本發(fā)明涉及交通、水利及礦山等工程技術領域，具體涉及一種以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法及支護系統(tǒng)。

背景技術：

地下工程修建過程中的巖爆災害是工程界面臨的重大安全難題，截至目前，國內外對于巖爆的治理尤其是支護措施的設計大多采用被動防護的理念，所謂被動支護，即依靠支護結構自身的強度來抵御可能發(fā)生的巖爆災害。該防治理念下的支護措施即不能及時施加洞壁徑向應力，改善洞壁受力狀態(tài)。同時防巖爆過程中又無法實現(xiàn)巖體內形變能的釋放，導致防巖爆效果不佳。

從地下洞室開挖后能快速改變洞室周邊應力狀態(tài)的目的出發(fā)，在巖爆段采用能快速施加洞壁徑向應力為核心理念的主動支護型體系與方法，將起到有效防止或減弱巖爆發(fā)生的作用。截止目前，無論是交通、水利及礦山領域的地下工程中，均未提及以快速向洞壁施加徑向約束力的主動防巖爆體系與方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法，旨在改善現(xiàn)有的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法可能存在支護過程中的安全性不佳的問題。

本發(fā)明還提供了一種以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)，同樣旨在改善現(xiàn)有的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法可能存在支護過程中安全性不佳的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法，包括以下步驟：在待支護隧道的壁面噴射第一混凝土層和開設鉆孔；在鉆孔內設置漲殼式預應力錨桿，并控制漲殼式預應力錨桿，使其對隧道壁施加徑向力，以進行主動支護；在鋼筋網的表面設置第二混凝土層，以使得第二混凝土層將鋼筋網覆蓋于第一混凝土層上。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，在向鉆孔內設置漲殼式預應力錨桿前，對鉆孔進行清理。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，控制漲殼式預應力錨桿對待支護隧道壁進行主動支護，具體是指預緊漲殼式預應力錨桿的桿體以使?jié)q殼式預應力錨桿的漲殼錨頭在鉆孔內漲開，旋擰漲殼式預應力錨桿的螺母直至鎖緊。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，在第一混凝土層設置鋼筋網是指將鋼筋網掛設于漲殼式預應力錨桿裸露于鉆孔外的一端。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，將鋼筋網掛設于漲殼式預應力錨桿遠離鉆孔的一端是將鋼筋網沿待支護隧道的拱頂逐漸往邊墻，最后往仰拱的順序掛設。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，還包括向漲殼式預應力錨桿內注漿。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，在鋼筋網的表面設置第二混凝土層是采用噴射的方式將混凝土漿料噴射于鋼筋網的表面。

一種以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)，包括依次設置于待支護隧道的壁面的第一混凝土層、鋼筋網、第二混凝土層和用于設置于待支護隧道的鉆孔內的漲殼式預應力錨桿，鋼筋網連接于漲殼式預應力錨桿，且第二混凝土層將鋼筋網覆蓋于第一混凝土層的表面。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，漲殼式預應力錨桿包括桿體、墊板、螺母和漲殼錨頭，漲殼錨頭設置于桿體的一端，墊板和螺母均設置于桿體遠離漲殼錨頭的一端，且螺母設置于墊板遠離漲殼錨頭的一側。

進一步地，在本發(fā)明較佳的實施例中，桿體為內部中空的結構。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過上述以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法，由于其采用漲殼式預應力錨桿，對隧道壁采用主動支護的方式，能夠有效防止隧道巖爆的發(fā)生，同時能夠降低隧道施工過程發(fā)生安全事故的概率；本發(fā)明提供的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)，能夠有效方式隧道巖爆的發(fā)生和降低隧道施工過程發(fā)生安全事故的概率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施方式的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1是本發(fā)明實施方式提供的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)的剖視圖；

圖2是本發(fā)明實施方式提供的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)設置于隧道壁的第一視角的剖視圖；

圖3是本發(fā)明實施方式提供的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)設置于隧道壁的第二視角的剖視圖；

