钻爆法隧道IV级围岩喷锚支护体系的施工方法与流程
钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法
技术领域
1.本发明属于地下工程技术领域，具体涉及钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法。
背景技术：
2.钻爆法具有对复杂地质条件适应性强、施工成本较低、前期投入少等特点，是目前和将来一段时期内隧道开挖的主要手段。自新奥法问世以来，传播迅速、不断发展，解决了许多疑难工程的施工问题。但是，在实际隧道工程中，长期以来的浅部隧道建设形成了以型钢拱架为主要手段的被动支护理念，忽视了围岩结构效能。这样的支护体系依赖格栅钢架，人力投入大，工序转换复杂，制约了机械化工艺的发展。其中，型钢拱架的施做是整个钻爆法施工工序中施工人员最多，劳动强度最大，机械化程度最低的环节，在安装前需要布设操作台架，拱架也是由人员肩扛固定，耗费时间较长，且难以机械化操作。并且，型钢拱架和钢筋网的施做不可避免使喷射混凝土整体刚度过大，导致的混凝土与围岩不密贴、背后空洞及混凝土回弹量大问题。如果能够在钻爆法隧道建造中取消这一工序，则可使施工效率、人力投入大幅降低。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，取消了型钢拱架安装环节，使钻爆法施工的机械化程度提升，提高了施工效率。
4.本发明采用以下技术方案：钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
5.步骤s1、围岩的一段爆破开挖后，在已开挖段内，采取同时由隧道左右两侧边墙至上方拱部的顺序，顺次喷射一层钢纤维喷射混凝土，初凝形成钢纤维喷射混凝土层；
6.步骤s2、在钢纤维喷射混凝土已初凝的围岩上方布设锚杆孔口，并钻孔至设计深度，将预应力锚杆装入钻孔内，并向孔内注浆；相邻的两个锚杆孔口的距离为0.8-1m；
7.步骤s3、在已安装预应力锚杆的围岩内，采取同时由隧道左右两侧边墙至上方拱部的顺序，向初凝后的钢纤维喷射混凝土上喷射一层或两层钢纤维喷射混凝土层，直至达设计厚度；当为两层时，在第一层初凝后喷射第二层。
8.进一步地，在步骤s3中，设计厚度15cm。
9.进一步地，在步骤s2中，两侧边墙的厚度为7-10cm，拱部的厚度为5-8cm。
10.进一步地，在钢纤维喷射混凝土中，每立方米的混凝土中，钢纤维的掺加量为20-40kg。
11.进一步地，锚杆为涨壳式锚杆。
12.进一步地，在步骤s1中，采取光面爆破的方式对围岩进行全断面开挖，每段开挖的长度为3-5m。
13.本发明还公开了钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系，包括：多个锚杆、和多层钢纤
维喷射混凝土层，其中：
14.多个锚杆，均为预应力涨壳式锚杆，其一端用于由围岩上方装入锚杆孔中，另一端位于围岩外；多个锚杆分为多排，每排中包括数个锚杆；多排锚杆沿围岩的纵向走向间隔排布，每排中，数个锚杆位于同一断面，且环绕于断面间隔排布；相邻的两个锚杆间在锚杆孔口的距离为0.8-1m；
15.多层钢纤维喷射混凝土层，由钢纤维喷射混凝土初凝形成，喷涂覆盖于围岩已开挖段内的边墙和拱部，且分层排布，边墙和拱部的层数相同或者不相同；在边墙或拱部，每层的喷射厚度相同或者不相同，且贴于围岩内壁的钢纤维喷射混凝土层的喷射厚度如下：两侧边墙的厚度为7-10cm，拱部的厚度为5-8cm。
