软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法
【专利摘要】本发明公开了软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，设置有软弱围岩竖向锚索施工工艺，包括以下步骤：1）锚索钻孔，在设定的位置处采用水钻的方式钻设锚索孔；2）锚索安装，将锚索安装在对应的锚索孔内；3）锚索注浆，在安装有锚索的锚索孔内进行注浆；4）锚索张拉，对安装好后的锚索进行张拉；用于进行锚索施工，以便采用锚索外拉代替内部支撑的方法进行体系转换，具有方法简单，施工效率高等特点。
【专利说明】
软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法
技术领域
[0001]本发明涉及软弱危岩施工技术领域，具体的说，是软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法。
【背景技术】
[0002]随着我国铁路建设特别是高速铁路的快速发展，受到山区地形、城市建筑条件的限制，超大断面车站隧道的修建也必将越来越多。但在进行施工时，针对隧道洞口边坡高陡，岩体松散破碎的特点，则需要采用锚索框架梁对洞口边坡进行加固，并利用双层大管棚进洞，保证进洞安全。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于设计出软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，用于进行锚索施工，以便采用锚索外拉代替内部支撑的方法进行体系转换，具有方法简单，施工效率高等特点。
[0004]本发明通过下述技术方案实现:软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，设置有软弱围岩竖向锚索施工工艺，包括以下步骤:
1)锚索钻孔，在设定的位置处采用水钻的方式钻设锚索孔；
2)锚索安装，将锚索安装在对应的锚索孔内；
3)锚索注浆，在安装有锚索的锚索孔内进行注浆；
4)锚索张拉，对安装好后的锚索进行张拉。
[0005]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述步骤I)包括以下具体步骤:
1-1)将浅孔钻机就位在需要钻锚索孔的工作位处；
1-2 )根据该处孔深进行钻孔，在钻孔时采用水钻方式进行钻孔；由于围岩岩体破碎，采用浅孔钻机进行向上干钻时，岩体受钻进时振动的影响，易塌坑卡钻，成孔困难，经试验，采用水钻取得了较好的效果，并且有较好的空气环境，但是水钻施工时，由于水会软化围岩，在严格控制用水量时，只要孔壁形成微量泥浆护壁时即可；
1-3)钻孔达到锚固段时，用取岩芯或孔内电视摄像检查并作出锚索孔柱状图及地质编录，为锚索孔缺陷处理提供依据；
1-4)按孔深对返水量情况及岩石破碎情况等作好记录，并按钻孔进尺每5m进行一次孔向测量，若发现孔向发生偏差且不大于1.5度，及时纠正并进行调整;在钻孔操作时，严格按要求设计的孔位及孔深钻孔，开孔偏差不大于20cm，孔深实际长度应不小于设计长度且不大于设计长度的I %，钻孔方向应与设计方向一致，孔向偏差不大于1.5度；
1-5)锚索孔钻孔过程中及成孔后利用高压空气或水对粉尘及泥肩进行彻底清洗，并待钻孔完成并清洗干净后，进行锚索孔的孔口临时封堵，在临时封堵时，应避免碎肩、杂物进入孔口。
[0006]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述步骤2)包括以下具体步骤:
2-1)将锚索孔的临时封堵拆除，并检查锚索孔，保证锚索孔内无泥肩、粉尘；
2-2)将绑扎好注浆管、排气管的锚索编束推进到锚索孔内；锚索编束时需确定好锚固段、自由段长度，将注浆管，排气管一次编束绑扎，带导向帽装索;在进行锚索安装时，锚索应按设计孔深推送到位，若推送受阻，应拉出已推送入孔的锚索并进行扫孔后，再重新推送；
2-3)在牢固的脚手架上将锚索推进到锚索孔内时，锚索的锚固段与自由段的长度比为5:2即可;为达到锚索设计张拉力，经多次试验，最终确定锚固段长15m，自由段6m。
[0007]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述步骤3)包括以下具体步骤:
3-1)将水泥和砂用筛孔孔径为2.5?3mm的筛进行过筛处理；