圖4是本發(fā)明實施方式中漲殼式預應力錨桿的結構示意圖；

圖5是本發(fā)明實施方式提供的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法的施工流程圖。

圖標：100-以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)；110-第一混凝土層；120-鋼筋網；130-漲殼式預應力錨桿；131-桿體；132-墊板；133-螺母；134-漲殼錨頭；140-第二混凝土層；150-巖石層。

具體實施方式

下面通過具體的實施例并結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。

如圖1和圖2所示，以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)100包括依次設置于待支護隧道的壁面的第一混凝土層110、鋼筋網120和第二混凝土層140以及設置于待支護隧道的鉆孔內的漲殼式預應力錨桿130。鋼筋網120掛設于漲殼式預應力錨桿130遠離待支護隧道壁面的一端，第二混凝土層140將鋼筋網120覆蓋于第一混凝土層110的表面。該鋼筋網120由待支護隧道的拱頂逐漸往邊墻，最后往仰拱的順序掛設。

如圖3所示，第一混凝土層110的厚度在40mm左右，且第一混凝土層110的混凝土漿料內添加有速凝劑。設置第一混凝土層110的目的是為了加固隧道壁，保證后續(xù)施工安全。

需要指出的是，在本發(fā)明的其他實施例中，根據不同工況第一混泥土的厚度可以是在大于或等于30mm的范圍內作調整。理論上來說第一混凝土層110越厚其抗壓能力越好，但是由于施工具有一定難度，故第一混凝土層110的厚度在隧道拱頂處的厚度優(yōu)選大于30mm?；炷林刑砑铀倌齽┠軌蚣涌旎炷聊痰乃俣龋魢娚涞幕炷翝{料內不含速凝劑，則第一混凝土層110在邊墻處的厚度為70-100mm，在隧道拱頂的厚度為50-60mm；若噴射的混凝土漿料內含速凝劑，則第一混凝土層110在邊墻處的厚度為50-70mm，在隧道拱頂的厚度為30-40mm。

如圖2所示，將第一混凝土層110設置好后，在第一混凝土層110的表面需要設置漲殼式預應力錨桿130的地方打設鉆孔，鉆孔貫穿第一混凝土層110深入隧道巖石層150內，將漲殼式預應力錨桿130設置于鉆孔內，通過巖壁施加徑向力進而對巖壁進行主動支護。

如圖4所示，漲殼式預應力錨桿130包括桿體131、墊板132、螺母133和漲殼錨頭134，漲殼錨頭134設置于桿體131的一端，墊板132和螺母133均設置于桿體131遠離漲殼錨頭134的一端，螺母133設置于墊板132遠離漲殼錨頭134的一側，即漲殼式預應力錨桿130的結構順序依次為漲殼錨頭134、桿體131、墊板132和螺母133。桿體131為內部中空的結構。

如圖2和圖3所示，將所有漲殼式預應力錨桿130設置完畢后，在漲殼式預應力錨桿130露出洞壁的一端掛設鋼筋網120，鋼筋網120由待支護隧道的拱頂逐漸往邊墻，最后往仰拱的順序掛設。構成鋼筋網120的鋼筋直徑為6-8mm，鋼筋網120的間距為20cm﹡20cm或者25cm﹡25cm，采用此尺寸范圍內的鋼筋網120是因為經隧道防護工程多年的發(fā)展，多次實踐得出，大多數工況下此范圍尺寸為較佳尺寸，從施工難度和其所能承載的強度角度出發(fā)，都是比較好的選擇，但是在某些特定的工況下，鋼筋網的尺寸也可在此范圍以外做調整。

待鋼筋網120設置好后，向掛設有鋼筋網120的第一混凝土層110的壁面噴射第二混凝土層140。第二混凝土層140的厚度大于等于2cm，由于第二混凝土層140的厚度應大于鋼筋網120的鋼筋的直徑，以保證將鋼筋網120完全覆蓋，同時第二混凝土層140應具有足夠的強度，故第二混凝土層140的厚度優(yōu)選大于等于2cm。

