專利名稱：隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)
一、 技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種隧道鋼拱架鎖腳錨桿 網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)。
二、 背景技術(shù)
20世紀(jì)40年代在地下工程中使用錨桿支護(hù)以來(lái)，錨桿加固技術(shù)發(fā)展非常迅 速，現(xiàn)已成為地下工程支護(hù)中的一種主要支護(hù)形式。美國(guó)、澳大利亞的地下工
程支護(hù)中，錨桿支護(hù)占90%以上，西歐、中歐等國(guó)家以及日本等國(guó)，傳統(tǒng)的支護(hù) 方式是金屬支架，近30多年來(lái)，這些國(guó)家錨桿支護(hù)也有很大的發(fā)展，并成為地
下支護(hù)的主要形式。
我國(guó)的錨桿加固技術(shù)早在20世紀(jì)50年代中期就已起步，當(dāng)時(shí)主要采用機(jī) 械式金屬錨桿，發(fā)展速度緩慢。20世紀(jì)70年代至80年代末，錨噴支護(hù)逐漸運(yùn) 用到鐵路隧道工程建設(shè)中。當(dāng)時(shí)由于鐵路單線隧道斷面較小，再加上我國(guó)鋼材 產(chǎn)量較低，隧道初期支護(hù)主要采用錨桿、噴射混凝土以及鋼筋網(wǎng)組成的聯(lián)合支 護(hù)。為此，我國(guó)工程技術(shù)人員做了大量的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，錨桿在錨噴支 護(hù)結(jié)構(gòu)中起著重要作用，隨之，噴錨支護(hù)在隧道工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。
20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著大量雙線鐵路和公路隧道的修建， 一方面隧道的 斷面越來(lái)越大，另一方面隧道工程所遇到的地質(zhì)情況越來(lái)越復(fù)雜，僅由錨桿、噴射混凝土以及鋼筋網(wǎng)組成的聯(lián)合支護(hù)己經(jīng)難以保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而 此時(shí)我國(guó)的鋼鐵工業(yè)得到了迅速發(fā)展，為工程建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支持。所以，
在軟弱圍巖(iv、 V、 VI級(jí)圍巖)條件下，隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)就由鋼拱架、噴射
混凝土、鋼筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿等多種支護(hù)措施組合而成。而在這種組合情況下， 系統(tǒng)錨桿的支護(hù)效果如何？國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料表明，目前尚無(wú)人對(duì)鋼拱架支護(hù)條 件下，軟弱圍巖系統(tǒng)錨桿的作用效果及其機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究。
此外，在理論計(jì)算分析中，系統(tǒng)錨桿的受力分析難度很大，往往人為地假
定系統(tǒng)錨桿支護(hù)的效果是提高了圍巖的c、 4M直。這在軟弱圍巖中顯然是錯(cuò)誤的， 相反往往由于打入了錨桿反而破壞了圍巖的結(jié)構(gòu)，降低了圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 目前，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)多采用復(fù)合式襯砌，它是由初期支護(hù)和二次襯砌組成。 在軟弱圍巖(IV、 V、 VI級(jí)圍巖)情況下，初期支護(hù)由鋼拱架、噴射混凝土、鋼 筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿等多種支護(hù)措施組合而成(見圖3)。各種支護(hù)措施對(duì)隧道結(jié)構(gòu) 的安全和穩(wěn)定都有著不同程度的貢獻(xiàn)。其中，長(zhǎng)期以來(lái)，系統(tǒng)錨桿被認(rèn)為具有 "組合梁作用"和"加固拱作用"等而使圍巖得到加固。然而，工程實(shí)踐中錨 桿的這些作用是否能得到充分發(fā)揮，系統(tǒng)錨桿的支護(hù)效果究竟如何？對(duì)這個(gè)問 題隧道工程界有不同的觀點(diǎn)。 一種觀點(diǎn)認(rèn)為，在軟弱圍巖隧道系統(tǒng)錨桿對(duì)隧道 穩(wěn)定性作用不大；另一種觀點(diǎn)則截然相反。
