玻璃纤维锚杆预加固技术在隧道的应用
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浅谈玻璃纤维筋在城市隧道中的应用摘要:玻璃纤维筋以其较高的抗拉性能、较强的耐腐蚀性、材质轻便易切割与混凝土粘接力强等独特性能在众多建设领域得到了越来越广泛的应用,本文通过工程实例介绍了在城市隧道围护结构中采用玻璃纤维筋进行立柱桩施工,在保证围护结构安全稳定的同时也减少了将来对地铁盾构施工的影响,产生了一定的经济和社会效益。
关键词:玻璃纤维筋城市隧道立柱桩1.引言1.1玻璃纤维筋的研究及应用现状近年来,因为玻璃纤维筋(GFRP)在部分方面要比传统钢筋更加优越,因此玻璃纤维筋混凝土开始在国内外引起研究热潮并得到了广泛的引用。
如今在日本、美国、欧洲等国家都在积极的对其进行研究。
目前在我国,玻璃纤维筋混凝土也开始得到运用,在成都、东莞、广州、长沙等城市建设盾构项目中取得优异的表现,但大部分都是按照国外的施工经验进行施工,在局部中采用等直径、等数量的玻璃纤维筋取代钢筋,且应用并不是特别广泛。
1.2玻璃纤维筋的特点1.2.1力学性能玻璃纤维筋是一种以高分子聚酯树脂为基体,玻璃纤维为增强体的复合材料,其抗拉强度高达500~1200MPa,但是其弹性模量低,仅为40~80GPa;且延伸率低,一般小于3%;玻璃纤维筋也是一种高强脆性材料,切割性能好,但也意味着其在一般施工过程中容易被破坏。
1.2.2玻璃纤维筋与混凝土的粘结力玻璃纤维筋的热胀系数与一般混凝土接近,比较适合在混凝土中应用。
在周围环境温度产生变化时,玻璃纤维筋不会产生太大的温度应力,亦不会破坏其与混凝土之间的黏结作用,能够保证玻璃纤维筋与混凝土之间的协同工作。
1.2.3玻璃纤维筋的其他性能玻璃纤维筋具有较好的耐腐蚀性,对潮湿环境、带有侵蚀性环境中工作的主体结构构件,玻璃纤维筋是钢筋的良好替代品。
玻璃纤维筋设计性能强,而且弹性模量稳定,热应力稳定,可任意热成形,安全性能高,不导热、且有很强的介电性,其阻燃抗静电、透磁波性能强,与金属碰撞亦不会产生火花。
图1 隧道立柱桩与地铁盾构区间平面图图2 隧道基坑围护地铁段横断面图2.工程应用2.1工程概况纬七路东进二期隧道工程为南京市纬七路快速化改造工程,主隧道全场1.38km,匝道全长265m。
玻璃纤维锚杆施⼯作业指导书玻璃纤维锚杆施⼯作业指导书1、编制依据(1)《⾼速铁路隧道⼯程施⼯质量验收标准》(TB10753-2010)。
(2)《铁路混凝⼟⼯程施⼯技术指南》(铁建设【2010】241号)。
(3)《XXXXX209》(隧道辅助施⼯措施及施⼯⽅法设计图)。
(4)《XXXXX01》XXXXX隧道设计图。
(5)现场实际施⼯情况。
2、施⼯⽬的通过采⽤玻璃纤维锚杆对软弱地层掌⼦⾯加固,掌握玻璃纤维锚杆加固⼯作⾯的施⼯⼯艺和相关的技术参数,并通过加固效果测试评价,为以后软弱围岩⼯作⾯稳定和快速施⼯提供新⼯艺和⽅法。
3、施⼯内容(1)玻璃纤维锚杆钻设施⼯⼯艺和⽅法。
(2)玻璃纤维锚杆布设参数及加固循环段长。
(3)玻璃纤维锚杆注浆⽅法、⼯艺、材料和相关注浆参数。
(4)玻璃纤维锚杆加固⼯作⾯稳定性分析,包括锚杆内⼒、地层位移、地表沉降,⽀护受⼒及变形等。
4、施⼯⽅法玻璃纤维锚杆施⼯段⾥程为DK642+330~DK642+470,加固段纵向长度为140m,拟采⽤8个循环施⼯,循环段长18 m,循环搭结长度5m。
采⽤地质钻机成孔,安设玻璃纤维注浆锚杆后,通过注浆管进⾏注浆,达到稳定⼯作⾯作⽤。
玻璃纤维锚杆布孔间距为 1.5m×1.5m,梅花型布设,主要布置在左、右上导坑及中上导坑。
试验段玻璃纤维锚杆布置图1所⽰。
图1 玻纤锚杆布置平⾯图梅花型布置间距1.5*1.5m 4.1玻璃纤维锚杆参数(1)循环加固段长度为18m。
(2)拟采⽤玻璃纤维构件的横断⾯:外径Φ32mm/内径Φ2cm。
