一种适用于硬岩隧道的npr锚杆主动支护方法
技术领域
1.本发明属于隧道支护技术领域，具体涉及一种适用于硬岩隧道的npr锚杆主动支护方法。
背景技术：
2.随着我国城市化进程的不断推进，隧道工程日益增多，由此而来的隧道支护问题也接踵而至。目前，在浅埋或埋深不大的硬岩、较硬岩等稳定岩层中，大跨度（大于12m）隧道多采用格栅钢架+锚喷设计被动支护，这种现有设计方案锚杆布置较密，从而致使钻孔数量过多，严重影响围岩整体性；采用中空注浆锚杆成拱效果不明显，格栅钢架间距较小，所需数量较多。以上所述导致隧道施工推进速度缓慢，施工效率低、工期长，经济效益不理想且不利于推广。
3.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种适用于硬岩隧道的npr锚杆主动支护方法，以至少解决目前支护方案施工效率低、工期长等问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于硬岩隧道的npr锚杆主动支护方法，隧道采用三台阶法开挖，第一台阶、第二台阶与第三台阶中均采用主动支护方法进行支护，以隧道开挖方向为纵向，垂直于纵向方向为环向；所述主动支护方法包括以下步骤：步骤1，先开挖台阶，临时支护掌子面；步骤2，在开挖部分的表面喷射混凝土；步骤3，在开挖面拱顶或边墙上确定npr锚杆的打设位置，钻孔并清孔；步骤4，在钻孔中锚固npr锚杆；步骤5，在开挖面拱顶或边墙铺设柔性网，并将处于同一环向面上的npr锚杆的端部上安装钢带，通过环向延伸的钢带将同一环向面上的npr锚杆串联起来；步骤6，在npr锚杆的端部放置锚杆托板并安装锚具。
6.如上所述的主动支护方法，优选地，沿纵向方向相邻的锚杆相互错落布置。
7.如上所述的主动支护方法，优选地，在步骤5中，在环向延伸的钢带安装完成之后，在锚杆端部安装沿纵向延伸的钢带，通过纵向延伸的钢带用于将处于同一轴线上的npr锚杆串联起来；通过环向延伸的钢带与纵向延伸的钢带形成井字形的钢带网。
8.如上所述的主动支护方法，优选地，相邻的纵向延伸的钢带之间至少间隔一个npr锚杆。
9.如上所述的主动支护方法，优选地，在安装完锚杆托板与锚具后，使用张拉机对npr锚杆施加预紧力，使npr锚杆与围岩发生耦合作用。
10.如上所述的主动支护方法，优选地，隧道拱顶上的npr锚杆长度大于边墙上的npr
锚杆。
11.如上所述的主动支护方法，优选地，所述钢带为w钢带。
12.如上所述的主动支护方法，优选地，所述钢带为加筋带，加筋带包括钢条与多个钢筋，多个钢筋并列设置在钢条上，钢条与钢筋的延伸方向一致，在钢条上与锚杆安装的地方设置有预留孔，以便于加筋带的安装。
13.如上所述的主动支护方法，优选地，在步骤4中，在钻孔的底部装入树脂锚固剂，然后装入npr锚杆，旋转npr锚杆将npr锚杆锚固在钻孔中。
14.如上所述的主动支护方法，优选地，在步骤6中，npr锚杆施加预紧力之后，再次喷射早强混凝土，使npr锚杆与钢带、柔性网联结组合成一体。
15.有益效果：本发明的主动支护方法，取消格栅钢架，使用npr锚杆与w钢带（或加筋带）沿隧道环向布置，辅以柔性网的纵向联结，喷射混凝土后形成的npr锚杆肋拱，显著提高喷层的整体性和环向抗拉强度，提升施工速率，减少支护成本。而且能够施工效率，缩短工期。
附图说明
16.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：图1为本发明实施例中第一台阶施工的示意图；图2为本发明实施例中第二台阶施工的示意图；图3为本发明实施例中第三台阶施工的示意图；图4为本发明实施例中隧道拱顶上w钢带或者加筋带的示意图；图5为本发明实施例中隧道边墙上w钢带或者加筋带的示意图。
17.图中：1、npr锚杆；2、钢带；21、w钢带；22、加筋带。
具体实施方式
