超前注浆锚杆支撑导向钢拱架结构的制作方法

1.本实用新型涉及破碎围岩隧道开挖支护结构，尤其涉及一种超前注浆锚杆支撑导向钢拱架结构。


背景技术：

2.隧道施工过程中，当开挖至软弱破碎围岩段时，常采取超前支护措施进行预支护，常采用的超前注浆锚杆对待开挖的围岩进行加固。在掌子面顶部一定范围内，斜向上植入一排纵向锚杆，再进行开挖作业，并保留一定长度的锚杆在未开挖的围岩中，为锚杆的前端提供支撑，锚杆的后端支撑在前一节段一次衬砌的钢拱架上，在当前开挖节段的顶部形成一道支护棚。但是这种超前注浆锚杆在施工过程中存在一些问题：为保证开挖后围岩的稳定性，通常立即施作当前节段的一次衬砌，再施作超前注浆锚杆；在超前锚杆施作过程中，容易出现钻穿钢筋网或钢筒架的情况，从而影响一次衬砌的承载能力，也影响超前锚杆的钻进角度，降低超前锚杆的支护能力。锚杆植入后，为不影响开挖作业，通常斜向上植入围岩内，容易出现锚杆从锚孔内滑出的情况，而且浆液通常从锚杆底部注入，从锚杆顶部溢出至锚孔内，但是由于锚孔倾斜，注入的浆液容易从锚孔内流出，导致锚孔内的浆液无法注满。
3.另外，钢拱架虽然具有承载能力大、架设后能够立即承载等优点，但是喷射混凝土无法进入钢拱架与围岩之间的空隙，从而导致钢拱架附近喷射混凝土层出现裂缝。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于针对现有超前注浆锚杆进行破碎围岩隧道支护施工过程中存在的问题，提出了一种超前注浆锚杆支撑导向钢拱架结构。
5.为了达到目的，本实用新型的技术方案为：
6.本实用新型涉及的超前注浆锚杆支撑导向钢拱架结构，包括钢拱架、导向套筒、加劲翼板、钢筋网、喷射混凝土层、界面注浆导管、超前锚杆、环形注浆塞等组成，所述导向套筒穿过钢拱架的腹板，所述导向套筒与钢拱架的腹板之间设有加劲翼板；所述钢拱架与围岩之间设有钢筋网，所述钢拱架及钢筋网包裹在喷射混凝土层内，所述钢拱架与围岩之间设有界面注浆导管，所述界面注浆导管的一端从喷射混凝土层内穿出；所述超前锚杆穿过导向套筒植入围岩破碎体内，所述环形注浆塞设于超前锚杆与导向套筒之间。
7.优选地，所述导向套筒穿过钢拱架腹板的角度依据超前锚杆的植入角度确定，所述加劲翼板沿导向套筒圆周均匀设置4片，所述加劲翼板分别与导向套筒及钢拱架的腹板焊接连接，所述加劲翼板用于固定导向套筒，同时避免导向套筒穿过钢拱架的腹板，导致钢拱架局部出现薄弱点，从而导致钢拱架承载能力降低。
8.优选地，所述超前锚杆由锚杆前段、锚杆标准段及锚杆后段组成，所述超前锚杆的长度通过加减锚杆标准段调整，所述锚杆前段与钻头连接，所述锚杆前段上开设锚杆溢浆孔。
9.优选地，所述超前锚杆植入前使用泡沫塞对导向套筒进行临时封堵，避免施作喷射混凝土层时将导向套筒封堵，影响超前锚杆的植入作业。
10.优选地，所述环形注浆塞上有注浆口，所述注浆口与外接注浆管连接；所述超前锚杆的锚孔以及邻近的破碎体内注入水泥浆液形成破碎加固体，所述水泥浆液从外接注浆管经注浆口注入，所述锚孔内的空气及水泥浆液从锚杆溢浆孔内流出；所述水泥浆液从锚杆溢浆孔经超前锚杆流出后，使用密封塞对超前锚杆及注浆口进行封堵；水泥浆液从环形注浆塞上的注浆口注入，可避免从超前锚杆注入后，水泥浆液从锚孔流出，同时从下向上注入水泥浆液的方式，锚孔内的空气可从锚杆溢浆孔流出，有效地排出锚孔内的空气，提高注浆效果。
11.优选地，所述界面注浆导管上有导管溢浆孔，通过界面注浆导管向钢拱架与围岩之间补充注入水泥浆，提高钢拱架与围岩的接触面积，从而提高钢拱架的支护效果；所述导管溢浆孔和锚杆溢浆孔均为长条形，所述长条形的溢浆孔能够降低超前锚杆或界面注浆导管被堵塞的概率。