(3)加固密度:掌⼦⾯中上导坑、左上导坑、右上导坑(间距1.5m×1.5m)。
4.2玻璃纤维锚杆注浆参数注浆材料普通⽔泥单液浆结合普通⽔泥—⽔玻璃双液浆。
浆液配⽐,普通⽔泥单液浆:W:C=1:1。
注浆压⼒0.5-1.5MPa。
4.3玻璃纤维锚杆施⼯⼯艺玻璃纤维锚杆在施⼯前需要采⽤喷射混凝⼟封闭⼯作⾯,厚20cm,然后引孔安设玻璃纤维锚杆,玻璃锚杆布设基本和隧道轴线⽅向⼀致。
实验与研究1 研究目的隧道围岩因开挖影响沿着隧道开挖轮廓线产生应力重分布,而形成“拱部效应”,而应力重分布对隧道施工的影响大小,决定于围岩特性、环境地质条件、开挖及支护方式等。
浏阳河隧道施工过程中基于加固掌子面及前方一定范围内岩土为理论基础,注重拱部超前支护与玻璃纤维锚杆掌子面预加固共同支护效果。
2 施工参数选取及数值模拟分析浏阳河隧道采用玻璃纤维锚杆加固掌子面前方围岩主要应用于下穿浏阳河河底等特殊地质段落,河底段最大埋深23.8m,平均约20m,穿越强~弱风化泥质粉砂岩区,具微膨胀性,见水易软化,易掉块,局部充填石膏线,岩石强度为24.4~2.98MPa,属Ⅴ级围岩。
2.1 数值模拟试验方案施工时采用台阶法施工,基于正交试验原理安排试验方案,因素和水平的选取见下表。
表1 数值试验因素方案表因素水平掌子面玻璃纤维锚杆加固密度(m2/根)掌子面玻璃纤维锚杆预加固长度(m)轮廓线外拱顶超前加固方式开挖循环进尺(m)145大管棚0.6 2810小管棚 1.2 31218大、小管棚 1.82.2 建立台阶法数值模型采用FLAC3D有限差分数值模拟分析软件,模型尺寸为高×宽×深=50.15m×100m×36m,单元网格数为49920个。
重点研究二台阶工法下各施工参数对施工效率及掌子面稳定的敏感性。
参照表1的试验因素表,基于正交试验原理,选取L9(34),共分9种工况进行数值模拟分析研究。
参数选取及模型建立时,对于大、小管棚作用,可采用提高围岩参数;采用cable单元模拟掌子面玻璃纤维锚杆和径向钢锚杆;采用实体单元模拟初期支护及二次衬砌作用;钢拱架作用采用提高喷射混凝土参数实现。
通过模拟分析计算各工况条件下隧道受力变形结果及施工效率,采用极差分析、综合平衡法分析对各种因素进行敏感性分析,结合现场实际情况,选取最优施工参数为:开挖循环进尺1.8m、掌子面玻璃纤维锚杆采用整改18m长,加固密度为12m2/1根,并辅以18m长大管棚及4.5m超前小导管。
玻璃纤维树脂强化锚杆在锚固工程中的握裹力崔宇鹏;简文星;谭宏大;余科【摘要】锚杆作为岩土工程的主要支护材料,广泛应用于边坡、基坑、隧道等工程中.目前在工程中最为常见的锚固技术,是有变形钢筋与水泥砂浆经钻孔注浆而形成.在实际应用中,因钢筋易腐蚀,耐久性差的特点,成为锚固工程中的一大隐患.玻璃纤维树脂强化(GFRP)锚杆强度高、质量轻、耐腐蚀性强、低松弛等优点,可以替代钢筋作为锚杆应用于锚固工程中.但GFRP筋作为脆性材料,其与水泥砂浆之间的握裹力能否满足要求,将会直接影响到锚固效果.通过对不同锚固深度的GFRP锚杆与水泥砂浆室内拉拔试验,发现握裹力随锚固深度增加而增大,握裹强度随着锚固深度的增加呈现减小的趋势,同时水泥砂浆凝固时间对握裹强度有较大影响,7 d初凝时握裹强度仅有28 d终凝时的60%左右.通过与同等直径钢筋锚杆与水泥砂浆握裹力对比发现,GFRP锚杆与水泥砂浆握裹力能够达到钢筋锚杆的要求.