一种隧道主动加强预应力锚索快速施工支护体系的制作方法

本实用新型涉及隧道支护施工技术领域，具体为隧道主动加强预应力锚索快速施工支护体系。

背景技术：

标段内隧道地质条件复杂，发育断层和褶皱，岩性为砂岩、页岩、泥岩及板岩，主要软岩为泥岩、页岩、炭质板岩、炭质页岩和断层角砾岩，通过地勘钻孔地应力测试，部分地段发生软岩大变形。软弱围岩地段开挖揭示围岩：页岩夹泥岩，且伴有遇水易崩解软化，呈薄层状，胶结性差，产状与隧道轴线小角度相交，岩层陡倾，软岩大变形隧道中初支变形、侵限换拱问题也日益增多。采取传统的单一锚杆支护体系在软岩大变形隧道中对围岩条件的依赖度较高，尤其在节理裂隙十分发育的围岩，难以控制变形，甚至由于其体系局部承载结构毁坏造成大部分支护失效，进而导致隧道坍塌、冒顶等现象，因此，仅仅通过单一锚杆对软岩大变形隧道进行支护早已不能满足支护要求。

技术实现要素：

为解决上述单一锚杆支护体系在软岩大变形隧道中对围岩条件的依赖度较高，尤其在节理裂隙十分发育的围岩，难以控制变形，甚至由于其体系局部承载结构毁坏造成大部分支护失效，进而导致隧道坍塌、冒顶等问题，本实用新型提供一种隧道主动加强预应力锚索快速施工支护体系，即保证前方掌子面开挖与支护作业的施工安全，也有效的抑制了软岩大变形，进而提高了施工进度，具有主动支护效果好、施工速度快且易操作。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种隧道主动加强预应力锚索快速施工支护体系，隧道的掌子面内部分为上台阶、中台阶和下台阶，初支钢架由拱顶单元、拱腰单元、边墙单元、拱底单元及将初支钢架形成闭合式的环状结构，初支钢架上设置有超前预应力锚索、径向预应力锚索、长树脂预应力锚索及短树脂预应力锚索；

所述超前预应力锚索间隔设置于上台阶两榀初支钢架之间的拱顶单元与两侧拱腰单元的初支围岩上，超前预应力锚索与掘进方向呈角度设置；

所述径向预应力锚索间隔设置于中台阶两榀初支钢架之间的边墙单元的初支围岩上，径向预应力锚索的设置角度为径向拱墙锚固围岩；

所述长树脂预应力锚索和短树脂预应力锚索分别间隔设置于初支钢架的拱顶单元、拱腰单元、边墙单元及拱底单元的初支围岩上，长树脂预应力锚索和短树脂预应力锚索的设置角度为径向拱墙锚固围岩。

进一步的，所述超前预应力锚索间隔设置有多环，每环设置3-7根，超前预应力锚索与掘进方向的角度为20-45度。

进一步的，所述径向预应力锚索间隔设置有多环，每环设置2-4根，径向预应力锚索与超前预应力锚索在同一横截面上。

进一步的，所述超前预应力锚索和径向预应力锚索为相同结构的预应力锚索，所述预应力锚索从后端至前端依次分为外锚段、设置于钻孔内的自由段和锚固段，锚固段前端设有导向头，自由段与锚固段之间设有止浆环，所述预应力锚索中的钢绞线为高强度低松弛黏结型钢绞线，自由段中的钢绞线外侧套装塑料护管，塑料护管内注有防腐剂。

进一步的，所述预应力锚索的锚固段钢绞线外围设有波型套管，波形套管上间隔设置有对中支架。

进一步的，所述预应力锚索的锚固段钢绞线上设有扩张环和紧箍环，扩张环和紧箍环交替设置。

进一步的，所述超前预应力锚索和径向预应力锚索单根长度为20m，均设有4根直径为15.2mm钢绞线，钢绞线单根长度21m，钢绞线内侧设有2根注浆管。

进一步的，所述长树脂预应力锚索和短树脂预应力锚索均为全长粘结型预应力锚索，所述全长粘结型预应力锚索的钻孔内灌注早强高强灌浆料，预应力锚索中的钢绞线为单束公称直径为21.8mm1*19s高强度低松弛黏结钢绞线。

