一种加固公路小净距隧道中岩墙的环形锚索支护系统

技术领域

本发明涉及一种加固公路小净距隧道中岩墙的环形锚索支护系统，尤其适用于公路隧道的中岩墙支护。

背景技术

高等级公路隧道一般为上下行分离的独立双洞，双洞常按彼此间不产生有害影响的原则设计，保证最小净距，但在实际工程中存在其他条件限制而不可避免地采用小净距隧道甚至联拱隧道，因此需要做出充分的技术论证，并制订可靠的技术保障措施。目前，很多学者对各类小净距隧道展开了相关研究。小净距隧道是介于普通分离式隧道与连拱隧道的一种结构形式，由于不受地形条件以及总体线路线型的限制，又较之连体型隧道施工工艺简单、易于防水处置、造价易于控制，采用的工程实例有急速增加之势。但是，小净距隧道是一种新型的结构形式，目前尚缺乏足够的设计、施工经验。由于小净距隧道中岩墙厚度远小于普通分离式隧道，并在施工过程中多次受到扰动，使得围岩稳定性和支护结构受力较为复杂。其中，小净距隧道中夹岩墙的稳定对保证施工、运营至关重要，应是设计、监控量测的重点。

锚杆索支护在小净距隧道中广泛应用，取得了良好的支护加固效果，保证了隧道围岩稳定。当岩土体破碎时，与注浆加固联合使用，也取得良好的加固效果。近年来，很多隧道尝试将锚杆全部换成锚索，其支护效果明显好于锚杆与锚索联合支护。但是，在锚索的使用过程中也发现了一些问题，归纳为以下几点：①锚索索体破断载荷较小，与高强度锚杆的拉断载荷相当，锚索锚固力大、承载能力强的特点不能充分体现，经常出现拉断现象；②由于锚索索体强度低，施加的预应力水平低，导致锚索预应力作用范围小，控制岩土体离层、滑动的作用差，锚索比较长时尤为如此；③缺乏对锚索预应力损失的足够认识，尤其是对穿锚索，施工时只将锚索张拉到设计的预应力值，实际上由于预应力损失会导致锚索实际的预应力值明显低于张拉值，不能满足设计要求，严重影响锚索支护效果；④不重视与锚索配套使用的托板、钢带、钢梁等护表构件的作用，导致锚索预应力扩散效果差。本发明基于小净距隧道中岩墙的不稳定性，提出一种加固公路小净距隧道中岩墙的环形锚索支护系统，以提高中岩墙的整体支护强度。

发明内容

本发明的目的是针对已有支护技术存在的局限性，提供了一种加固公路小净距隧道中岩墙的环形锚索支护系统，以能够克服传统锚杆索支护结构的缺点，提高中岩墙两侧锚索网协同支护能力。

为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种加固公路小净距隧道中岩墙的环形锚索支护系统，由多组锚固在中岩墙两侧表面的环形锚索结构构成，一组环形锚索结构包含2根环形锚索和1个十字形锚索联接器，所述的2根环形锚索呈十字交叉形式布置，所述的十字形锚索联接器将2根锚索的4个端头锚固在一起，形成1组环形锚索结构。

作为优选，所述的2根环形锚索中，一根呈水平方向布置，另一根呈垂直方向布置。

作为优选，所述的一组环形锚索结构的安装步骤如下：

第一步：隧道施工过程中，在中岩墙侧面中部，垂直岩墙布置两个水平方向的钻孔，钻孔贯穿中岩墙；更优地，钻孔间距为1500mm～3000mm，钻孔直径为75mm～120mm；

第二步：选择大直径预应力锚索或锚索束，设计第1根锚索长度

第三步：隧道施工过程中，在中岩墙侧面，垂直岩墙布置两个垂直方向的钻孔，上部钻孔距离中岩墙上边缘的距离和下部钻孔距离中岩墙下边缘的距离均为300mm～500mm，钻孔贯穿中岩墙；两个水平方向钻孔和两个垂直方向钻孔呈十字交叉型布置；更优地，钻孔间距=中岩墙高度-2×(300mm～500mm)，钻孔直径为75mm～120mm。

第四步：选择大直径预应力锚索或锚索束，设计锚索长度

第五步：在中岩墙上，先将水平方向锚索两端头插入十字形锚索联接器，采用张拉千斤顶同时张拉预紧，预紧力达到锚索抗拉强度的50%～70%，形成水平方向的环形挤压封闭式应力圈；然后将垂直方向锚索两端头插入十字形锚索联接器，采用张拉千斤顶同时张拉预紧，预紧力达到锚索抗拉强度的50%～70%，形成一个垂直方向的环形挤压封闭式应力圈；

第六部：在隧道掘进工作面，环形锚索结构布置完毕后，对中岩墙进行喷注浆。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下技术效果：