18.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
20.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.根据本发明的具体实施例，如图1-5所示，本发明提供一种适用于硬岩隧道的npr锚杆主动支护方法，隧道采用三台阶法开挖，第一台阶、第二台阶与第三台阶均采用主动支护方法进行支护，以隧道开挖方向为纵向，垂直于纵向方向为环向；主动支护方法包括以下
步骤：步骤1，先开挖台阶，临时支护掌子面。
22.步骤2，在开挖部分的表面喷射混凝土。
23.步骤3，在开挖面的拱顶或边墙上确定npr锚杆1的打设位置，钻孔并清孔。
24.步骤4，在钻孔中锚固npr锚杆1；在钻孔中安装锚杆，沿纵向方向相邻的锚杆相互错落布置。即沿纵向方向相邻的两个锚杆相互不重叠，沿纵向方向相互间隔的锚杆在纵向方向相互重叠，即锚杆沿纵向成45
°
倾斜布置。
25.在本实施例中，隧道拱顶上的npr锚杆1长度大于边墙上的npr锚杆1。在本实施例中，拱顶、边墙采用不等长度的npr锚杆1支护设计，充分发挥锚杆在初支中的作用，减小二衬支护压力。
26.在步骤4中，在钻孔的底部装入树脂锚固剂，然后装入npr锚杆1， 旋转npr锚杆1将npr锚杆1锚固在钻孔中。
27.树脂锚固剂能够实现快速锚固，在树脂锚固后使用张拉机快速施加高预紧力（150~200kn），使得npr锚杆1可及时与围岩发生作用，尽快承担围岩压力，避免塌落拱的扩展。
28.步骤5，在开挖面拱顶或边墙铺设柔性网，并将处于同一环向面上的npr锚杆1的端部上安装钢带2，通过环向延伸的钢带2将同一环向面上的npr锚杆1串联起来。
29.在本实施例中，在环向延伸的钢带2安装完成之后，在锚杆端部安装沿纵向延伸的钢带2，通过纵向延伸的钢带2用于将处于同一轴线上的npr锚杆1串联起来；通过环向延伸的钢带2与纵向延伸的钢带2形成井字形的钢带2网。从而能够将所有锚杆更好的连接成一个整体，进而能够对隧道进行更好的支护。相邻的纵向延伸的钢带2之间至少间隔一个锚杆。在形成钢带2网的基础上，尽可能的减少钢带2的使用数量，从而尽可能的节省支护成本。
30.在本实施例中，钢带2使用w钢带21或加筋带22。w钢带21结构强度高，成本低廉，便于施工。加筋带22包括钢条与多个钢筋，多个钢筋并列设置在钢条上，钢条与钢筋的延伸方向一致，在钢条上与锚杆安装的地方设置有预留孔，以便于加筋带22的安装。
31.步骤6，在npr锚杆1的端部放置锚杆托板并安装锚具，使用张拉机对npr锚杆1施加预紧力。npr锚杆1施加预紧力之后，再次喷射早强混凝土，使npr锚杆1与钢带2、柔性网联结组合成一体。
32.相较于传统锚杆，何满潮院士设计提出的npr（negative poisson’s ratio，即负泊松比）锚杆具有负泊松比效应，高恒阻，大变形，吸收能量，多次冲击不断等超常力学特性。故将其应用于隧道支护，提出取消格栅钢架的npr锚杆肋拱法。通过npr锚杆与钢带、柔性网联结组合形成“肋”，喷射混混凝土形成的隧道环形加强支护结构体，能够进一步加强对隧道的支护；通过npr锚杆锚固在围岩中，与围岩发生耦合作用形成组合“拱”，从而显著提高喷层的整体性和环向抗拉强度，加强npr锚杆间喷层薄板的边界约束强度，从而实现隧道开挖表面支护全覆盖，更好发挥锚网喷支护效果。
33.综上所述，本发明提供的适用于硬岩隧道的npr锚杆主动支护方法的技术方案中，取消格栅钢架，使用npr锚杆与w钢带（或加筋带）沿隧道环向布置，辅以柔性网的纵向联结，喷射混凝土后形成的npr锚杆肋拱，可显著提高喷层的整体性和环向抗拉强度，实现隧道开挖表面支护全覆盖，从而可取消格栅钢架，提升施工速率，减少支护成本。而且优化了支护
密度，通过对npr锚杆施加高预紧力优化锚杆环纵间距，从而减少锚杆用量。
34.而且能够节省工期，树脂锚固剂可快速凝固，优化锚杆支护密度后可减少锚杆数量，缩短主动支护施工时间，取消格栅钢架可优化施工步骤，从而提升施工效率，缩短工期。
