一种穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺的制作方法

本发明涉及矿山法施工的隧道工程，具体而言，尤其涉及一种穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺。

背景技术：

1、随着城市地下空间的大规模开发和利用，城市路网体系的日趋完善，大跨度、特大跨度隧道的建设也随之日益增多。当隧道穿越可溶性岩石地层时，一般主要为可溶性碳酸盐类岩石(石灰岩、质灰岩、泥质灰岩)地层，此类地层通常会出现因地下水常年溶蚀作用下灰岩不均匀风化带，岩溶形式上多以陡倾斜的溶沟、溶洞、漏斗、或溶蚀裂隙为主，溶沟、溶洞形态极不规则、溶蚀岩面形态较为复杂。当暗挖隧道穿上述溶蚀地层时，经常发生掌子面上方岩溶填充物塌落、松散破碎岩石或大块孤石掉落、甚至隧道塌方至地表的情况发生。为保证隧道掌子面围岩的稳定应采取长距离超前预加固措施，常规的超前管棚支护需在洞身内施工管棚工作室，工作室需提前扩挖隧道断面，操作工序交复杂；同时管棚施工需要先行成孔后将带孔钢管插入孔内，此类溶蚀灰岩地层围岩节理裂隙发育，溶腔内孤石频出，管棚钻孔作业施工易发生卡钻，或管棚钢管二次插入孔内成功率低。亟需一种穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，保证隧道安全施工。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供一种穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，对比传统隧道大管棚施工方式，自进式注浆锚杆超前支护工艺可更方便、快捷的在隧道洞身段施工作业，保证对隧道拱部围岩连续性预加固的同时，并克服常规大管棚钻进时卡钻或二次插管成功率低的难题。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，将隧道掌子面前方围岩作为主要承载体，通过一定角度、一定间距扇环排列的若干自进式注浆锚杆在掌子面上方形成组合拱结构，形成沿开挖轮廓线的横向受力环区，将掌子面上方的不均衡地层应力延伸至岩体深处，形成以围岩自身为承载体的拱形结构，以围岩、锚杆体、渗透注浆三者形成超前支护体系。

4、进一步地，自进式注浆锚杆钻进设备采用三臂凿岩台车，实现钻进、接管、多管同时机械化作业施工。

5、进一步地，所述自进式注浆锚杆包括中空锚杆杆体、连接套、钻头、拱形垫板、螺母和止浆塞，所述中空锚杆杆体的输出端设置有钻头，钻头也为中空结构，所述连接套设置于两段中空锚杆杆体之间，所述靠近输入端一侧的中空锚杆杆体设置有止浆塞，靠近输入端一侧的中空锚杆杆体的端部设置所述拱形垫板，所述拱形垫板另一侧设置螺母，基于自进式注浆锚杆实现钻进、注浆及锚固一次性便捷施工支护。

6、进一步地，自进式注浆锚杆以隧道中心为中轴线，均匀布置于隧道拱部120°范围内，自进式注浆锚杆与隧道纵向轴线夹角12°～25°，形成隧道拱部120°范围内开挖轮廓线上1.5m～3.5m厚度的拱形结构。

7、进一步地，所述自进式注浆锚杆达到指定深度后在尾端进行注浆作业，当掌子面前方溶蚀地层内地下水发育时可在灌注的水泥浆中掺入水玻璃，实现速凝。

8、进一步地，注浆前进行注浆试验及锚杆、锚固体拉拔试验，调整水泥浆液配比以达到锚杆体最佳锚固效果，当遇到溶蚀区内孔隙水发育情况，在水泥浆中掺入水玻璃材料形成水泥-水玻璃浆液，注浆用水玻璃模数m在2.4～2.8间取值，水玻璃浓度30°～40°be＇，通过调整注浆材料配比胶凝时间取20sec～1min。