%As important supporting materials in the geotechnical engineering, anchors are widely used in projects of slope, tunnel and foundation pit.At present the most common anchorage technology is based on drilling grouting for deformed bar and cement mortar.While it is a significant hidden trouble due to the disadvantages such as susceptibility to corrosion and poor durability.GFRP bolt has high strength, light quality, corrosion resistance and low relaxation, hence it can replace rebar in anchorage engineering.However, whether the bond stress between GFRP and cement mortar could meet the requirements will directly influent the anchoring effect considering its brittleness.A series of indoor drawing tests was set up on GFRP and cement mortar at different anchoring depth.The results show that thebond stress is larger as the anchoring depth increases and the bond strength reveals the opposite performance.The coagulation time of cement mortar also has a strong effect on the bond strength, the bond strength at initial set accounts for only 60% of that of final set.Contrast to the performance of rebar in same diameter, the bond stress between GFRP and cement mortar could meet the requirements was found.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)014【总页数】5页(P251-255)【关键词】GFRP锚杆;握裹力;拉拔试验;锚固工程【作者】崔宇鹏;简文星;谭宏大;余科【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,武汉 430074;中国地质大学(武汉)工程学院,武汉 430074;中国地质大学(武汉)工程学院,武汉 430074;中国地质大学(武汉)工程学院,武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TU323锚固技术作为岩土工程施工中的一项重要技术分支,以其安全可靠,高效稳定及良好的经济社会效益,在矿坑、隧道、边坡及基坑等锚固工程支护中应用广泛。
隧道拱顶覆土厚度对超前核心土加固参数的影响分析摘要:采用玻璃纤维锚杆加固隧道超前核心土以约束掌子面挤出变形是提高隧道整体稳定的有效手段,也是软弱围岩变形控制工法(简称ADECO-RS法)的核心之一。
隧道拱顶不同的覆土厚度所产生的纵向土压力差异较大,超前核心土的加固参数需要相应的调整,为了定量分析覆土厚度对超前核心土加固参数的影响程度,以沿海高速公路野猪山隧道为依托,采用数值模拟方法系统分析了Ⅴ级围岩中不同覆土厚度(10~20m)下的隧道掌子面挤出变形、地表及拱顶沉降量、初期支护内力等力学指标。
分析表明,覆土厚度对上述指标的量值有直接关系,随着覆土厚度的增加,锚杆长度宜加长、间距宜减小。