3-2)将经过过筛处理后的包括水泥及砂的灰浆原材料掺合后用搅拌机进行强制拌合，搅拌时间大于2min，得到锚固用灰浆;在实际施工时，为防止堵管，水泥和砂都应过筛，筛孔孔径为2.5?3_，配置浆体时，各种掺入材料的比例应按重量计，灰浆搅拌必须使用机械进行强制拌合，搅拌时间取决于搅拌机的类型，但最低不应少于2min，浆液随伴随用，超过初凝时间的浆液要废弃；
3-3)对锚索孔的质量缺陷进行处理；
3-4)锚索孔的质量缺陷处理后，将锚索推进到位，对锚固段进行注浆;锚索内锚固段注浆在锚索孔质量缺陷处理完毕，锚索推送就位后进行，锚固段水泥砂浆强度等级C35，水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥砂浆应具有膨胀性；
3-5)锚固段注浆完成后，对锚索进行张拉，合格后进行自由段的注浆，在进行自由段注浆时，当锚索孔口返浆即止;锚索自由段注浆在锚索张拉完毕并报监理审批后，可进行自由段注浆，即二次注浆；自由段水泥砂浆强度等级C30，注浆至锚索孔口返浆为止，以保证自由段注浆饱满、密实，达到保护锚索体的目的。
[0008]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述锚固用灰浆包括锚固段用灰浆及自由段灰浆，锚固段灰浆和自由段灰浆的灰浆原材料配合比为:水泥:细砂:水:高效栗送剂:微膨胀剂=1:0.3:0.37:0.01:0.06;且锚固段灰浆的强度等级为C35，自由段灰浆的强度等级诶C30。
[0009]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:在进行锚索孔注浆时，竖直向上锚索的注浆采用注浆管深入至距锚索孔孔顶50cm的位置，浆液经过自上向下自流灌满锚索孔，最终从锚索孔顶部排气孔出浆时封堵排气孔，压注3分钟后停止注浆。
[0010]对锚索孔进行注浆的作用主要有两个:其一是加固锚索周边的破碎岩体，形成受力岩柱，为锚索张拉提供反作用力；其二是锚固锚索，实际施工试验中，由于注浆管末端的位置和浆液的配合比是控制注浆效果的关键，则确定竖直向上锚索的注浆采用注浆管深入至距孔顶50cm的位置最为合适，浆液经过自上向下自流灌满锚索孔，最终从孔顶部排气孔出浆时封堵排气孔，压注3分钟后停止注浆，并采用自由段带胶皮的钢绞线一次注浆;经多次试验，实际注浆(设计为水泥砂浆)配合比为:水泥:细砂:水:高效栗送剂:微膨胀剂=1:
0.3:0.37:0.01:0.06,浆液中掺加微膨胀剂，达到注浆体与岩体的整体受力，防止浆体固结收缩。
[0011]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述步骤4)对安装好后的锚索进行张拉具体为，完成锚固段注浆后，锚固段灰浆的强度达到设计强度后，进行锚索张拉，包括以下步骤:
4-1)锚索整体张拉前，对单股钢绞线进行预张拉，单股钢绞线的最大预张拉力为单股钢绞线设计张拉力的10 %，且锚索各单元的预拉应力值一致，预张拉按两级进行，每级一个循环，共两个循环；
4-2)对锚索进行整体张拉，分三级进行，第一级张拉力为200KN，第二级张拉力为400KN，第三级张拉力为550KN，当达到各级张拉力时，均应持荷5min，当第三级张拉力稳定后，可锁定锚索。
[0012]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:当锚固段砂浆达到设计强度后，方可进行锚索张拉，在进行锚索整体张拉时，张拉的千斤顶的轴线与锚索轴线一致，锚环、夹片和锚索体张拉部分无泥沙、锈蚀层或其它污物。
[0013]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:在进行锚索整体张拉时，加载速率平缓，速率宜控制在设计预应力的0.Ι/min左右，卸荷载速率宜控制在设计预应力的0.2/min;锚索张拉过程中，对相邻锚索孔预应力的影响可以不考虑，张拉段的封堵孔灌浆，应待相邻锚索张拉完毕，确定是否需要进行补偿张拉之后进行。
[0014]进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:还包括外部保护步骤，经过锚索张拉，并封孔注浆后，从锚具量起留50mm钢绞线，其余部分用机械进行截去，并用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后用C25混凝土进行封锚。
[0015]在进行二次永久衬砌施工前，需拆除临时支护，实际上，锚索张拉后，体系应力已经进行了变化，临时支护拆除后，隧道内部支护体系应力再一次发生转换;体系转换随锚索的张拉过程、拆撑过程而进行，此时内部应力重分布，为保证结构稳定和安全，对结构的变形和内部应力的变化进行监测，对各监测数据制定预警值，并制定应急措施，一旦发现监测值超出预警指标，立即启动应急处理措施，确保体系转换的安全。