設置第二混凝土層140，其將鋼筋網120完全覆蓋不僅能夠防止鋼筋網120生銹，其對隧道壁巖石的支護還能夠起到積極的作用。

參見附圖5，并同時參見附圖1-4，本發(fā)明的實施例提供與上述以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)100結合的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法，包括以下步驟：

S1、在待支護隧道的壁面上噴射第一混凝土層110和開設鉆孔。

具體的，參見附圖1-圖3，優(yōu)選地，首先在待支護的隧道壁面用混凝土噴射機噴射一層混凝土，以形成第一混凝土層110，在施工過程中噴射作業(yè)應分段進行，噴射順序應該自隧道拱頂往下噴射，且在分段作業(yè)過程中，分段長度不宜大于6m。在使用噴射機對隧道壁進行噴射過程中噴嘴應與噴射面垂直，噴射好后的第一混凝土層110表面應平整。

噴射第一混凝土層110的目的是為了加固隧道壁，保證后續(xù)施工安全。

待第一混凝土層110凝固后，對設置有第一混凝土層110的隧道壁用鉆機打設鉆孔，使鉆孔打入巖石層150內。打設鉆孔前需要先測定好鉆孔的范圍、平面位置，并且對每個孔進行編號。鉆孔的孔深和孔徑與所要用到的漲殼式預應力錨桿130的尺寸相對應，相鄰的鉆孔不得相撞和相交。打設鉆孔應由高孔位向低孔位的順序進行打設，鉆機開鉆是應低速低壓且應規(guī)范用電以保證施工安全。

鉆孔打設好后，需將鉆孔清理干凈，采用地質巖心鉆桿配合鉆頭通過高壓風或高壓水槍從孔底向孔口進行反復掃孔、清除巖石碎屑，清理鉆孔的目的是為了確保孔徑孔深符合要求，同時防止堵孔。

需要指出的是，在本發(fā)明的其他實施例中，也可以是先打設鉆孔再噴射混凝土形成第一混凝土層110。

S2、在鉆孔內設置漲殼式預應力錨桿130，并控制該漲殼式預應力錨桿130，使其對隧道壁進行主動支護。

如圖3和圖4所示，漲殼式預應力錨桿130的長度應與鉆孔深度相匹配，將漲殼式預應力錨桿130伸入鉆孔內，漲殼錨頭134與桿體131均完全伸入至鉆孔內，墊板132與螺母133暴露于鉆孔外，預警桿體131使?jié)q殼錨頭134在鉆孔內充分漲開，旋擰螺母133，使?jié)q殼式預應力錨桿130鎖緊于鉆孔內，從而使得漲殼式預應力錨桿130對隧道壁進行主動支護。

每個漲殼式預應力錨桿130設置于鉆孔內對隧道壁進行主動支護的過程所需時間不會超過10分鐘，漲殼式預應力錨桿130設置好后便能夠立即改變隧道巖石的應力大小，而傳統(tǒng)的采用錨桿注漿的被動支護方式，安裝好后基本不能改變隧道巖石的應力大小，只能在即將要發(fā)生巖爆時，巖石對錨桿產生壓力，錨桿才能對隧道壁產生支護作用，而且，采用傳統(tǒng)的錨桿注漿支護方式，所注漿料為混凝土漿料，只有混凝土漿料凝固，使錨桿硬度變強后，才能起到預防巖爆的作用，而混凝土漿料凝固所需時間明顯比本發(fā)明所用的漲殼式預應力錨桿130在鉆孔內對隧道壁進行主動支護所需時間長。故本發(fā)明所采用的對隧道壁進行主動支護的方式在隧道施工過程中安全性更佳。

待漲殼式預應力錨桿130在鉆孔內設置好后，在漲殼式預應力錨桿130的中空部位的一端，即與螺母133相對應處進行注漿，漿體進入桿體131內部，從桿體131遠離螺母133的一端流出填滿漲殼式預應力錨桿130與鉆孔之間的孔隙。待漿體凝固后起到了加固漲殼式預應力錨桿130防止?jié)q殼式預應力錨桿130徑向支護力松弛的作用，能夠進一步防止巖爆的發(fā)生，同時漿體將漲殼式預應力錨桿130包裹住還能夠防止?jié)q殼式預應力錨桿130生銹，能夠有效延長漲殼式預應力錨桿130的壽命。