关键词:隧道;覆土厚度;变形控制工法;超前核心土;加固1、引言新奥法(以下简称NATM法)是应用岩体力学理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法。
NATM法在我国公路、铁路、水力等山岭隧道中普遍采用。
但是,在大断面隧道中,由于需要分部开挖,如台阶法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法等,对现场施工进度影响较大。
20世纪70年代中期,意大利Pietro Lunardi教授在NATM法的基础上提出了岩土控制变形分析法(Analysis of Controlled Deformation in Rocks and Soils,以下简称ADECO-RS 法),在意大利及欧洲其它国家的公路和铁路隧道建设过程中积累了丰富经验,被纳入意大利的隧道设计和施工规范中[1]。
我国铁路部门2006年开始在武广客专浏阳河隧道、桃树坪隧道等穿越复杂弱软地层时尝试采用了该工法[2,3],为有别于“新奥法”而将其地命名为“新意法”。
以这些工程为依托,中铁第一勘察设计院、中铁隧道洛阳科学技术研究所、西南交通大学、北京交通大学等科研院针对隧道施工开展了大量研究。
玻璃纤维注浆锚杆技术玻璃纤维注浆锚杆技术1、前言近年来,随着地下工程的大量建设,机械化施工程度不断提高,国外的隧道施工新技术、新工艺陆续被国内众多工程采用。
玻璃纤维注浆锚杆作为国内新引进的隧道“新意法”施工工法的配套技术,其技术可行性和经济性已受到隧道工程界的广泛关注。
玻璃纤维锚杆主要由玻璃纤维和增强聚合物构成,其性能取决于玻璃纤维和聚合物的类型及锚杆横断面形状等。
由于玻璃纤维、聚合物材料的优异性能及其横断面型状易于改变的特点,所以可满足不同工程的特殊要求。
玻璃纤维注浆锚杆具有以下特点:1.可挖除。
在地下工程采用玻璃纤维注浆锚杆预加固后地段,开挖机械(盾构机、单臂掘进机、铣挖机等)可直接开挖破除通过,不损坏刀具,为实现隧道的机械化高效施工提供了可靠保证;2.杆体全段锚固,锚注结合。
玻璃纤维锚杆配合分段注浆管注浆,不但为杆体全段提供锚固力,同时加固了杆周岩体;3.强度高、重量轻。
高性能的玻璃纤维锚杆的抗拉强度可达到钢质锚杆的1.5倍;重量为同种规格钢质锚杆的1/4~1/5;4.安全性好。
防静电、阻燃、高度抗腐蚀、耐酸碱、耐低温等优点;满足地下工程安全生产的要求。
2、玻璃纤维锚杆的性能测试对玻璃纤维锚杆的玻璃纤维条片经过基本的材料力学性能试验。
(1)抗拉强度测试玻璃纤维条片具有较高的抗拉强度,其试验参考美国ACI440.3R-04【3】中的相关试验方法进行。
试验内容:考虑实际的工程需要,分别选取8种型号的玻璃纤维条片试件,进行拉伸试验。
试验方法:取长度45cm的玻璃纤维条片,在符合国家检测标准的万能材料试验机(CSS-WAW500DL)上进行,并且记录试件破坏时的抗拉强度。
试验结果见表1。
玻璃纤维条片抗拉试验结果表表1(2)剪切强度测试试验内容:分别选取8种型号的玻璃纤维条片试件,进行剪切试验。
试验方法:取长度10cm的玻璃纤维条片,在符合国家检测标准的万能材料试验机上进行剪切试验,并记录试件破坏时的剪切强度。
纤维锚杆预加固在大断面隧道中的应用研究周 捷1 席锦州2 漆泰岳2(1.四川路桥勘察设计公司 成都 610041;2.西南交通大学土木工程学院 成都 610031)摘 要 岩土控制变形分析法(ADECO-RS)强调工作面前方超前核心围岩的稳定性,认为核心围岩的失稳是隧道塌方、失稳的诱导原因。
该工法适用于低粘聚力的软弱地层、大断面开挖隧道,且采用纤维锚杆对超前核心围岩进行预加固是其主要的施工特点。
本文以浏阳河隧道为背景,研究了不同加固参数对掌子面稳定性的影响,其结果成功用于浏阳河隧道河底段的施工。
关键词 隧道 超前核心土 掌子面 纤维锚杆 预加固1 引言根据铁道部中长期规划,到2020年,我国客运专线营运里程将达到12 000km,客运专线上的隧道建设将迎来新高潮。