[0016]本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
本发明用于进行锚索施工，以便采用锚索外拉代替内部支撑的方法进行体系转换，具有方法简单，施工效率高等特点。
[0017]本发明施工完成后，能够将竖撑的受力转换到锚索，最终形成以下部大拱脚混凝土为基础，以拱部锚索外拉代替支撑，以上部初期支护成拱的结构体系，作用机理明确简洁，结构合理，施工简便。
[0018]本发明所设置的灰浆原材料配备比例，并在浆液中掺加微膨胀剂，达到注浆体与岩体的整体受力，防止浆体固结收缩。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0020]实施例1:
软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，用于进行锚索施工，以便采用锚索外拉代替内部支撑的方法进行体系转换，具有方法简单，施工效率高等特点，特别采用下述设置方式:设置有软弱围岩竖向锚索施工工艺，包括以下步骤:
1)锚索钻孔，在设定的位置处采用水钻的方式钻设锚索孔；
2)锚索安装，将锚索安装在对应的锚索孔内；
3)锚索注浆，在安装有锚索的锚索孔内进行注浆；
4)锚索张拉，对安装好后的锚索进行张拉。
[0021]实施例2:
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述步骤I)包括以下具体步骤:
1-1)将浅孔钻机就位在需要钻锚索孔的工作位处；
1-2 )根据该处孔深进行钻孔，在钻孔时采用水钻方式进行钻孔；由于围岩岩体破碎，采用浅孔钻机进行向上干钻时，岩体受钻进时振动的影响，易塌坑卡钻，成孔困难，经试验，采用水钻取得了较好的效果，并且有较好的空气环境，但是水钻施工时，由于水会软化围岩，在严格控制用水量时，只要孔壁形成微量泥浆护壁时即可；
1-3)钻孔达到锚固段时，用取岩芯或孔内电视摄像检查并作出锚索孔柱状图及地质编录，为锚索孔缺陷处理提供依据；
1-4)按孔深对返水量情况及岩石破碎情况等作好记录，并按钻孔进尺每5m进行一次孔向测量，若发现孔向发生偏差且不大于1.5度，及时纠正并进行调整;在钻孔操作时，严格按要求设计的孔位及孔深钻孔，开孔偏差不大于20cm，孔深实际长度应不小于设计长度且不大于设计长度的I %，钻孔方向应与设计方向一致，孔向偏差不大于1.5度；
1-5)锚索孔钻孔过程中及成孔后利用高压空气或水对粉尘及泥肩进行彻底清洗，并待钻孔完成并清洗干净后，进行锚索孔的孔口临时封堵，在临时封堵时，应避免碎肩、杂物进入孔口。
[0022]实施例3:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述步骤2)包括以下具体步骤:
2-1)将锚索孔的临时封堵拆除，并检查锚索孔，保证锚索孔内无泥肩、粉尘；
2-2)将绑扎好注浆管、排气管的锚索编束推进到锚索孔内；锚索编束时需确定好锚固段、自由段长度，将注浆管，排气管一次编束绑扎，带导向帽装索;在进行锚索安装时，锚索应按设计孔深推送到位，若推送受阻，应拉出已推送入孔的锚索并进行扫孔后，再重新推送；
2-3)在牢固的脚手架上将锚索推进到锚索孔内时，锚索的锚固段与自由段的长度比为5:2即可;为达到锚索设计张拉力，经多次试验，最终确定锚固段长15m，自由段6m。
[0023]实施例4:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述步骤3)包括以下具体步骤:
3-1)将水泥和砂用筛孔孔径为2.5?3mm的筛进行过筛处理；
3-2)将经过过筛处理后的包括水泥及砂的灰浆原材料掺合后用搅拌机进行强制拌合，搅拌时间大于2min，得到锚固用灰浆;在实际施工时，为防止堵管，水泥和砂都应过筛，筛孔孔径为2.5?3_，配置浆体时，各种掺入材料的比例应按重量计，灰浆搅拌必须使用机械进行强制拌合，搅拌时间取决于搅拌机的类型，但最低不应少于2min，浆液随伴随用，超过初凝时间的浆液要废弃；
3-3)对锚索孔的质量缺陷进行处理；
3-4)锚索孔的质量缺陷处理后，将锚索推进到位，对锚固段进行注浆;锚索内锚固段注浆在锚索孔质量缺陷处理完毕，锚索推送就位后进行，锚固段水泥砂浆强度等级C35，水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥砂浆应具有膨胀性；