本发明的加固公路小净距隧道中岩墙的环形锚索支护系统结构巧妙，支护范围广，能有效控制中岩墙两侧面变形，适用于小净距隧道中岩墙加固，且制作简洁，维护方便，实用性强，尤其具备如下优点：

（1）采用这种十字交叉环形锚索结构，中岩墙两侧在整个自由面包围范围内均受到压缩，克服了之前的直线形对穿锚索只能形成轴向近似点载荷压应力区这一缺陷。两个环向应力区相互叠加，在墙体中形成了三向挤压应力，提高了中岩墙的力学性能和参数，增强了中岩墙的稳定性，极大地改善了中岩墙的峰值强度和残余强度；

（2）环形锚索支护系统克服了传统锚杆索支护的近似点载荷、高支护密度、局部挤压、安装复杂、材料消耗大等难题；

（3）环形锚索支护系统形成的挤压环形应力区相互组合，控制了中岩墙内部塑性区和破碎区的发展，限制了中岩墙内裂隙的发育，保持了中岩墙的稳定，提高了围岩结构的整体性，效果十分明显。

附图说明

图1 为本发明实施例中公路小净距隧道的中岩墙位置图；

图2 为本发明实施例中的中岩墙的一个侧面上环形锚索布置结构示意图；

图3 为本发明实施例中的中岩墙中另一侧面上环形锚索布置结构示意图。

图中：1－公路小净距隧道；2－中岩墙；3－钻孔；4－水平方向布置锚索；5－垂直方向布置锚索；6－十字形锚索联接器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1-3所示的一种加固公路小净距隧道中岩墙的环形锚索支护系统，由多组锚固在中岩墙2两侧表面的环形锚索结构构成，一组环形锚索结构包含2根环形锚索和1个十字形锚索联接器6， 所述的2根环形锚索呈十字交叉形式布置，所述的十字形锚索联接器将2根锚索的4个端头锚固在一起，形成1组环形锚索结构。

所述的2根环形锚索中，一根呈水平方向布置，为水平方向布置锚索4，另一根呈垂直方向布置，为垂直方向布置锚索5。

所述的一组环形锚索结构的安装步骤如下：

第一步：隧道施工过程中，在公路小净距隧道1的中岩墙2侧面中部，垂直岩墙布置两个水平方向的钻孔3，钻孔间距为1500mm～3000mm，钻孔直径为75mm～120mm，钻孔贯穿中岩墙；

第二步：选择大直径预应力锚索或锚索束，设计第1根锚索长度

第三步：隧道施工过程中，在中岩墙侧面，垂直岩墙布置两个垂直方向的钻孔3，上部钻孔距离中岩墙上边缘的距离和下部钻孔距离中岩墙下边缘的距离均为300mm～500mm，钻孔间距=中岩墙高度-2×(300mm～500mm)，钻孔直径为75mm～120mm，钻孔贯穿中岩墙；两个水平方向钻孔和两个垂直方向钻孔呈十字交叉型布置；

第四步：选择大直径预应力锚索或锚索束，设计锚索长度

第五步：在中岩墙上，先将水平方向锚索两端头插入十字形锚索联接器6，采用张拉千斤顶同时张拉预紧，预紧力达到锚索抗拉强度的50%～70%，形成水平方向的环形挤压封闭式应力圈；然后将垂直方向锚索两端头插入十字形锚索联接器6，采用张拉千斤顶同时张拉预紧，预紧力达到锚索抗拉强度的50%～70%，形成一个垂直方向的环形挤压封闭式应力圈；

第六部：在隧道掘进工作面，环形锚索结构布置完毕后，对中岩墙进行喷注浆。

需要说明的是，在多组环形锚索安装过程中，锚索布置角度可以根据隧道工程条件进行调整，这种环形锚索形成的环形挤压应力分布区比直线形对拉锚索形成的应力区要均匀，对中岩墙支护非常有利，施工也相对方便。

本发明的加固公路小净距隧道中岩墙的环形锚索支护系统结构巧妙，支护范围广，能有效控制中岩墙两侧面变形，适用于小净距隧道中岩墙加固，且制作简洁，维护方便，实用性强，尤其具备如下优点：

（1）采用这种十字交叉环形锚索结构，中岩墙两侧在整个自由面包围范围内均受到压缩，克服了之前的直线形对穿锚索只能形成轴向近似点载荷压应力区这一缺陷。两个环向应力区相互叠加，在墙体中形成了三向挤压应力，提高了中岩墙的力学性能和参数，增强了中岩墙的稳定性，极大地改善了中岩墙的峰值强度和残余强度；

（2）环形锚索支护系统克服了传统锚杆索支护的近似点载荷、高支护密度、局部挤压、安装复杂、材料消耗大等难题；

（3）环形锚索支护系统形成的挤压环形应力区相互组合，控制了中岩墙内部塑性区和破碎区的发展，限制了中岩墙内裂隙的发育，保持了中岩墙的稳定，提高了围岩结构的整体性，效果十分明显。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。