12.优选地，所述环形注浆塞上分别有注浆塞外螺纹及注浆塞内螺纹，所述导向套筒内有套筒螺纹，所述锚杆后段上有锚杆螺纹；所述注浆塞外螺纹与套筒螺纹相配合，所述注浆塞内螺纹与锚杆螺纹相配合；所述注浆塞内螺纹、锚杆螺纹与注浆塞外螺纹、套筒螺纹的方向相反；所述环形注浆塞的安装方法为：首先逆时针旋转环形注浆塞（此时环形注浆塞相对超前锚杆向上运动，超前锚杆相对环形注浆塞向下运动），使环形注浆塞套在超前锚杆上，继续逆时针旋转至环形注浆塞与导向套筒接触；然后顺时针旋转环形注浆塞（此时环形注浆塞相对超前锚杆向下运动，超前锚杆相对环形注浆塞向上运动，促使超前锚杆的前端抵在围岩上，避免超前锚杆从锚孔内滑出），使环形注浆塞旋入导向套筒内。
13.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
14.1、导向套筒为超前锚杆的植入提供导向，避免超前锚杆植入的轴线发生偏位，同时避免超前锚杆植入过程中钻断钢筋。
15.2、超前锚杆的后端与导向套筒固定，避免水泥浆液凝结硬化前，超前锚杆从锚杆孔内滑出，同时为超前锚杆的后端提供稳定可靠的竖向支撑，避免下一节段隧道开挖过程中，超前锚杆发生垮塌。
16.3、环形注浆塞兼具注浆密封及固定超前锚杆的作用，通过环形注浆塞将超前锚杆的后端与导向套筒固定，同时对超前锚杆与导向套筒之间的空隙进行密封，避免水泥浆液流出。
17.4、水泥浆液从环形注浆塞上的注浆口注入，水泥浆液从下向上注入，将锚孔内的空气从超前锚杆上的锚杆溢浆孔排出，有效地保证了注浆密实性，提高破碎加固体的施作质量。
18.5、导向套筒与钢拱架的腹板之间设置加劲翼板，有效地保证了导向套筒与钢拱架连接处的强度。
19.6、钢拱架与围岩之间设置界面注浆导管，通过界面注浆导管向钢拱架与围岩之间注入水泥浆，避免钢拱架后侧喷射混凝土难以喷入的情况，提高了钢拱架与围岩之间的接触面积。
附图说明
20.图1是隧道开挖段一次衬砌施作结构示意图；
21.图2是超前锚杆施作结构示意图；
22.图3是超前锚杆与支撑导向钢拱架结构大样图；
23.图4是超前锚杆注浆加固结构示意图；
24.图5是钢拱架及导向套筒结构示意图；
25.图6是钢拱架及导向套筒剖视图；
26.图7是环形注浆塞结构示意图；
27.图8是界面注浆导管结构示意图；
28.图9是超前锚杆前段结构示意图；
29.图10是超前锚杆标准段结构示意图；
30.图11是超前锚杆后段结构示意图；
31.图12是密封塞安装操作流程图。
32.图中标注：1-破碎体，11-锚孔，12-破碎加固体，2-钢拱架，21-导向套筒，22-加劲翼板，23-套筒螺纹，24-泡沫塞，31-喷射混凝土层，32-钢筋网，4-界面注浆导管，41-导管溢浆孔，5-超前锚杆，51-锚杆前段，52-锚杆标准段，53-锚杆后段，54-钻头，55-锚杆溢浆孔，56-锚杆螺纹，6-水泥浆液，61-外接注浆管，62-密封塞，7-环形注浆塞，71-注浆口，72-注浆塞外螺纹，73-注浆塞内螺纹。
具体实施方式
33.为了加深对本实用新型的理解，下面将参考附图1至附图12，对本实用新型的实施例作详细说明，以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
34.如附图1至附图12所示，本实用新型涉及的超前注浆锚杆支撑导向钢拱架结构，包括钢拱架2、导向套筒21、加劲翼板22、钢筋网32、喷射混凝土层31、界面注浆导管4、超前锚杆5、环形注浆塞7等组成，所述导向套筒21穿过钢拱架2的腹板，所述导向套筒21与钢拱架2的腹板之间设有加劲翼板22；所述钢拱架2与围岩之间设有钢筋网32，所述钢拱架2及钢筋网32包裹在喷射混凝土层31内，所述超前锚杆5植入前使用泡沫塞24对导向套筒21进行临时封堵，避免施作喷射混凝土层31时将导向套筒21封堵，影响超前锚杆5的植入作业；所述钢拱架2与围岩之间设有界面注浆导管4，所述界面注浆导管4的一端从喷射混凝土层31内穿出；所述超前锚杆5穿过导向套筒21植入围岩破碎体1内，所述环形注浆塞7设于超前锚杆5与导向套筒21之间。
