本發(fā)明屬于軟巖隧洞工程領(lǐng)域，尤其涉及一種軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在軟巖隧洞的建設(shè)過程中，面臨的地質(zhì)條件極端復(fù)雜，存在高地應(yīng)力軟巖大變形等問題。高地應(yīng)力軟巖隧洞施工期間具有圍巖變形量大、變形速率快等特點(diǎn)，隧洞支護(hù)后極易出現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形侵限、襯砌開裂、初期支護(hù)鋼架扭曲等一系列工程問題。軟巖大變形的錨固支護(hù)中，錨桿不僅需要具有較高的承載力，而且還需要能夠適應(yīng)較大的圍巖變形而不發(fā)生破壞。

2、常規(guī)的錨桿包括全長黏結(jié)型錨桿、端錨型錨桿、摩擦型錨桿三種，其中全長黏結(jié)型錨桿雖然錨固力較高，但是抵抗圍巖變形的能力不足；端錨型錨桿和摩擦型錨桿雖然能適應(yīng)圍巖的大變形，但是錨固力較低，難以對圍巖變形形成有效控制?？梢?，常規(guī)的錨桿支護(hù)具有錨固力不足或變形能力不足的缺點(diǎn)，難以適應(yīng)軟巖隧洞工程產(chǎn)生的大變形問題，提出一種同時具有高錨固力和高可變形能力的錨桿成為了克服這一問題的關(guān)鍵。

3、眾所周知，錨桿的錨固力主要來源于注漿層-圍巖界面剪切應(yīng)力的積分，但界面剪應(yīng)力的分布范圍總是有限的，即在錨桿長度超過臨界長度后，錨桿的錨固力將不再增加。特別是在軟巖隧洞中，錨固界面的黏結(jié)強(qiáng)度本身較低，錨桿更容易發(fā)生漸進(jìn)式的界面脫黏破壞。所以，在軟巖隧洞中，如何提高界面剪應(yīng)力的作用范圍，形成錨桿與初期支護(hù)鋼架聯(lián)合受力的支護(hù)體系，是保證軟巖隧洞拱部圍巖穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，該軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)可以提高界面剪應(yīng)力的作用范圍。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，包括若干應(yīng)力分散型錨桿，所述的若干應(yīng)力分散型錨桿布置于軟巖隧洞的拱部，且呈梅花型布置，所述的應(yīng)力分散型錨桿包括錨桿和沿著錨桿的長度方向設(shè)置的多個錨節(jié)，所述的錨節(jié)將錨桿分成了粗糙段和光滑段，且粗糙段位于錨桿的首端，其余段為光滑段；所述的光滑段進(jìn)行光滑處理，使其能實(shí)現(xiàn)自由拉伸；所述的粗糙段的錨桿表面與注漿料能緊密黏結(jié)；所述的錨節(jié)的內(nèi)徑與錨桿直徑一致，且內(nèi)部螺紋與錨桿表面的螺紋形狀相匹配，外徑小于與鉆孔直徑；錨桿通過外露端的擴(kuò)大鋼墊板與軟巖隧洞中的初期支護(hù)鋼架連接，形成應(yīng)力分散型錨固支護(hù)體系。

4、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，所述錨節(jié)的端面與其側(cè)面之間形成的夾角為錨節(jié)端部傾角α，且α為銳角。

5、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，所述的端部傾角α為30～60°。

6、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，所述的錨節(jié)外徑和錨桿外徑的差r1與錨孔內(nèi)徑與錨桿外徑的差r2的比值為錨節(jié)填充度f，所述的錨節(jié)填充度f取0.7-0.8。

7、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，所述的光滑段利用潤滑油進(jìn)行光滑處理。

8、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，當(dāng)圍巖等級為iv級時，應(yīng)力分散型錨桿的布置范圍為拱頂120°；當(dāng)圍巖等級為v級時，應(yīng)力分散型錨桿的布置范圍160°。

9、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，所述應(yīng)力分散型錨桿在隧洞橫截面呈長短間隔布置，當(dāng)圍巖等級為v級時，間距為0.8m，當(dāng)圍巖等級為iv級時，間距為1m；在隧洞縱向呈梅花形布置，當(dāng)圍巖等級為v級時，當(dāng)圍巖等級為iv級，間距為1.2m；相鄰錨桿的錨節(jié)空間交錯分布。

10、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，所述的錨桿自由段沿錨桿軸向直徑逐漸發(fā)生變化，靠近鉆孔孔口側(cè)的直徑較大，遠(yuǎn)離鉆孔孔口側(cè)的直徑較小，其中最大直徑與最小直徑的比值為0.7～0.8。

11、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，所述錨桿采用負(fù)泊松比材料制成，中空構(gòu)造；其中粗糙段的長度不小于錨桿總長度的1/4。

12、作為進(jìn)一步技術(shù)方案，所述錨節(jié)采用與錨桿相同材料制作，其為一個短圓柱體，長度約0.1m。

13、上述本發(fā)明的實(shí)施例的有益效果如下：

14、(1)本發(fā)明提出的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)力分散型錨桿同時具有高錨固力和高可變形的特征，能較好的應(yīng)用于軟巖錨固支護(hù)。相比于全長錨固錨桿(無錨結(jié))，應(yīng)力分散性錨桿在拉拔過程中能夠充分發(fā)揮錨固系統(tǒng)的錨固能力，同時具備抵抗圍巖大變形的協(xié)調(diào)能力。