16.本发明的有益效果是：1.通过安装加密预应力锚杆与围岩内壁面喷射钢纤维喷射混凝土相结合，加密预应力锚杆改善了围岩的力学性能，降低了围岩开挖后的强度劣化，降低对被动支护结构强度和刚度的要求，相比未施做预应力锚杆的情况，围岩的弹性模量提高20％以上。2.在围岩内喷射钢纤维喷射混凝土，使初期喷射钢纤维喷射混凝土的强度和弹性模量提升，且通过分段、分层喷射的方法，稳固围岩。3.取消了钻爆法施工工序中，施工人员最多，劳动强度最大，机械化程度最低的型钢拱架安装环节，使钻爆法施工的机械化程度提升，使施工效率提升60％以上，并大幅缩减了作业人员；避免了的混凝土与围岩不密贴、背后空洞及混凝土回弹量大问题。
附图说明
17.图1为iv级围岩隧道制动支护结构横断面图；
18.其中：1.围岩；2.钢纤维喷射混凝土层；3.锚杆。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
20.本发明钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法采用涨壳式锚杆作为主动支护结构并施加预应力，提高了洞室周围围岩的径向应力，利用围岩的压硬性特性，提高了围岩的抗压强度和弹性模量，降低了洞室周围围岩的径向位移，从而使作用在喷射钢纤维混凝土形成的被动支护结构上的荷载降低；被动支护所受荷载的降低使其所需的强度和刚度降低，使型钢拱架的取消成为可能；另外，钢纤维喷射混凝土的使用，在一定程度上弥补了取消型钢拱架损失的强度和刚度，最终使取消型钢拱架后围岩和支护结构仍保持稳定。
21.本发明钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
22.步骤s1、围岩1的一段爆破开挖后，在已开挖段内，采取同时由隧道左右两侧边墙至上方拱部的顺序，顺次喷射一层钢纤维喷射混凝土，初凝形成钢纤维喷射混凝土层2，对围岩形成支护，避免围岩内的碎石掉落，以保证施工人员的安全。
23.在钢纤维喷射混凝土中，每立方米的混凝土中，钢纤维的掺加量为20-40kg，钢纤维采用c30钢纤维，掺加入钢纤维后，提高了喷射混凝土的强度和弹性模量，从而使初期喷射混凝土的强度和刚度大幅提升。采取光面爆破的方式对围岩1进行全断面开挖，每段开挖的长度为3-5m。两侧边墙的厚度为7-10cm，拱部的厚度为5-8cm。
24.步骤s2、在已形成钢纤维喷射混凝土层2的围岩1上方布设锚杆孔口，并钻孔至设计深度，将预应力锚杆3装入钻孔内，并向孔内注浆，长度2.5-3m。具体采用三臂凿岩台车进行钻孔，钻孔直径为45mm。锚杆3为涨壳式锚杆。相邻的两个锚杆孔口的距离为0.8-1m，即锚杆孔口的间距减小，以实现锚杆3的加密。多个锚杆3作为主动支护结构，并施加预应力，改良围岩的力学性能，从而降低对被动支护结构强度和刚度的要求。
25.锚孔钻完后用高压风清孔，并检查锚孔是否平直畅通，不合格者重新钻孔。锚杆孔位偏差不大于150mm，孔深不得小于设计长度。用注浆泵向孔内注浆，注浆管直径不小于16mm，伸入距孔底5-10cm处，送浆后退注浆管，注浆管必须借助浆压缓缓退出，直到孔口溢出浓浆，即可拔出。杆体插入长度至少达到设计长度的95％，且应位于孔的中心。注浆时应确保浆液注满孔体，采用p.042.5的普通硅酸盐水泥，水灰比控制范围0.38-0.45，注浆压力控制在0.5-1mpa。
26.步骤s3、在已安装预应力锚杆3的围岩内，采取同时由隧道左右两侧边墙至上方拱部的顺序，向初凝后的钢纤维喷射混凝土层2上喷射一层或两层钢纤维喷射混凝土层2，直至达15cm。在步骤s3中，边墙和拱部的层数相同或者不相同；在边墙或拱部，每层的喷射厚度相同或者不相同，如图1所示。
27.重复步骤s1-s3，进行下一循环施工。