在軟弱圍巖中，采用由鋼拱架、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)和系統(tǒng)錨桿共同組成 的聯(lián)合支護(hù)不盡合理，其原因是鋼拱架是依靠"被動(dòng)支撐"限制圍巖變形來(lái)維 持圍巖穩(wěn)定的，而錨桿支護(hù)是通過錨桿與圍巖之間的粘結(jié)或摩擦作用，利用兩 種材料不同的彈性模量，使錨桿為"拉桿"去主動(dòng)加固圍巖并充分利用圍巖自 身承載力來(lái)維持圍巖穩(wěn)定的。錨桿安設(shè)時(shí)一端需錨固在穩(wěn)定巖層中，通過圍巖變形獲得一定的相對(duì)位移以發(fā)揮其支護(hù)作用，可見兩者對(duì)隧道支護(hù)的機(jī)理不同。 在目前軟弱圍巖隧道施工過程中，通常采用的支護(hù)順序是開挖一初噴混 凝土一立鋼拱架一掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片一安設(shè)錨桿一噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，顯然， 鋼拱架安設(shè)以后就限制了圍巖的變形，制約了錨桿作用的發(fā)揮。
此外，從目前的施工現(xiàn)狀看，軟弱圍巖中錨桿通過砂漿與圍巖的粘結(jié)力往 往很差，特別是拱部系統(tǒng)錨桿，錨桿的砂漿注滿度很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。且軟弱 圍巖隧道多采用分部開挖，施工場(chǎng)地狹小，錨桿施工難度大，往往不能及時(shí)徑 向施作。施工單位刻意縮短錨桿長(zhǎng)度、減少錨桿數(shù)量的現(xiàn)象也屢見不鮮。極大 的影響了其支護(hù)效果的發(fā)揮。
三、實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種在軟弱圍巖 (IV、 V、 VI級(jí)圍巖)條件下隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，其可以大大縮 短施工工期，降低施工難度，更有利于保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且明顯降 低工程造價(jià)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為-
一種隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，包括鋼拱架，其特征在于鋼拱 架上設(shè)置有鋼筋網(wǎng)，鋼拱架接頭處設(shè)有鎖腳錨桿，鋼拱架四周為噴射混凝土層， 噴射混凝土層外為模筑混凝土層。
上述噴射混凝土層與模筑混凝土層之間設(shè)有防水層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下
1、依據(jù)黃土隧道設(shè)計(jì)與施工相關(guān)研究成果，在鋼拱架支護(hù)條件下，系統(tǒng)錨桿對(duì)隧道穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全作用不大，取消系統(tǒng)錨桿對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全無(wú)影響。
2、 可以大大縮短施工工期。例如，在粘土層錨桿施工成孔困難，耗費(fèi)時(shí)間 長(zhǎng)，以VI級(jí)圍巖為例，設(shè)計(jì)共布置了長(zhǎng)4米的錨桿51根/延米，據(jù)粗略估計(jì)， 錨桿施工的時(shí)間約占每個(gè)循環(huán)作業(yè)時(shí)間的10%左右。
3、 更有利于保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。隧道開挖后，取消系統(tǒng)錨桿施工可 及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土施工，及早封閉圍巖，及早形成完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于 施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
4、 可降低工程造價(jià)。以VI級(jí)圍巖為例，設(shè)計(jì)共布置了長(zhǎng)4米的錨桿51根 /延米，按錨桿造價(jià)50元/米計(jì)，可節(jié)省10200元/延米?？梢娖浣?jīng)濟(jì)效益十 分顯著。
5、 本實(shí)用新型具有較大學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。若將其推廣應(yīng)用于軟弱 圍巖山嶺隧道建設(shè)中，每年可為國(guó)家節(jié)省數(shù)億元工程資金。
四、

圖l為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1的A-A剖視圖3為現(xiàn)有的隧道襯砌結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，l-鎖腳錨桿，2-鋼拱架接頭處，3-圍巖，4-鋼筋網(wǎng)，5-鋼拱架，6-噴射混凝土層，7-防水層，8-模筑混凝土層。