3-5)锚固段注浆完成后，对锚索进行张拉，合格后进行自由段的注浆，在进行自由段注浆时，当锚索孔口返浆即止;锚索自由段注浆在锚索张拉完毕并报监理审批后，可进行自由段注浆，即二次注浆；自由段水泥砂浆强度等级C30，注浆至锚索孔口返浆为止，以保证自由段注浆饱满、密实，达到保护锚索体的目的。
[0024]实施例5:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述锚固用灰浆包括锚固段用灰浆及自由段灰浆，锚固段灰浆和自由段灰浆的灰浆原材料配合比为:水泥:细砂:水:高效栗送剂:微膨胀剂=1:0.3:0.37:
0.01:0.06；且锚固段灰浆的强度等级为C35，自由段灰浆的强度等级诶C30。
[0025]实施例6:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:在进行锚索孔注浆时，竖直向上锚索的注浆采用注浆管深入至距锚索孔孔顶50cm的位置，浆液经过自上向下自流灌满锚索孔，最终从锚索孔顶部排气孔出浆时封堵排气孔，压注3分钟后停止注浆。
[0026]对锚索孔进行注浆的作用主要有两个:其一是加固锚索周边的破碎岩体，形成受力岩柱，为锚索张拉提供反作用力；其二是锚固锚索，实际施工试验中，由于注浆管末端的位置和浆液的配合比是控制注浆效果的关键，则确定竖直向上锚索的注浆采用注浆管深入至距孔顶50cm的位置最为合适，浆液经过自上向下自流灌满锚索孔，最终从孔顶部排气孔出浆时封堵排气孔，压注3分钟后停止注浆，并采用自由段带胶皮的钢绞线一次注浆;经多次试验，实际注浆(设计为水泥砂浆)配合比为:水泥:细砂:水:高效栗送剂:微膨胀剂=1:
0.3:0.37:0.01:0.06,浆液中掺加微膨胀剂，达到注浆体与岩体的整体受力，防止浆体固结收缩。
[0027]实施例7:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:所述步骤4)对安装好后的锚索进行张拉具体为，完成锚固段注浆后，锚固段灰浆的强度达到设计强度后，进行锚索张拉，包括以下步骤:
4-1)锚索整体张拉前，对单股钢绞线进行预张拉，单股钢绞线的最大预张拉力为单股钢绞线设计张拉力的10 %，且锚索各单元的预拉应力值一致，预张拉按两级进行，每级一个循环，共两个循环；
4-2)对锚索进行整体张拉，分三级进行，第一级张拉力为200KN，第二级张拉力为400KN，第三级张拉力为550KN，当达到各级张拉力时，均应持荷5min，当第三级张拉力稳定后，可锁定锚索。
[0028]实施例8: 本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:当锚固段砂浆达到设计强度后，方可进行锚索张拉，在进行锚索整体张拉时，张拉的千斤顶的轴线与锚索轴线一致，锚环、夹片和锚索体张拉部分无泥沙、锈蚀层或其它污物。
[0029]实施例9:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:在进行锚索整体张拉时，加载速率平缓，速率宜控制在设计预应力的0.Ι/min左右，卸荷载速率宜控制在设计预应力的0.2/min;锚索张拉过程中，对相邻锚索孔预应力的影响可以不考虑，张拉段的封堵孔灌浆，应待相邻锚索张拉完毕，确定是否需要进行补偿张拉之后进行。
[0030]实施例10:
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好的实现本发明，特别采用下述设置方式:还包括外部保护步骤，经过锚索张拉，并封孔注浆后，从锚具量起留50mm钢绞线，其余部分用机械进行截去，并用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后用C25混凝土进行封锚。
[0031 ]在进行二次永久衬砌施工前，需拆除临时支护，实际上，锚索张拉后，体系应力已经进行了变化，临时支护拆除后，隧道内部支护体系应力再一次发生转换;体系转换随锚索的张拉过程、拆撑过程而进行，此时内部应力重分布，为保证结构稳定和安全，对结构的变形和内部应力的变化进行监测，对各监测数据制定预警值，并制定应急措施，一旦发现监测值超出预警指标，立即启动应急处理措施，确保体系转换的安全。
