一种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护结构及施工方法和应用与流程

本发明属于隧洞施工，具体涉及一种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护结构及施工方法和应用。

背景技术：

1、岩体结构面是岩体形成及地质作用过程中发育的各种地质界面，包括层面、沉积间断面、节理、断层、软弱夹层和古风化壳等。结构面是力学上的不连续面，是影响隧洞围岩稳定的重要因素。特别是当结构面缓倾时，隧洞开挖后顶拱岩体呈梁板状结构，在自重应力作用下，容易产生拉裂变形，引起顶板沿这些控制性软弱结构面单层弯曲下沉或掉块，进而沿结构面坍塌。

2、现有隧洞施工技术中，往往隧洞开挖之后再对顶拱缓倾角结构面进行针对性支护，或者采用超前锚杆、导管或者管棚等方法对隧洞顶拱进行超前支护。然而，一方面隧洞开挖之后不能避免顶拱软弱结构面的下沉和掉块，另一方面，现有的超前支护方法不仅需要末端支撑结构，而且仅仅为短时间内控制围岩变形和松动、改善施工环境的临时支护手段，其加固围岩的效果和深度范围有限。因而，即使采用现有超前支护方法，隧洞顶拱缓倾角结构面开挖过程中仍旧存在掉块、坍塌的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中隧洞开挖过程中，隧洞顶拱岩体沿缓倾角结构面弯曲下沉或掉块，即使采用现有的超前支护方法，顶拱仍旧存在坍塌风险的技术问题。

2、为此，本发明提供了一种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，包括以下步骤：

3、(1)沿隧洞延伸方向，按预设距离开挖岩体，形成掌子面；

4、(2)在掌子面上朝掘进方向的缓倾角结构面内打设锚杆组，锚杆组内锚杆数量n不少于两根，锚杆的打设仰角均为α，相邻锚杆在隧洞延伸方向的间距均为l2。

5、具体的，上述步骤(1)还包括获取缓倾角结构面特征，根据缓倾角结构面特征确定锚杆的长度l1、打设仰角α、锚杆组内锚杆数量n和间距l2。

6、具体的，上述步骤(2)打设锚杆组具体为：在掌子面上朝掘进方向依次打设锚杆孔1至锚杆孔n，打设仰角均为α；同组内相邻序号的锚杆孔在隧洞延伸方向的间距为l2；向锚杆孔1至锚杆孔n中分别插入锚杆1至锚杆n；向锚杆孔1至锚杆孔n中灌注水泥，待水泥凝固后完成预支护。

7、具体的，上述锚杆孔n的长度大于或等于锚杆n长度，且锚杆n位于掌子面上方掘进方向的缓倾角结构面内。

8、具体的，上述步骤(2)中通过伸缩连接杆向锚杆孔1至锚杆孔n中分别插入锚杆1至锚杆n；锚杆一端均与伸缩连接杆可拆卸连接。

9、具体的，上述锚杆1至锚杆n远离伸缩连接杆的一端均设有敲击式膨胀头。

10、具体的，上述步骤(2)中在掌子面上朝掘进方向的缓倾角结构面内打设多组锚杆组；各锚杆组的打设仰角相同或不同。

11、具体的，上述各锚杆组的锚杆孔1与掌子面的交点均位于掌子面与隧洞顶拱交界处，且沿隧洞顶拱的周向间隔布置。

12、本发明还提供了一种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护结构，包括锚杆组；所述锚杆组包括至少两根锚杆；所述锚杆沿隧洞延伸方向依次布置在未挖掘的隧洞上方的缓倾角结构面内；同组内每根所述锚杆的打设仰角均相同，且相邻锚杆在隧洞延伸方向的间距相等。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

14、1、本发明提供的这种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护结构针对隧洞顶拱缓倾角结构面，在掌子面打设超前锚杆，对掌子面前方顶拱缓倾角结构面进行预支护，可以缓解隧洞开挖之后顶板沿缓倾角软弱结构面下沉、掉块、坍塌，进而威胁施工安全的风险。

15、2、本发明提供的这种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法的施工过程中，在掌子面打设仰孔至掌子面前方顶拱上方，锚杆由连接杆送至孔底，相较于现有超前锚杆、导管或者管棚等超前支护手段，不仅无需末端支撑结构、节省材料成本，而且能有效加固一定深度范围内的顶拱围岩。连接杆将锚杆送至孔底后，连接杆可以拆卸并取出，整根锚杆均位于顶拱上方，掌子面前方无任何需要切割移除的构件，可以正常进行下一步开挖。

16、以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，其特征在于：步骤(1)还包括获取缓倾角结构面特征，根据缓倾角结构面特征确定锚杆的长度l1、打设仰角α、锚杆组内锚杆数量n和间距l2。

3.如权利要求2所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，其特征在于，所述步骤(2)打设锚杆组具体为：在掌子面上朝掘进方向依次打设锚杆孔1至锚杆孔n，打设仰角均为α；同组内相邻序号的锚杆孔在隧洞延伸方向的间距为l2；向锚杆孔1至锚杆孔n中分别插入锚杆1至锚杆n；向锚杆孔1至锚杆孔n中灌注水泥，待水泥凝固后完成预支护。

4.如权利要求3所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，其特征在于：所述锚杆孔n的长度大于或等于锚杆n长度，且锚杆n位于掌子面上方掘进方向的缓倾角结构面内。

5.如权利要求3所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过伸缩连接杆向锚杆孔1至锚杆孔n中分别插入锚杆1至锚杆n；锚杆一端与伸缩连接杆可拆卸连接。

6.如权利要求5所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，其特征在于：锚杆1至锚杆n远离伸缩连接杆的一端均设有敲击式膨胀头。

7.如权利要求3所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，其特征在于：所述步骤(2)中在掌子面上朝掘进方向的缓倾角结构面内打设多组锚杆组；各锚杆组的打设仰角相同或不同。

8.如权利要求7所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，其特征在于：各锚杆组的锚杆孔1与掌子面的交点均位于掌子面与隧洞顶拱交界处，且沿隧洞顶拱的周向间隔布置。

9.一种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护结构，其特征在于：包括锚杆组；所述锚杆组包括至少两根锚杆；所述锚杆沿隧洞延伸方向依次布置在未挖掘的隧洞上方的缓倾角结构面内；同组内每根所述锚杆的打设仰角均相同，且相邻锚杆在隧洞延伸方向的间距相等。

10.如权利要求1-8任意一项所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法或权利要求9所述隧洞顶拱缓倾角结构面预支护结构在隧洞施工中的应用。

技术总结
本发明属于隧洞施工技术领域，具体提供了一种隧洞顶拱缓倾角结构面预支护施工方法，包括以下步骤：(1)沿隧洞延伸方向，按预设距离开挖岩体，形成掌子面；(2)在掌子面上朝掘进方向的缓倾角结构面内打设锚杆组，锚杆组内锚杆数量n不少于两根，锚杆的打设仰角均为α，相邻锚杆在隧洞延伸方向的间距均为L<subgt;2</subgt;。针对隧洞顶拱缓倾角结构面，在掌子面打设超前锚杆，对掌子面前方顶拱缓倾角结构面进行预支护，可以缓解隧洞开挖后顶板沿缓倾角软弱结构面下沉、掉块、坍塌，威胁施工安全的风险。无需末端支撑结构、节省材料成本，能有效加固一定范围内的顶拱围岩。整根锚杆均位于顶拱上方，掌子面前方无需要切割移除的构件，可正常进行后续开挖。

技术研发人员：王吉亮,任自强,许琦,叶健,贾建红
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9