为了能够大幅度提高隧道施工机械化水平,使隧道施工安全、经济、快速高效,现在大断面隧道的施工逐步趋向于采用全断面法或全断面短台阶法。
随着隧道断面尺寸的增大,掌子面的稳定成为隧道开挖稳定性的控制性因素之一。
如何在地质条件复杂、自稳能力差的软弱围岩中,实现隧道安全、稳定、高效的全断面掘进,是各国隧道界亟待解决的问题。
意大利的Pietro Lunardi教授通过对1000多例隧道,在研究围岩的压力拱理论和新奥法施工理论的基础上,总结提出了岩土控制变形分析法(ADECO-RS),首先证实了掌子面-核心土的刚度和强度与隧道的各种变形、破坏之间存在着密切的关系,隧道塌方总是发生在核心土体滑动之后,掌子面前方核心土的刚度是控制隧道开挖稳定的关键;通过对掌子面-核心土体系进行加固,可控制开挖后岩体的变形,明显提高施工中的稳定性(图1)。
图1 掌子面稳定性分类2 纤维锚杆简介在目前的锚固工程中,通常采用抗拉强度高的钢材作为锚杆拉杆,如钢绞线、高强度钢丝或者高强度螺纹钢筋等。
而要在隧道工程中使用锚杆对掌子面前方核心土进行加固,此时就需要锚杆具备一些特殊的性能,即抗拉强度高、横向抗剪强度低,才能在开挖过程中较为顺利地加固围岩并去除已开挖部分的锚杆。
炭质板岩大断面隧道玻璃纤维锚杆预加固控制变形施工工法炭质板岩大断面隧道玻璃纤维锚杆预加固控制变形施工工法一、前言隧道工程在交通运输和城市建设中具有重要作用,炭质板岩是一种常见的困扰隧道施工的地质问题。
本文介绍了一种针对炭质板岩大断面隧道的玻璃纤维锚杆预加固控制变形施工工法,旨在有效解决炭质板岩隧道施工过程中的变形问题,提高施工质量和安全性。
二、工法特点 1. 采用玻璃纤维锚杆作为主要的加固材料,具有强度高、耐腐蚀、轻质化和易于施工等特点。
2. 预加固控制变形施工工法有效地提高了隧道的整体稳定性和抗变形能力。
3. 施工工艺简单,施工速度快,适合大断面隧道的施工需求。
4. 工法经过实际工程验证,具有可靠性和可行性。
三、适应范围该工法适用于炭质板岩大断面隧道的施工过程,尤其适合地质较差、变形较大的隧道施工。
四、工艺原理该工法通过将玻璃纤维锚杆预先安装在隧道内壁,通过张拉和固结玻璃纤维锚杆,可以增强隧道的整体稳定性。
玻璃纤维锚杆具有高强度、高刚度和耐腐蚀性,能够有效控制隧道的变形。
五、施工工艺1. 钻孔:根据设计要求,在隧道内壁进行钻孔,钻孔深度和间距根据地质条件和工程要求确定。
2. 安装锚杆:将玻璃纤维锚杆通过钻孔安装到预定位置,并注入固结材料,使锚杆与岩体紧密连接。
3. 张拉锚杆:在锚杆安装完成后,进行张拉,使锚杆产生一定的张拉力,增强隧道的抗变形能力。
4. 加固封固:在锚杆张拉完成后,对锚杆进行加固封固处理,提高锚杆的稳定性和耐腐蚀性。
六、劳动组织根据施工工艺的要求,制定详细的劳动组织方案,明确施工任务、施工流程和工作责任,确保施工过程的顺利进行。
七、机具设备施工中需要使用的机具设备包括钻孔机、锚杆安装机、锚杆张拉机、注浆设备等。
这些机具设备具有高效、稳定和可靠的特点,可以满足施工工艺的要求。
八、质量控制为了保证施工质量达到设计要求,需要进行质量控制。
包括严格控制钻孔位置和深度、确保锚杆安装质量、合理控制锚杆的张拉力和固结材料的注入质量等。
锚杆在隧道支护中的应用研究摘要:锚杆是锚喷支护的重要组成部分,目前广泛应用在隧道的初期支护中.本文分析了锚杆在隧道支护中的作用,并以实际工程为例探讨了锚杆在隧道初期支护中的应用技术。
关键词:锚杆;隧道;初期支护一、锚杆在隧道支护中的作用在当前的隧道支护体系中,锚杆是一种十分有效的支护方式,其运用非常广泛,类型也较多,但是锚杆在隧道支护体系中到底发挥怎样的作用还不十分清晰。
通常认为锚杆的加固效应有4种:悬吊效应、增强效应、成拱效应和内压效应。