35.可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本技术实施例对此并不进行限定。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。技术特征：
1.一种适用于硬岩隧道的npr锚杆主动支护方法，其特征在于，隧道采用三台阶法开挖，第一台阶、第二台阶与第三台阶中均采用主动支护方法进行支护，以隧道开挖方向为纵向，垂直于纵向方向为环向；所述主动支护方法包括以下步骤：步骤1，先开挖台阶，临时支护掌子面；步骤2，在开挖部分的表面喷射混凝土；步骤3，在开挖面拱顶或边墙上确定npr锚杆的打设位置，钻孔并清孔；步骤4，在钻孔中锚固npr锚杆；步骤5，在开挖面拱顶或边墙铺设柔性网，并将处于同一环向面上的npr锚杆的端部上安装钢带，通过环向延伸的钢带将同一环向面上的npr锚杆串联起来；步骤6，在npr锚杆的端部放置锚杆托板并安装锚具。2.根据权利要求1所述的主动支护方法，其特征在于，沿纵向方向相邻的锚杆相互错落布置。3.根据权利要求2所述的主动支护方法，其特征在于，在步骤5中，在环向延伸的钢带安装完成之后，在锚杆端部安装沿纵向延伸的钢带，通过纵向延伸的钢带用于将处于同一轴线上的npr锚杆串联起来；通过环向延伸的钢带与纵向延伸的钢带形成井字形的钢带网。4.根据权利要求3所述的主动支护方法，其特征在于，相邻的纵向延伸的钢带之间至少间隔一个npr锚杆。5.根据权利要求1所述的主动支护方法，其特征在于，在安装完锚杆托板与锚具后，使用张拉机对npr锚杆施加预紧力，使npr锚杆与围岩发生耦合作用。6.根据权利要求1所述的主动支护方法，其特征在于，隧道拱顶上的npr锚杆长度大于边墙上的npr锚杆。7.根据权利要求1所述的主动支护方法，其特征在于，所述钢带为w钢带。8.根据权利要求1所述的主动支护方法，其特征在于，所述钢带为加筋带，加筋带包括钢条与多个钢筋，多个钢筋并列设置在钢条上，钢条与钢筋的延伸方向一致，在钢条上与锚杆安装的地方设置有预留孔，以便于加筋带的安装。9.根据权利要求1-7任一所述的主动支护方法，其特征在于，在步骤4中，在钻孔的底部装入树脂锚固剂，然后装入npr锚杆，旋转npr锚杆将npr锚杆锚固在钻孔中。10.根据权利要求1-7任一所述的主动支护方法，其特征在于，在步骤6中，npr锚杆施加预紧力之后，再次喷射早强混凝土，使npr锚杆与钢带、柔性网联结组合成一体。
技术总结
本发明属于隧道支护技术领域，具体涉及一种适用于硬岩隧道的NPR锚杆主动支护方法；隧道采用三台阶法开挖，第一台阶、第二台阶与第三台阶中均采用主动支护方法进行支护，主动支护方法包括以下步骤：步骤1，先开挖台阶，临时支护掌子面；步骤2，在开挖部分的表面喷射混凝土；步骤3，在开挖面拱顶或边墙上确定NPR锚杆的打设位置，钻孔并清孔；步骤4，在钻孔中锚固NPR锚杆；步骤5，在开挖面拱顶或边墙铺设柔性网，并将处于同一环向面上的NPR锚杆的端部上安装钢带；步骤6，在NPR锚杆的端部放置锚杆托板并安装锚具。本发明的主动支护方法，取消格栅钢架，提升施工速率，减少支护成本。而且能够提高施工效率，缩短工期。缩短工期。缩短工期。
技术研发人员：陶志刚 毛亚东 明伟 王志领 王翔 郭爱鹏 杨晓杰 何满潮
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2022/4/22
声明：
“适用于硬岩隧道的NPR锚杆主动支护方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国矿业大学（北京）
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2024年11月27日 ~ 29日 