进一步的，所述长树脂预应力锚索和短树脂预应力锚索的前端树脂锚固剂采用耐水树脂锚固剂。

进一步的，所述短树脂预应力锚索的长度为6m，短树脂预应力锚索纵向间距为0.8m设置一环，环向间距为1.2m；长树脂预应力锚索的长度为12m，长树脂预应力锚索纵向间距为2.4m设置一环，环向间距为1.2m。

本实用新型的技术效果和优点：本实用新型提供的一种隧道主动加强预应力锚索快速施工支护体系，以设计采用的钢架、喷射混凝土、钢筋网等为主的初期支护体系为基础，通过采用超前预应力锚索、径向预应力锚索、长树脂预应力锚索及短树脂预应力锚索组合形成支护体系措施，以达到主动控变形的目的，在施工过程中，对软岩大变形隧道预应力锚索主动支护，有效控制隧道大变形进而提高了施工进度，具有主动支护效果好、施工速度快且易操作等优点；径向预应力锚索与超前预应力锚索在同一横截面上，可以达到最好的支护效果；超前预应力锚索和径向预应力锚索在自由段与锚固段之间设有止浆环，可有效防止锚固段的泥浆进入自由段，同时预应力锚索中的钢绞线为高强度低松弛黏结钢绞线，在锚固段钢绞线与泥浆粘结连接，自由段中的钢绞线外侧套装塑料护管，塑料护管内注有防腐剂，使自由段的钢绞线与泥浆无粘结连接，进行防腐处理；超前预应力锚索和径向预应力锚索中使用的预应力锚索，可以有效规避锚索不能适应岩体较大变形，造成锚索局部应力集中，甚至钢绞线拉断的缺陷，提高了锚索结构的耐久性、降低了锚索的预应力损失，保证了对软围岩进行支护的长期安全性，具有很好的经济及社会效益。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例中的超前预应力锚索与径向预应力锚索的横断面布置示意图；

图2为本实用新型一个实施例中的长、短树脂预应力锚索的横断面布置示意图；

图3为本实用新型一个实施例中超前预应力锚索与径向预应力锚索结构示意图；

图4为图3中的a-a剖面图；

其中：1-拱顶单元，2-拱腰单元，3-边墙单元，4-拱底单元，5-超前预应力锚索，6-径向预应力锚索，7-长树脂锚索，8-短树脂锚索，9-锚具，10-垫板，11-注浆管，12-钻孔，13-钢绞线，14-紧箍环，15-扩张环，16-波型套管，17-导向头，18-止浆环，19-对中支架。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例：

如图1-4所示，一种隧道主动加强预应力锚索快速施工支护体系，隧道的掌子面内部分为上台阶、中台阶和下台阶，上台阶长4m,中台阶长4m,初支钢架由拱顶单元1、拱腰单元2、边墙单元3、拱底单元4及将初支钢架形成闭合式的环状结构，每榀初支钢架的长度为0.8m，初支钢架上设置有超前预应力锚索5、径向预应力锚索6、长树脂预应力锚索7及短树脂预应力锚索8；

超前预应力锚索5间隔设置于上台阶两榀初支钢架之间的拱顶单元1与两侧拱腰单元2的初支围岩上，超前预应力锚索5在两榀初支钢架之间设置一环，每环设置3根，纵向4m设置一环，超前预应力锚索5与掘进方向呈45度设置；

径向预应力锚索6间隔设置于中台阶两榀初支钢架之间的边墙单元3的初支围岩上，径向预应力锚索6的设置角度为径向拱墙锚固围岩，每环设置2根，纵向4m设置一环，径向预应力锚索6与超前预应力锚索5在同一横截面上；