五具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型在軟弱圍巖條件下，將初期支護(hù)由錨噴支護(hù)形式(系統(tǒng)錨桿+ 噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架)改為鋼噴支護(hù)形式(鋼拱架+鎖腳錨桿(管)+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土)，即取消系統(tǒng)錨桿，采用鋼拱架接頭處鎖腳錨桿(管)
取代。參見圖1和圖2，包括鋼拱架5，鋼拱架5上設(shè)置有鋼筋網(wǎng)4，鋼拱架接 頭處2設(shè)有鎖腳錨桿(管)1，鋼拱架5四周為噴射混凝土層6，噴射混凝土層 6外為模筑混凝土層8，噴射混凝土層6與模筑混凝土層8之間設(shè)有防水層7。 實(shí)際使用時(shí)，隧道開挖后，先除噴混凝土，再架立鋼拱架5，其次掛設(shè)鋼筋網(wǎng)4， 打鎖腳錨桿(管)1，再噴射混凝土，形成初期支護(hù)體系。
通過對(duì)某隧道試驗(yàn)段的測(cè)試，本實(shí)用新型完全達(dá)到支護(hù)要求
(1) 通過對(duì)取消系統(tǒng)錨桿后的2個(gè)試驗(yàn)段的測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，各監(jiān)測(cè)斷 面的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形趨于穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)受力安全，說明取消系統(tǒng)錨桿后隧道的初期 支護(hù)仍然是穩(wěn)定安全的。在軟弱圍巖隧道中采用由鋼拱架+鎖腳錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴 射混凝土組成的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是合理可行的。
(2) 通過對(duì)試驗(yàn)段所在標(biāo)段IV級(jí)圍巖隧道施工各工序所需時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，完成 初期支護(hù)每循環(huán)所需總時(shí)間約14小時(shí)。在6臺(tái)風(fēng)鉆(上臺(tái)階4臺(tái)，中臺(tái)階2臺(tái)) 同時(shí)施工的情況下，每循環(huán)系統(tǒng)錨桿施作時(shí)間約為2小時(shí)，取消系統(tǒng)錨桿可縮 短工序循環(huán)時(shí)間，并能及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土施工，及早封閉圍巖以形成完整的 支護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
(3)試驗(yàn)段所在標(biāo)段IV級(jí)圍巖隧道工程造價(jià)為33757元/延米，錨桿造價(jià) 為46元/延米，設(shè)計(jì)中3m長(zhǎng)系統(tǒng)錨桿數(shù)量為20根/延米，系統(tǒng)錨桿的造價(jià)共 計(jì)2760元/延米，占工程總造價(jià)的8.2%。由此可見，取消系統(tǒng)錨桿可顯著降 低工程造價(jià)。
權(quán)利要求1、一種隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，包括鋼拱架(5)，其特征在于鋼拱架(5)上設(shè)置有鋼筋網(wǎng)(4)，鋼拱架接頭處(2)設(shè)有鎖腳錨桿(1)，鋼拱架(5)四周為噴射混凝土層(6)，噴射混凝土層(6)外為模筑混凝土層(8)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，其特征在于 噴射混凝土層(6)與模筑混凝土層(8)之間設(shè)有防水層(7)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，其可以大大縮短施工工期，降低施工難度，更有利于保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且明顯降低工程造價(jià)。本實(shí)用新型包括鋼拱架，鋼拱架上設(shè)置有鋼筋網(wǎng)，鋼拱架接頭處設(shè)有鎖腳錨桿，鋼拱架四周為噴射混凝土層，噴射混凝土層外為模筑混凝土層，噴射混凝土層與模筑混凝土層之間設(shè)有防水層。
文檔編號(hào)E21D11/10GK201162536SQ200820028260
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者羅彥斌, 陳建勛 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)