9、进一步地，自进式锚杆纵向搭接长度不小于2.0m。

10、较现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用自进式注浆锚杆超前预加固隧道掌子面前方围岩，提高施工过程中围岩的稳定；本支护工艺避免了常规的超前管棚支护需在洞身内施工管棚工作室的复杂工序，规避了此类溶蚀灰岩地层围岩节理裂隙发育情况下管棚钻孔作业施工易发生卡钻或管棚钢管二次插入孔内成功率低的技术问题。本发明施工过程多采用机械化作业，机械化程度高，施工作业效率高，操作工人可远离掌子面，施工安全性更高。

技术特征：

1.一种穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，其特征在于，将隧道掌子面前方围岩作为主要承载体，通过一定角度、一定间距扇环排列的若干自进式注浆锚杆在掌子面上方形成组合拱结构，形成沿开挖轮廓线的横向受力环区，将掌子面上方的不均衡地层应力延伸至岩体深处，形成以围岩自身为承载体的拱形结构，以围岩、锚杆体、渗透注浆三者形成超前支护体系。

2.根据权利要求1所述的穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，其特征在于，自进式注浆锚杆钻进设备采用三臂凿岩台车，实现钻进、接管、多管同时机械化作业施工。

3.根据权利要求1或2所述的穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，其特征在于，所述自进式注浆锚杆包括中空锚杆杆体、连接套、钻头、拱形垫板、螺母和止浆塞，所述中空锚杆杆体的输出端设置有钻头，钻头也为中空结构，所述连接套设置于两段中空锚杆杆体之间，所述靠近输入端一侧的中空锚杆杆体设置有止浆塞，靠近输入端一侧的中空锚杆杆体的端部设置所述拱形垫板，所述拱形垫板另一侧设置螺母，基于自进式注浆锚杆实现钻进、注浆及锚固一次性便捷施工支护。

4.根据权利要求1所述的穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，其特征在于，自进式注浆锚杆以隧道中心为中轴线，均匀布置于隧道拱部120°范围内，自进式注浆锚杆与隧道纵向轴线夹角12°～25°，形成隧道拱部120°范围内开挖轮廓线上1.5m～3.5m厚度的拱形结构。

5.根据权利要求1所述的穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，其特征在于，所述自进式注浆锚杆达到指定深度后在尾端进行注浆作业，当掌子面前方溶蚀地层内地下水发育时可在灌注的水泥浆中掺入水玻璃，实现速凝。

6.根据权利要求1或5所述的穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，其特征在于，注浆前进行注浆试验及锚杆、锚固体拉拔试验，调整水泥浆液配比以达到锚杆体最佳锚固效果，当遇到溶蚀区内孔隙水发育情况，在水泥浆中掺入水玻璃材料形成水泥-水玻璃浆液，注浆用水玻璃模数m在2.4～2.8间取值，水玻璃浓度30°～40°be＇，通过调整注浆材料配比胶凝时间取20sec～1min。

7.根据权利要求1所述的穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，其特征在于，自进式锚杆纵向搭接长度不小于2.0m。

技术总结
本发明涉及一种穿越溶蚀岩层的隧道自进式注浆锚杆超前支护工艺，本发明将隧道掌子面前方围岩作为主要承载体，通过一定角度、一定间距扇环排列的若干自进式注浆锚杆在掌子面上方形成组合拱结构，形成沿开挖轮廓线的横向受力环区，将掌子面上方的不均衡地层应力延伸至岩体深处，形成以围岩自身为承载体的拱形结构，以围岩、锚杆体、渗透注浆三者形成超前支护体系。本发明采用自进式注浆锚杆超前预加固隧道掌子面前方围岩，提高施工过程中围岩的稳定；本支护工艺避免了常规的超前管棚支护需在洞身内施工管棚工作室的复杂工序，规避了此类溶蚀灰岩地层围岩节理裂隙发育情况下管棚钻孔作业施工易发生卡钻或管棚钢管二次插入孔内成功率低的技术问题。

技术研发人员：刘宝超,梁新宇,刘洋,张兵兵,蒋坤,张振远,李奕男
受保护的技术使用者：大连市市政设计研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3