋同时拉动杆体使涨壳锚头充分涨开无法拉动杆体，依次安装垫板3、球垫4、螺母5，垫板3扣紧岩壁，球垫4的半球侧贴紧垫板中孔，调整垫板3与球垫4角度后用扳手旋紧螺母5，为保证涨壳锚头1有效、快速涨开，装锚杆前，将u型钢片向两侧开一定角度，初始时起到悬挂作用，增大涨壳锚头1与孔壁摩擦，形成初始锚固力，同时防止锚杆滑落伤人，插入锚杆过程中，如遇顶进卡顿，可用风钻协助，但不可顶伤中空锚杆体2末端，安装垫板3时，如孔口不平，应采用砂浆抹平处理，使垫板3与岩面密贴，避免注浆后浆液外流，中空锚杆体2正确安放就位后，至注浆浆体硬化前不得被晃动。
45.步骤四施加预应力时，如图4所示，依次连接加长杆2，依次安装支架6、千斤顶8、球垫4、工作螺母，左旋手摇柄右前侧的液压阀门，拧紧工作螺母，打开手摇柄数显仪表，按清零按钮，右旋旋紧液压阀门，安装不可有间隙且保证同轴居中。采用千斤顶张拉时，千斤顶第一次张拉至设计值的60％，第二次张拉至设计值的120％，张拉过程中注意千斤顶行程，随时进行换步，换步前拧紧螺母，左旋液压阀门泄压，复位后，右旋液压阀门加压，张拉后的锚杆及时做好标记，避免复拉和遗漏。锚杆张拉完成应进行螺栓紧固，拧紧螺帽的扭矩不应小于100n
·
m，托板安装后，应按时检查紧固情况，如有松动，及时处理。预应力施加完成后及时进行注浆，注浆前对垫板与岩壁缝隙进行封堵。使用专用螺杆泵注浆机注浆，注浆采用水灰比为0.38:1的单液水泥浆。浆液拌合方式为先加水再加水泥，保证浆液拌合均匀，注浆料应随用随拌，在初凝前全部用完，以免时间过长，在泵、管中凝结，为保证穹顶预应力锚杆
注浆饱满，应在孔口设置密封装置。
46.步骤五注浆，如所图5所示，锚杆安装后插入pe管15～20cm作为注浆管。孔口用1：0.3水泥浆封口至孔口深5～8cm，注浆管外露约10cm，泥浆抹平后安装垫板张拉预应力，螺母锁定荷载。待泥浆结硬达一定强度后即可注浆。锚杆张拉应有序进行，对不合格的锚杆，若具有二次高压灌浆的条件，进行二次灌浆处理，锚杆注浆应考虑时效性，在锚杆张拉锚固48h内完成注浆作业。
47.尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。