超前预应力锚索5和径向预应力锚索6为相同结构的预应力锚索，预应力锚索从后端至前端依次分为外锚段、设置于钻孔12内的自由段和锚固段，外锚段为锚具9，锚具9与围岩之间固定设有垫板10，锚固段前端设有导向头17，预应力锚索的自由段与锚固段之间设有止浆环18，预应力锚索中的钢绞线13为高强度低松弛黏结型钢绞线，自由段中的钢绞线13外侧套装塑料护管，塑料护管内注有防腐剂，预应力锚索的锚固段钢绞线外围设有波型套管16，波形套管16上间隔设置有对中支架19，预应力锚索的锚固段钢绞线上设有扩张环15和紧箍环14，扩张环15和紧箍环14交替设置，超前预应力锚索5和径向预应力锚索6单根长度为20m，均设有4根直径为15.2mm钢绞线13，钢绞线13单根长度21m，钢绞线13内侧设有两根注浆管11，钻孔12内灌注硫铝酸盐水泥浆,钻孔12直径为130mm；

长树脂预应力锚索7和短树脂预应力锚索8分别间隔设置于初支钢架的拱顶单元1、拱腰单元2、边墙单元3及拱底单元4的初支围岩上，长树脂预应力锚索7和短树脂预应力锚索8的设置角度为径向拱墙锚固围岩，长树脂预应力锚索7和短树脂预应力锚索8均为全长粘结型预应力锚索，全长粘结型预应力锚索的钻孔内灌注早强高强灌浆料，预应力锚索中的钢绞线为单束公称直径为21.8mm1*19s高强度低松弛黏结钢绞线，钢绞线抗拉强度不小于1860mpa，长树脂预应力锚索7和短树脂预应力锚索8的前端树脂锚固剂采用耐水树脂锚固剂，短树脂预应力锚索8的长度为6m，短树脂预应力锚索8纵向间距为0.8m设置一环，环向间距为1.2m；长树脂预应力锚索7的长度为12m，长树脂预应力锚索7纵向间距为2.4m设置一环，环向间距为1.2m，长树脂预应力锚索7及短树脂预应力锚索8的预应力为350kn，长树脂预应力锚索7及短树脂预应力锚索8可以为树脂锚杆，也可以为异型锚杆。

本实施例的初期支护施工包括以下步骤：

第一步：上台阶开挖完成后，在靠近掌子面开始数第1榀和第2榀初支钢架之间，也就是拱部140℃范围内施作第一环超前预应力锚索3根，每一根锚索的钻孔12内采用注浆管10灌注硫铝酸盐水泥浆，注浆压力为4～6mpa，孔内注浆必须饱满密实，在初凝前需进行二次高压补浆，现场可根据注浆试验对注浆压力进行合理调整，锚固段内硫铝酸盐水泥浆达到设计强度的80％后进行锚索张拉，单孔4束张拉控制力为600kn，张拉完成后全长灌注m35水泥砂浆，安装锚索端头锚具9时，需进行注浆饱满度无损检测，确保孔内注浆饱满密实，第二环超前预应力锚索5在第6榀和第7榀初支钢架之间施作；上台阶中在施作超前预应力锚索5的同时进行长树脂预应力锚索7和短树脂预应力锚索8的施作；

第二步：中台阶开挖完成后，在中台阶第6榀和第7榀初支钢架之间施作第一环径向预应力锚索2根，每根长20m，保证径向预应力锚索6与超前预应力锚索5在同一横断面上，径向预应力锚索6的施作方法同超前预应力锚索5；中台阶中在施作径向预应力锚索6的同时进行长树脂预应力锚索7和短树脂预应力锚索8的施作；

第三步：下台阶开挖完成后，在下台阶的初支钢架之间施作长树脂预应力锚索7和短树脂预应力锚索8。

本实用新型提供的支护体系，通过采用超前预应力锚索、径向预应力锚索、长树脂预应力锚索及短树脂预应力锚索组合形成支护体系措施，对软岩大变形隧道预应力锚索主动支护，有效控制隧道大变形进而提高了施工进度，具有主动支护效果好、施工速度快且易操作。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。