[发明专利]一种用于处理隧道围岩季节冻胀的锚杆及其施工方法

说明书

本发明公开了一种用于处理隧道围岩季节冻胀的锚杆及施工方法，涉及隧道病害整治施工领域，包括空心密闭的杆体，所述杆体包括蒸发段、隔热段和冷凝段，所述蒸发段内装有易蒸发的液态介质，所述冷凝段外设置有散热片。该锚杆及施工方法既能起到加固围岩的作用，又能在冷季防止浅层围岩冻结，避免围岩冻胀力产生，阻挡浅层围岩可能产生的潜在的冻胀力，消除隧道围岩季节冻胀危害，且不占用隧道内既有空间，施工简单。

技术领域

本发明涉及隧道病害整治施工领域，具体为一种用于处理隧道围岩季节冻胀的锚杆及其施工方法。

背景技术

目前，不论是新建隧道，还是在隧道病害整治工程中，锚杆作为一种主要技术手段被大量使用。锚杆的主要作用是加固围岩，提高围岩承载力和稳定性，锚杆是新奥法修建隧道的重要部分。

近年来，在我国高纬度、高海拔等季节冻土区修建的隧道越来越多，出现了许多由于围岩季节冻胀导致的衬砌开裂的案例，以东北某铁路为例，全线6 座隧道，其中有4座隧道在隧道贯通初期就出现了不同程度的边墙冻胀裂缝，主要表现为在隧道洞口几百米范围内，水沟盖板上2～3m高处边墙出现贯通的纵向水平裂缝，裂缝宽度在0.5～5mm，有的甚至出现错台。从最近几年的这种案例出现的频次来看，围岩季节冻胀导致的衬砌边墙开裂病害现象似乎有增加趋势，严重影响隧道结构和列车运营安全。

针对围岩季节冻胀病害，采取增设保温板的做法是最有效的措施，但对于铁路隧道而言，一般的保温材料并不能满足铁路运行要求的A级防火要求，故在铺设保温板后，仍要喷涂防火砂浆，导致施工工艺复杂。且对于绝大多数隧道而言，其内轮廓并没有富余的可供增设保温板的空间，增设保温板的措施在这类隧道中并不可实施。对于这类隧道，当确认其具有围岩季节冻胀隐患后，通常的处置方式是拆除衬砌，扩挖断面，再增设保温层，重新施作衬砌。该处理方式工程造价高，施工难度大，施工时间长，对隧道的通行影响巨大。

基于此，本申请提供一种用于处理隧道围岩季节冻胀的锚杆及其施工方法，能有效消除围岩季节冻胀危害，且不占用隧道内既有空间，施工简单。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于处理隧道围岩季节冻胀的锚杆及其施工方法，既能起到加固围岩的作用，又能在冷季防止浅层围岩冻结，避免围岩冻胀力产生，阻挡浅层围岩可能产生的潜在的冻胀力，消除隧道围岩季节冻胀危害，且不占用隧道内既有空间，施工简单。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于处理隧道围岩季节冻胀的锚杆及其施工方法，包括空心密闭的杆体，所述杆体包括蒸发段、隔热段和冷凝段，所述蒸发段内装有易蒸发的液态介质，所述冷凝段外设置有散热片。

进一步的，所述易蒸发的液态介质选用液氮、液态二氧化碳、液态丙烷和液态氟利昂中的一种。

进一步的，所述隔热段外设置有隔热层。

进一步的，还包括螺杆、螺母和垫片，所述螺杆固定设置于所述杆体靠近冷凝段的一端，所述垫片套设于螺杆上，所述螺母与螺杆通过螺纹连接。

进一步的，包括如下步骤：

步骤一：根据病害隧道现场各岩层的热物理参数、隧址区气象参数，计算冷季围岩最大冻结深度，并根据该围岩最大冻结深度确定所选取的用于处理隧道围岩季节冻胀的锚杆的长度；

步骤二：根据围岩热物理参数、隧址区气象参数计算确定围岩季节冻胀力导致隧道边墙的负弯矩区域，根据负弯矩区域范围确定所述锚杆的布置方式和施工数量；

步骤三：根据所确定的锚杆布置方式和施工数量以及锚杆长度，采用钻机在边墙负弯矩区域内钻对应的锚杆安装孔，安装孔直径比所选锚杆直径大2-3cm，安装孔轴线与水平方向呈15-30°角，确保安装后锚杆的蒸发段的高度低于冷凝段的高度；