[0032]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:设置有软弱围岩竖向锚索施工工艺，包括以下步骤: 1)锚索钻孔，在设定的位置处采用水钻的方式钻设锚索孔； 2)锚索安装，将锚索安装在对应的锚索孔内； 3)锚索注浆，在安装有锚索的锚索孔内进行注浆； 4)锚索张拉，对安装好后的锚索进行张拉。2.根据权利要求1所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:所述步骤I)包括以下具体步骤: 1-1)将浅孔钻机就位在需要钻锚索孔的工作位处； 1-2)根据该处孔深进行钻孔； 1-3)钻孔达到锚固段时，用取岩芯或孔内电视摄像检查并作出锚索孔柱状图及地质编录； 1-4)按孔深对返水量情况及岩石破碎情况作好记录，并按钻孔进尺每5m进行一次孔向测量，若发现孔向发生偏差且不大于1.5度，及时纠正并进行调整； 1-5)锚索孔钻孔过程中及成孔后利用高压空气或水对粉尘及泥肩进行清洗，钻孔完成后，进行彻底清洗，而后进行临时封堵。3.根据权利要求2所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:所述步骤2)包括以下具体步骤: 2-1)将锚索孔的临时封堵拆除，并检查锚索孔，保证锚索孔内无泥肩、粉尘； 2-2)将绑扎好注浆管、排气管的锚索编束推进到锚索孔内； 2-3)将锚索推进到锚索孔内时，锚索的锚固段与自由段的长度比为5:2即可。4.根据权利要求1-3任一项所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:所述步骤3)包括以下具体步骤: 3-1)将水泥和砂用筛孔孔径为2.5?3mm的筛进行过筛处理； 3-2)将经过过筛处理后的包括水泥及砂的灰浆原材料掺合后用搅拌机进行强制拌合，搅拌时间大于2min，得到锚固用灰浆； 3-3)对锚索孔的质量缺陷进行处理； 3-4)锚索孔的质量缺陷处理后，将锚索推进到位，对锚固段进行注浆； 3-5)锚固段注浆完成后，对锚索进行张拉，合格后进行自由段的注浆，在进行自由段注浆时，当锚索孔口返浆即止。5.根据权利要求4所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:所述锚固用灰浆包括锚固段用灰浆及自由段灰浆，锚固段灰浆和自由段灰浆的灰浆原材料配合比为:水泥:细砂:水:高效栗送剂:微膨胀剂=1:0.3:0.37:0.01:0.06;且锚固段灰浆的强度等级为C35，自由段灰浆的强度等级诶C30。6.根据权利要求4所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:在进行锚索孔注浆时，竖直向上锚索的注浆采用注浆管深入至距锚索孔孔顶50cm的位置，浆液经过自上向下自流灌满锚索孔，最终从锚索孔顶部排气孔出浆时封堵排气孔，压注3分钟后停止注浆。7.根据权利要求4所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:所述步骤4)对安装好后的锚索进行张拉具体为，完成锚固段注浆后，锚固段灰浆的强度达到设计强度后，进行锚索张拉，包括以下步骤: 4-1)对单股钢绞线进行预张拉，单股钢绞线的最大预张拉力为单股钢绞线设计张拉力的10%，且锚索各单元的预拉应力值一致，预张拉按两级进行，每级一个循环，共两个循环； 4-2)对锚索进行整体张拉，分三级进行，第一级张拉力为200KN，第二级张拉力为400KN，第三级张拉力为550KN，当达到各级张拉力时，均应持荷5min，当第三级张拉力稳定后，可锁定锚索。8.根据权利要求7所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:在进行锚索整体张拉时，张拉的千斤顶的轴线与锚索轴线一致，锚环、夹片和锚索体张拉部分无泥沙、锈蚀层。9.根据权利要求7所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:在进行锚索整体张拉时，加载速率平缓，速率控制在设计预应力的0.Ι/min左右，卸荷载速率控制在设计预应力的0.2/min。10.根据权利要求1-4任一项所述的软弱围岩四线超大断面铁路隧道施工工法，其特征在于:还包括外部保护步骤，经过锚索张拉，并封孔注浆后，从锚具量起留50mm钢绞线，其余部分用机械进行截去，并用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后用C25混凝土进行封锚。
【文档编号】E02D17/20GK105970980SQ201610449013
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】苏春生
【申请人】中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司, 中国铁建大桥工程局集团有限公司