35.如附图5、附图6所示，所述导向套筒21穿过钢拱架2腹板的角度依据超前锚杆5的植入角度确定，所述加劲翼板22沿导向套筒21圆周均匀设置4片，所述加劲翼板22分别与导向套筒21及钢拱架2的腹板焊接连接，所述加劲翼板22用于固定导向套筒21，同时避免导向套筒21穿过钢拱架2的腹板，导致钢拱架2局部出现薄弱点，从而导致钢拱架2承载能力降低。
36.如附图9至附图11所示，所述超前锚杆5由锚杆前段51、锚杆标准段52及锚杆后段53组成，所述超前锚杆5的长度通过加减锚杆标准段52调整，所述锚杆前段51与钻头54连
接，所述锚杆前段51上开设锚杆溢浆孔55。如附图8所示，所述界面注浆导管4上有导管溢浆孔41，通过界面注浆导管4向钢拱架2与围岩之间补充注入水泥浆，提高钢拱架2与围岩的接触面积，从而提高钢拱架2的支护效果；所述导管溢浆孔41和锚杆溢浆孔55均为长条形，所述长条形的溢浆孔能够降低超前锚杆5或界面注浆导管4被堵塞的概率。
37.如附图3、附图4所示，所述环形注浆塞7上有注浆口71，所述注浆口71与外接注浆管61连接；所述超前锚杆5的锚孔11以及邻近的破碎体1内注入水泥浆液6形成破碎加固体12，所述水泥浆液6从外接注浆管61经注浆口71注入，所述锚孔11内的空气及水泥浆液6从锚杆溢浆孔55内流出；所述水泥浆液6从锚杆溢浆孔55经超前锚杆5流出后，使用密封塞62对超前锚杆5及注浆口71进行封堵；水泥浆液6从环形注浆塞7上的注浆口71注入，可避免从超前锚杆5注入后，水泥浆液6从锚孔11流出，同时从下向上注入水泥浆液6的方式，锚孔11内的空气可从锚杆溢浆孔55流出，有效地排出锚孔11内的空气，提高注浆效果。
38.如附图7所示，所述环形注浆塞7上分别有注浆塞外螺纹72及注浆塞内螺纹73，如附图6所示，所述导向套筒21内有套筒螺纹23，如附图11所示，所述锚杆后段53上有锚杆螺纹56；所述注浆塞外螺纹72与套筒螺纹23相配合，所述注浆塞内螺纹73与锚杆螺纹56相配合；所述注浆塞内螺纹73、锚杆螺纹56与注浆塞外螺纹72、套筒螺纹23的方向相反；如附图12所示，所述环形注浆塞7的安装方法为：首先逆时针旋转环形注浆塞7（此时环形注浆塞7相对超前锚杆5向上运动，超前锚杆5相对环形注浆塞7向下运动），使环形注浆塞7套在超前锚杆5上，继续逆时针旋转至环形注浆塞7与导向套筒21接触；然后顺时针旋转环形注浆塞7（此时环形注浆塞7相对超前锚杆5向下运动，超前锚杆5相对环形注浆塞7向上运动，促使超前锚杆5的前端抵在围岩上，避免超前锚杆5从锚孔11内滑出），使环形注浆塞7旋入导向套筒21内。
39.按照附图5、附图6所示的结构形式在钢拱架2上安装导向套筒21，并使用泡沫塞24将导向套筒21堵住；如附图1所示，将加工好的钢拱架2安装在开挖完成后的隧道内，在钢拱架2与围岩之间设置钢筋网32、界面注浆导管4，并施作喷射混凝土层31，将钢拱架2、钢筋网2、界面注浆导管4包裹在喷射混凝土层31内；如附图2所示，待喷射混凝土层31达到设计强度后，通过界面注浆导管4向钢拱架2与围岩之间注入水泥浆；拔出泡沫塞24，将超前锚杆5穿过导向套筒21植入破碎体1内，不同仰角的超前锚杆5交错搭接；如附图3所示，超前锚杆5植入就位后，在导向套筒21与超前锚杆5之间安装环形注浆塞7；如附图4所示，从环形注浆塞7的注浆口71向锚孔11及破碎体1内注入水泥浆液6形成破碎加固体12，待水泥浆液6从锚杆溢浆孔55流出后，使用密封塞62将超前锚杆5及注浆口71封堵。
40.以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。