28.采用上述施工方法，边墙和拱部处总的钢纤维喷射混凝土层2的厚度只需要15cm，节省了混凝土的用量。如果在步骤s1中两侧边墙的钢纤维喷射混凝土层2的厚度为8cm，拱部的钢纤维喷射混凝土层2的厚度为5cm；则在步骤s3中，两侧边墙中，可喷射一层钢纤维喷射混凝土层2，厚度为7cm。拱部依次喷射两层钢纤维喷射混凝土层2，每层钢纤维喷射混凝土层2的厚度均为5cm。具体的钢纤维喷射混凝土层2的厚度的选择标准是以最终的设计厚度而定的，在限定的数值范围内进行选择，在喷射时，喷嘴与受喷面保持垂直，距受喷面0.6-1.0m，喷射机压力不小于0.2mpa。
29.本发明还公开了上述钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法中的钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系，包括：包括：多个锚杆3、和多层钢纤维喷射混凝土层2，其中：多个锚杆3，均为预应力涨壳式锚杆，其一端用于由围岩1上方装入锚杆孔中，另一端位于围岩1外；多个锚杆3分为多排，每排中包括数个锚杆3；多排锚杆3沿围岩1的纵向走向间隔排布，每排中，数个锚杆3位于同一断面，且环绕于断面间隔排布；相邻的两个锚杆3间在锚杆孔口的距离为0.8-1m。
30.多层钢纤维喷射混凝土层2，总厚度为15cm，由钢纤维喷射混凝土初凝形成，喷涂覆盖于围岩1已开挖段内的边墙和拱部，且分层排布，边墙和拱部的层数相同或者不相同；在边墙或拱部，每层的喷射厚度相同或者不相同，且贴于围岩喷射面的一层的喷射厚度如下：两侧边墙的厚度为7-10cm，拱部的厚度为5-8cm。
31.本发明中的施工方法，采取由下方边墙至上方拱部喷射的顺序，先喷射下部，则下方喷射的钢纤维喷射混凝土先凝固，再对上方的拱部喷射钢纤维喷射混凝土，下方的钢纤维喷射混凝土会对上方喷射的钢纤维喷射混凝土形成支撑，避免了上方喷射的钢纤维喷射混凝土向下流，而导致上方喷射的钢纤维喷射混凝土过少且不均，保证了上方凝固的钢纤维喷射混凝土的强度满足要求。
32.在本发明中，为降低围岩支护中需要被动支护结构提供的支护反力，对主动支护
结构进行了加强，采用涨壳式锚杆作为主动支护结构并施加预应力。通过主动支护结构改良围岩的力学性能，从而降低对被动支护结构强度和刚度的要求，使型钢拱架的取消成为可能。
33.采用本发明中的施工方法，对双车道7.5m*7.5m的隧道进行施工，先采取光面爆破的方式进行全断面开挖，每段长度为3m。相邻的两个锚杆孔口的距离为0.8m。贴于围岩喷射面的一层刚纤维喷射混凝土层2的喷射厚度如下：两侧边墙的厚度为8cm，拱部的厚度为7cm；再次喷射钢纤维喷射混凝土时，两侧边墙钢纤维喷射混凝土层2的厚度为7cm，拱部钢纤维喷射混凝土层2的厚度为8cm；边墙和拱部处的钢纤维喷射混凝土层2的总厚度均为15cm。刚纤维喷射混凝土中钢纤维的加入量为每立方米混凝土中加入35kg。
34.素喷混凝土和钢拱架+网喷混凝土中，根据施工要求，喷射混凝土的厚度均为23cm。钢拱架+网喷混凝土中，拱架为选用i16间距1m；钢筋规格φ6，25cm
×
25cm。
35.如下各表格中的比较，是基于围岩全断面开挖两段，总长度为6m基础上进行的比对。
36.表1不同喷射混凝土的性能对比
[0037][0038]
表2钢纤维喷射混凝土和钢拱架+网喷混凝土的支护效果对比
[0039]
[0040][0041]
表3iv级围岩支护施工时间对比
[0042][0043]
由表1中的数据可知，采用本发明中的施工方法，刚纤维喷射混凝土的变形能力、抗收缩变性、裂缝分散性、抗疲劳、施工性、韧性和强度均优于钢拱架+网喷混凝土。
[0044]
由表2中的数据可知，钢纤维喷射混凝土的沉降值和水平收敛均优于锚网喷钢架支护。
[0045]
由表3中的数据可知，采用本发明中的施工方法，日进尺达5m，而采用钢拱架+网喷混凝土支护，日进尺3m，采用本发明中的施工方法，使施工效率提升60％以上。