锚杆的作用除了上述4种外,在地质条件较差的软弱围岩地段,还有稳定初期支护钢拱架作用。
由于锚杆的存在,不仅为钢拱架的现场安装提供了方便,而且在一定程度上稳定了承受较大压力的相对较薄的初期支护,不致使其产生局部或整体失稳,同时锚杆还可以减少初期支护与围岩之间产生的相对位移,防止初期支护产生过大的整体下沉。
实际上,锚杆的加固作用是多种效应同时产生作用的结果,不同的锚杆布置方式、在不同的地质条件下,将有某一效应起主导作用,而其他效应居次要地位。
对于相对完整的Ⅰ,Ⅱ级围岩地段的局部锚杆,其主要发挥悬吊作用,以加固不稳定块体为主;对于相对破碎的Ⅲ,Ⅳ级围岩地段的系统锚杆,其主要作用以形成具有一定承载能力的承载拱为主;而对于十分软弱的Ⅴ,Ⅵ级围岩,锚杆(锚管)的主要作用则以稳定初期支护钢拱架为主。
同时,锚杆的效应与锚杆的布置方式有关,如局部锚杆主要发挥悬吊效应,而系统锚杆主要发挥成拱效应。
本文的主要研究工程将结合公路隧道的设计和施工实践,深入分析系统锚杆的工作原理及其适应性。
二、锚杆在隧道支护中的应用(一)工程概况某隧道全长1385米;为H市连接新城区和旧城区的市政公路交通隧道。
进口段位于闹市区,洞身穿越火车站站前台阶、广场、车站、候车室、铁路轨道、游乐园等建筑,围岩类型主要以松散人工填土、卵砾泥结石层、泥岩层、泥质粉砂岩等为主,进口段153m在埋深10~16m的条件下,地表建筑物在施工中保还完好,不受损坏,施工难度极大,成为整个隧道控制中的难点地段。
GFRP筋夹片式连接与锚固玻璃纤维锚杆施工工法GFRP筋夹片式连接与锚固玻璃纤维锚杆施工工法一、前言GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋夹片式连接与锚固玻璃纤维锚杆施工工法是一种新型的结构加固与锚固技术,具有较高的强度和耐久性。
它广泛应用于土木工程、桥梁、隧道、建筑物的加固和抗震设计中,为工程结构提供了可靠的支撑和保护。
二、工法特点GFRP筋夹片式连接与锚固玻璃纤维锚杆施工工法具有以下特点:1. 高强度:GFRP筋夹片和锚杆采用高强度的玻璃纤维增强材料制成,具有卓越的抗拉、抗剪和抗扭强度。
2. 轻量化:GFRP材料自重轻,施工过程中不增加结构的自重,能够减轻工程负荷,提高结构的承载能力。
3. 高耐久性:GFRP材料具有良好的耐久性和抗腐蚀性能,可以长期保持其强度和刚度。
4. 施工简便:GFRP筋夹片式连接和锚杆可以在现场制作,施工过程简单、快速,不需要大型设备和复杂的施工工艺。
5. 环保节能:GFRP材料无毒、无害、可循环利用,不会对环境造成污染。
三、适应范围GFRP筋夹片式连接与锚固玻璃纤维锚杆施工工法适用于以下范围:1. 混凝土结构加固:包括梁、柱、板等混凝土结构的加固和修复。
2. 岩土工程加固:包括土体、岩石边坡、堤坝等岩土工程结构的加固和防护。
3. 钢结构加固:包括钢梁、钢柱等钢结构的增强和防腐。
四、工艺原理GFRP筋夹片式连接与锚固玻璃纤维锚杆施工工法通过采取以下技术措施实现:1. 施工前检测:通过对结构的现场勘测和材料测试,确定施工方案和设计参数。
2. 筋夹片制作:根据结构要求,制作GFRP筋夹片,并进行钢筋与GFRP筋夹片的连接。
3. 锚杆制作:根据结构的加载要求,制作符合强度设计要求的GFRP锚杆。
4. 槽道准备:在结构表面开凿指定的槽道,用于安置锚杆和筋夹片。
5. 安装筋夹片和锚杆:在槽道中安装GFRP筋夹片和锚杆,固定好位置。
6. 注浆灌注:通过注浆设备,在锚杆和槽道之间注浆灌注,固定锚杆并增加结构的粘结强度。
玻璃纤维注浆锚杆技术1、前言近年来,随着地下工程的大量建设,机械化施工程度不断提高,新技术、新工艺陆续被国内众多工程所采用。
玻璃纤维注浆锚杆作为国内新引进的隧道“新意法”施工工法的配套技术已受到隧道工程界的广泛关注。
玻璃纤维注浆锚杆的主要组成为玻璃纤维增强聚合物,材料的性能取决于纤维和聚合物的类型及横断面形状等,所以玻璃纤维材料的性能具有灵活多变的特点,能适合不同工程的特殊要求。
