[发明专利]隧道掌子面超前预应力锚杆及施工方法

说明书

本发明涉及一种隧道掌子面超前预应力锚杆及施工方法，包括锚杆杆体，所述锚杆杆体由若干根杆状构件依次连接而成，相邻的杆状构件经连接螺套相连接，锚杆杆体的底部通过锚固剂与锚孔围岩粘结，杆体顶部外露围岩的部分套装有锚杆托盘，锚杆托盘外侧设有与锚杆杆体螺纹配合的紧固螺母，锚杆托盘经紧固螺母锁固在锚孔围岩上，本锚杆可施加较大预应力，在掌子面围岩变形初期即能快速有效的提供支护抗力，同时随着隧道掌子面的开挖，可对锚杆杆体构件进行同步拆卸，能够在充分保证掌子面锚杆支护作用效果的同时，适应隧道开挖需求，增加掌子面锚杆的可重复利用性。

技术领域

本发明涉及一种隧道掌子面超前预应力锚杆及施工方法。

背景技术

软弱围岩隧道的自承能力低，潜在变形能大，隧道开挖初期围岩应力即大量释放，变形速率快。通常隧道中所采用的支护结构多为被动支护的形式，当围岩变形增大至一定程度时，才能提供支护抗力，且支护结构所提供的支护反力是随着围岩变形的不断增大而增大的，这对于防止软弱围岩进入松弛状态十分不利。因此支护结构在隧道变形的初期快速的提供较大的支护反力是非常有必要的。

隧道掌子面稳定是安全施工的前提，硬质围岩隧道开挖后掌子面即能短期稳定，软弱围岩隧道则需要一定的人为干预才能达到短期稳定的状态。掌子面不稳定轻则表现为掌子面围岩局部松动掉块，重则发生失稳导致拱顶坍塌。为维持掌子面稳定，对掌子面进行加固的一种主要支护措施是采用锚杆进行加固，预应力锚杆可在掌子面开挖后变形初期即提供较大的主动支护抗力，可有效的防止掌子面围岩迅速进入松弛状态，保证掌子面的短期稳定。掌子面锚杆的材质主要以钢质和玻璃钢纤维质为主，钢质锚杆可施加较大预应力，但在应用时存在难以挖除的缺点，玻璃钢纤维质锚杆的刚度低，延伸率小，塑性差，虽易于挖除，但无法施加较大的预应力且在应用时容易受到裂隙围岩的挤压剪切而发生断裂。

有别于洞室径向锚杆，掌子面锚杆会随着隧道开挖的进行而不断被挖除，属于临时性支护措施，然而挖断的锚杆无法重复利用，当锚杆用量较大时，经济效益差。

发明内容

本发明提出一种隧道掌子面超前预应力锚杆及施工方法，在解决传统形式锚杆无法提供主动支护抗力问题的同时，避免钢材质掌子面锚杆难以挖除，玻璃钢纤维锚杆受挤压易断裂的问题，并使锚杆的部分杆体可重复利用。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种隧道掌子面超前预应力锚杆,包括锚杆杆体，所述锚杆杆体由若干根杆状构件依次连接而成，相邻的杆状构件经连接螺套相连接，锚杆杆体的底部通过锚固剂与锚孔围岩粘结，杆体顶部外露围岩的部分套装有锚杆托盘，锚杆托盘外侧设有与锚杆杆体螺纹配合的紧固螺母，锚杆托盘经紧固螺母锁固在锚孔围岩上。

进一步的，所述杆状构件为热轧带肋钢筋，其两端加工有与连接螺套上的内螺纹相对应配合的外螺纹。

进一步的，所述杆状构件为精轧螺纹钢筋，其外周开设有外螺纹。

进一步的，所述连接螺套为带有内螺纹的空心钢管，连接螺的内径与杆状构件的直径相同。

进一步的，所述锚杆托盘为金属蝶形托盘，锚杆托盘中部预留有与杆状构件直径相对应的孔洞。

一种隧道掌子面超前预应力锚杆的施工方法，包括以下步骤：

（1）根据隧道每循环开挖量确定杆状构件的长度，并根据掌子面超前支护长度确定杆状构件数量；

（2）将若干根杆状构件通过连接螺母连接组成锚杆杆体；

（3）在掌子面拟支护位置成孔后，用锚杆杆体将树脂锚固剂送入孔底，启动钻机带动锚杆杆体旋转，匀速推进到孔底；

（4）待锚固体强度达到设计要求后，依次安装锚杆托盘及紧固螺母；

（5）通过张拉装置对锚杆杆体进行张拉，张拉至设定荷载后拧紧紧固螺母，然后移除张拉装置；