需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，也可以是在下述的S4步驟完成后向漲殼式預應力錨桿130內注漿。

S3、在第一混凝土層110上設置鋼筋網120。

具體的，參見附圖1-圖3，待所有漲殼式預應力錨桿130在隧道壁上均設置好后，在第一混凝土層110的壁面設置鋼筋網120，鋼筋網120與漲殼式預應力錨桿130遠離隧道壁的一端牢固連接，從安全角度和施工操作難易度出發(fā)，鋼筋網120應從隧道拱頂逐漸往下掛設。鋼筋網120在掛設之前應清理干凈，以保證第二混凝土層140能夠與鋼筋網120粘合更牢固。

需要指出的是，在本發(fā)明的其他實施例中，根據所要支護的隧道巖石的具體情況，可以調整鋼筋網120的具體尺寸。

S4、在鋼筋網120的表面設置第二混凝土層140，以使得第二混凝土層140將鋼筋網120覆蓋于第一混凝土層110上。

具體的，參見附圖1-圖3，待鋼筋網120掛設完成后，向第一混凝土層110上噴射混凝土以形成第二混凝土層140，在噴射過程中噴射順序同樣是從隧道拱頂逐漸往下進行噴射。按上述步驟施工建造好的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護系統(tǒng)100包括依次設置于待支護隧道的壁面的第一混凝土層110、鋼筋網120和第二混凝土層140以及設置于待支護隧道的鉆孔內的漲殼式預應力錨桿130。鋼筋網120掛設于漲殼式預應力錨桿130遠離待支護隧道壁面的一端，第二混凝土層140將鋼筋網120覆蓋于第一混凝土層110的表面。

如圖1所示，漲殼式預應力錨桿130包括桿體131、墊板132、螺母133和漲殼錨頭134，漲殼錨頭134設置于桿體131的一端，墊板132和螺母133均設置于桿體131遠離漲殼錨頭134的一端，螺母133設置于墊板132遠離漲殼錨頭134的一側，即漲殼式預應力錨桿130的結構順序依次為漲殼錨頭134、桿體131、墊板132和螺母133。桿體131為內部中空的結構。

如圖2所示，在圖2的隧道壁取5個附近設置有漲殼式預應力錨桿130的點，通過控制漲殼式預應力錨桿130使其對隧道壁產生不同的壓力，在這些不同壓力下來測定這5個點處隧道的切向應力的情況。如下表所示：

表1 漲殼式預應力錨桿130對對隧道壁施加不同徑向軸力(kn)的情況下隧道壁的切向應力(pa)變化情況

若采用被動支護的方式，設置有錨桿處的隧道壁的切向應力在設置前后基本沒有變化。分析上表，本發(fā)明采用漲殼式預應力錨桿130對隧道壁采用主動支護的方式，可以看出當漲殼式預應力錨桿130對隧道壁的徑向軸力越大，隧道壁所產生的切向應力越小，發(fā)生巖爆的概率則越低。說明了本發(fā)明所采用的主動支護的方式在隧道壁的巖石還沒有發(fā)生變化前就對隧道壁產生支護作用；進一步說明了在隧道施工過程中，對隧道壁采用主動支護的方式相較于對隧道壁采用傳統(tǒng)的被動支護的方式，發(fā)生安全事故的可能性更低。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的以主動支護為理念的隧道防巖爆支護方法及支護系統(tǒng)能夠有效防止巖爆的發(fā)生，其采用主動支護的方式，能夠快速對巖壁產生支護作用，有效降低隧道支護施工中存在的安全隱患，對施工工人的人身安全起到了積極的作用。

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，上面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行了清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和表示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以上對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發(fā)明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“設置”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。