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锚杆施工新工艺!无水、无粉尘!防止隧道路面隆起

336 2020-09-21 17:36:49

日本飞岛建设株式会社和矿研工业株式会社联合开发了一项无水、无粉尘的锚杆施工工艺,可防止路面隆起。目前,该项技术正在申请专利。

一、开发背景




在普通公路或高速公路的山岭隧道施工过程中,通常采取设置仰拱、锚杆支护或钢管支护等措施应对路面隆起病害。设置仰拱开支巨大,且存在车辆限行等问题,而锚杆支护或钢管支护虽受山地条件影响,但可在短时间内完工,且仅需占用一根车道,对运输通行影响较小。而通常,在山岭隧道中施作锚杆时,首先是将钻机连上钻杆钻头,然后一边冲击旋转,一边注水冲洗,以形成插入孔。之后注入砂浆,并插入锚杆。但针对山岭隧道路面隆起所使用的锚杆通常与传统新奥法中所使用的锚杆在性能上有所不同,需具备以下性能:①在路面向下施工时,锚杆需紧贴围岩。为获得良好的锚固效果,所用锚杆应超10m。②针对容易崩塌的软质泥岩或凝灰岩,钻孔时不得大量注水,防止路面加速隆起。另在注入砂浆、施作锚杆前,需维持孔壁稳定。③在运营隧道中新修车道时,应满足一侧正常通行,一侧无粉尘施工。基于此,研究人员推出以下施工工艺,可实现上述所有性能要求。

锚杆支护防止隧道路面隆起

锚杆支护防止隧道路面隆起


二、工法概要



该工法采用专用钻机,在隧道中垂直向下施作锚杆,以此防止隧道底板隆起变形。与传统工法不同的是,新工法无需注水,可在不损毁地基的情况下无粉尘施工,并且采用双管钻进,可防止孔壁坍塌。此外,该工法还不会妨碍过往车辆正常通行。

三、工法特点



(1)采用矿研工业株式会社所开发的能够快速钻孔的旋转冲击式RPD-40C钻机,该钻机带KD-450B高扭矩钻头,在双车道隧道中,仅占用一根车道即可进行施工。

(2)采用双管钻进,防止孔壁坍塌,尽可能阻止旋转扭矩增大,并利用空气排出粉尘。

(3)外管钻头的钻孔直径为100~120mm,最大深度达15 m。

(4)可连续拆装长度为1m或1.5m的内、外管。

(5)所用锚杆直径最大可达51mm。填充材料采用高强高性能砂浆,方便外管拔出的同时还能让锚杆与围岩紧密贴合。另外,即便存在地下水,也可有效抗浮。

(6)针对空气中的粉尘,主要由钻机的旋转装置及锚杆与地层间的处理装置进行回收,通过中央集尘器的粉尘收集装置加以处理。

(7)若选用10m锚杆,整个施工过程(钻孔-注入砂浆-插入锚杆-拔出外管)持续时间约 1小时左右。

           

旋转冲击式RPD-40C钻机

    

旋转冲击式RPD-40C钻机

作业流程

作业流程


四、集尘装置



双管钻进主要以压缩空气为动力进行钻孔,并利用空气排出钻孔过程所产生的粉尘,路径如下图所示。外部空气通过钻机沿图中黄色路径,从内管前端进行供给。完成钻孔后,混有粉尘的空气从内管与外管间线路1,及外管与地层间线路2(红色路径)两条路径排出。

路径示意图

路径示意图

线路1 的粉尘由钻机输入除尘装置进行处理,路线2的粉尘由锚杆与地层间的处理装置收集后输入除尘装置进行处理。据悉,该除尘装置由一个中央集尘器和一个粉尘收集装置组成,其中中央集尘器主要用于沉降并收集钻屑,粉尘收集装置主要用于清除粉尘。两条路径均建有防止粉尘外泄的机制,可有效防止粉尘外泄。


目前,研究人员已在埼玉县的碎石场对该项技术进行了现场验证。