15、(2)在界面黏結(jié)強(qiáng)度較低時，應(yīng)力分散型錨桿可通過錨節(jié)對注漿層的擠壓作用，將拉拔荷載分散作用于錨固界面，通過增加界面剪應(yīng)力作用范圍來提高錨固力；在界面黏結(jié)強(qiáng)度較高時，應(yīng)力分散型錨桿可通過光滑段的拉伸作用使其產(chǎn)生明顯的拉伸變形，從而保證了錨桿適應(yīng)大變形的能力。

16、(3)錨節(jié)形狀對錨桿峰值應(yīng)力和拉拔位移的影響較小，但對注漿層的受力狀態(tài)影響顯著。隨著錨節(jié)填充度和端部傾角的增加，一方面，注漿層受力的均勻性將得到極大的改善，減小了錨桿光滑段發(fā)生漸進(jìn)破壞的可能性；另一方面，錨節(jié)對注漿層的側(cè)向擠壓作用得到增強(qiáng)，界面抗剪強(qiáng)度的增加使得錨桿峰值應(yīng)力和拉拔位移均有提升。在錨節(jié)填充度為0.75，錨節(jié)端部傾角為45°時，錨節(jié)在應(yīng)力分散型錨桿中的應(yīng)用最合適。

17、(4)錨固支護(hù)系統(tǒng)，通過錨桿的長短結(jié)合、梅花形布置及錨節(jié)的空間交錯分布，在軟巖隧道拱部一定范圍內(nèi)，起到系統(tǒng)性的錨固支護(hù)效果。

技術(shù)特征：

1.一種軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括若干應(yīng)力分散型錨桿，所述的若干應(yīng)力分散型錨桿布置于軟巖隧洞的拱部，且呈梅花型布置，所述的應(yīng)力分散型錨桿包括錨桿和沿著錨桿的長度方向設(shè)置的多個錨節(jié)，所述的錨節(jié)將錨桿分成了粗糙段和光滑段，且粗糙段位于錨桿的首端，其余段為光滑段；所述的光滑段進(jìn)行光滑處理，使其能實(shí)現(xiàn)自由拉伸；所述的粗糙段的錨桿表面與注漿料能緊密黏結(jié)；所述的錨節(jié)的內(nèi)徑與錨桿直徑一致，且內(nèi)部螺紋與錨桿表面的螺紋形狀相匹配，外徑小于與鉆孔直徑；錨桿通過外露端的擴(kuò)大鋼墊板與軟巖隧洞中的初期支護(hù)鋼架連接，形成應(yīng)力分散型錨固支護(hù)體系。

2.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述錨節(jié)的端面與其側(cè)面之間形成的夾角為錨節(jié)端部傾角α，所述的端部傾角α為30～60°。

3.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的錨節(jié)外徑和錨桿外徑的差r1與錨孔內(nèi)徑與錨桿外徑的差r2的比值為錨節(jié)填充度f，所述的錨節(jié)填充度f取0.7-0.8。

4.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光滑段利用潤滑油進(jìn)行光滑處理。

5.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)圍巖等級為i?v級時，應(yīng)力分散型錨桿的布置范圍為拱頂120°；當(dāng)圍巖等級為v級時，應(yīng)力分散型錨桿的布置范圍160°。

6.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)力分散型錨桿在隧洞橫截面呈長短間隔布置，當(dāng)圍巖等級為v級時，間距為0.8m，當(dāng)圍巖等級為i?v級時，間距為1m；在隧洞縱向呈梅花形布置，當(dāng)圍巖等級為v級時，當(dāng)圍巖等級為iv級，間距為1.2m；相鄰錨桿的錨節(jié)空間交錯分布。

7.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述的錨桿自由段沿錨桿軸向直徑逐漸發(fā)生變化，靠近鉆孔孔口側(cè)的直徑較大，遠(yuǎn)離鉆孔孔口側(cè)的直徑較小，其中最大直徑與最小直徑的比值為0.7～0.8。

8.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述錨桿采用負(fù)泊松比材料制成，中空構(gòu)造。

9.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，粗糙段的長度不小于錨桿總長度的1/4。

10.如權(quán)利要求1所述的軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述錨節(jié)采用與錨桿相同材料制作，其為一個短圓柱體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種軟巖隧洞拱部圍巖應(yīng)力分散型錨固支護(hù)系統(tǒng)，其中，應(yīng)力分散型錨桿包括錨桿，沿著錨桿的長度方向，在錨桿上設(shè)置多個錨節(jié)，所述的錨節(jié)將錨桿分成了粗糙段和光滑段，且粗糙段位于錨桿的首端，其余段為光滑段；所述的光滑段進(jìn)行光滑處理，使其能實(shí)現(xiàn)自由拉伸；所述的粗糙段的錨桿表面與注漿料能緊密黏結(jié)；所述的錨節(jié)的內(nèi)徑與錨桿直徑一致，且內(nèi)部螺紋與錨桿表面的螺紋形狀相匹配，外徑小于與鉆孔直徑。

技術(shù)研發(fā)人員：張朝軒,舒曉云,張震,劉佳,李威,田云,陳擁軍,何明磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：臺州學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9