技术特征：
1.钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，其特征在于，该施工方法包括如下步骤：步骤s1、围岩(1)的一段爆破开挖后，在已开挖段内，采取同时由隧道左右两侧边墙至上方拱部的顺序，顺次喷射一层钢纤维喷射混凝土，初凝形成钢纤维喷射混凝土层(2)；步骤s2、在钢纤维喷射混凝土(2)已初凝的围岩(1)上方布设锚杆孔口，并钻孔至设计深度，将预应力锚杆(3)装入钻孔内，并向孔内注浆；相邻的两个所述锚杆孔口的距离为0.8-1m；步骤s3、在已安装预应力锚杆(3)的围岩内，采取同时由隧道左右两侧边墙至上方拱部的顺序，向初凝后的钢纤维喷射混凝土上喷射一层或两层钢纤维喷射混凝土层(2)，直至达设计厚度；当为两层时，在第一层初凝后喷射第二层。2.如权利要求1所述的钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，其特征在于，在步骤s3中，设计厚度15cm。3.如权利要求1或2所述的钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，其特征在于，在所述步骤s2中，两侧边墙的厚度为7-10cm，拱部的厚度为5-8cm。4.如权利要求3所述的钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，其特征在于，在钢纤维喷射混凝土中，每立方米的混凝土中，钢纤维的掺加量为20-40kg。5.如权利要求4所述的钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，其特征在于，所述锚杆(3)为涨壳式锚杆。6.如权利要求5所述的钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系的施工方法，其特征在于，在所述步骤s1中，采取光面爆破的方式对围岩(1)进行全断面开挖，每段开挖的长度为3-5m。7.钻爆法隧道iv级围岩喷锚支护体系，其特征在于，包括：多个锚杆(3)、和多层钢纤维喷射混凝土层(2)，其中：所述多个锚杆(3)，均为预应力涨壳式锚杆，其一端用于由围岩(1)上方装入锚杆孔中，另一端位于围岩(1)外；多个锚杆(3)分为多排，每排中包括数个锚杆(3)；多排锚杆(3)沿围岩(1)的纵向走向间隔排布，每排中，数个所述锚杆(3)位于同一断面，且环绕于断面间隔排布；相邻的两个所述锚杆(3)间在锚杆孔口的距离为0.8-1m；所述多层钢纤维喷射混凝土层(2)，由钢纤维喷射混凝土初凝形成，喷涂覆盖于围岩(1)已开挖段内的边墙和拱部，且分层排布，边墙和拱部的层数相同或者不相同；在边墙或拱部，每层的喷射厚度相同或者不相同，且贴于围岩内壁的钢纤维喷射混凝土层(2)的喷射厚度如下：两侧边墙的厚度为7-10cm，拱部的厚度为5-8cm。
技术总结
本发明公开了一种钻爆法隧道IV级围岩喷锚支护体系的施工方法，包括如下步骤：步骤S1、围岩的一段爆破开挖后，在已开挖段内，采取同时由隧道左右两侧边墙至上方拱部的顺序，顺次喷射一层钢纤维喷射混凝土，初凝形成钢纤维喷射混凝土层；步骤S2、在钢纤维喷射混凝土已初凝的围岩上方布设锚杆孔口，并钻孔至设计深度，将预应力锚杆装入钻孔内，并向孔内注浆；相步骤S3、在已安装预应力锚杆的围岩内，采取同时由隧道左右两侧边墙至上方拱部的顺序，向初凝后的钢纤维喷射混凝土上喷射一层或两层钢纤维喷射混凝土层，直至达设计厚度。采用该施工方法取消了型钢拱架安装环节，使钻爆法施工的机械化程度提升，提高了施工效率。提高了施工效率。提高了施工效率。