玻璃纤维注浆锚杆具有以下特点:1.可挖除。
地下工程中采用玻璃纤维注浆锚杆预加固后的地段,开挖机械(盾构机、单臂掘进机、铣挖机等)可直接挖除通过,为实现隧道的机械化高效施工提供了可靠保证;2.杆体全段锚固,锚注结合。
玻璃纤维锚杆配合分段注浆管注浆,不但为杆体全段提供锚固力,同时加固了杆周岩体;3.强度高、重量轻。
高性能的玻璃纤维锚杆的抗拉强度可达到钢质锚杆的1.5倍;重量为同种规格钢质锚杆的1/4~1/5;4.安全性好。
防静电、阻燃、高度抗腐蚀、耐酸碱、耐低温等优点;满足地下工程安全生产的要求。
2、玻璃纤维锚杆的性能测试对玻璃纤维锚杆的玻璃纤维条片进行基本的材料力学试验。
(1)抗拉强度测试玻璃纤维条片具有较大的抗拉强度,试验参考了美国ACI440.3R-04【3】中的相关试验方法。
试验内容:考虑实际的工程需要,分别选取8种型号的玻璃纤维条片试件,长度45cm,进行拉伸试验:试验方法:取长度45cm的玻璃纤维条片,在符合国家检测标准的万能材料试验机(CSS-WAW500DL)上进行,并且记录杆体破坏时的抗拉强度。
试验结果见表1。
玻璃纤维条片抗拉试验结果表表1(2)剪切强度测试试验内容:取以下8种型号的玻璃纤维条片试件,长度10cm。
试验方法:取长度10cm的玻璃纤维条片,在符合国家检测标准的万能材料试验机上进行剪切试验,记录条片破坏的剪切强度。
试验中各玻璃纤维条片式件的剪切试验数据见表2。
玻璃纤维锚杆剪切试验结论表表2(3)扭矩测试许多注浆锚固工程对注浆管扭矩有一定的要求,利用剪切扭转试验台对玻璃纤维条片进行扭矩测试,测试的结果见表3。
玻纤锚杆技术交底概述玻纤锚杆是一种广泛应用于岩土工程中的地基支护材料。
它由玻纤与环氧树脂合成而成,具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点。
在地下开挖、过路隧道、地下水库等工程中,玻纤锚杆可以用于固结地面,防止地下水渗漏,降低工程因受力引起的开裂和下沉等问题。
玻纤锚杆的特点1. 质量轻玻纤锚杆相对于钢筋而言,质量轻很多,方便施工,并且在荷载作用下,不会对基础造成过大的负荷,有利于保护基础结构。
2. 强度高玻纤锚杆具有很高的强度,能够承受较大的荷载。
一般情况下,玻纤锚杆的强度可以达到2000MPa以上,可满足各种需求。
3. 耐腐蚀玻纤锚杆具有很好的耐腐蚀性能,不会出现生锈、腐蚀等现象,适用于桥梁、公路等海滨及港口工程中。
4. 施工方便玻纤锚杆只需要装配锚杆钻具、孔加工设备等辅助工具,就可以实现施工,非常方便和快捷。
玻纤锚杆的施工流程1. 玻纤锚杆的锚固深度玻纤锚杆的锚固深度是需要根据具体的工程情况来确定的。
在一般的施工过程中,锚固长度一般为锚杆长度的2~4倍。
在确认锚固长度后,需要重新开孔,使孔壁充分贴合锚杆,然后将玻纤锚杆固定在孔内。
2. 玻纤锚杆的锚固方式玻纤锚杆具有多种锚固方式,其中包括红土灌注浆锚固、砂浆锚固、醇酸树脂锚固等多种方式,根据具体的工程情况来选择。
3. 玻纤锚杆的引向问题玻纤锚杆在安装过程中需要注意引向问题,一般情况下,玻纤锚杆的强度的方向与锚杆旋转方向相同。
因此,在进行锚杆旋转时需要格外注意旋转方向。
4. 玻纤锚杆的破坏测试在整个施工过程中,需要对玻纤锚杆进行破坏测试,以确保其强度和质量符合设计要求。
在进行测试时,需要使用合适的试验设备和试验方法,以得到准确可靠的测试结果。
玻纤锚杆的质量控制1. 原材料严格选用选择高质量的玻璃纤维和环氧树脂,对原材料进行严格的质量监控和检验。
2. 生产加工管理对于玻纤锚杆的生产加工过程,需要严格把控,确保在质量、尺寸、加工精度等方面符合标准要求。
3. 锚杆质量检测在进行玻纤锚杆的出厂前,需要对其进行质量检测,包括拉力测试、破坏测试、外观检查等环节。
玻璃钢锚杆在掘进巷道中的应用【摘要】玻璃钢锚杆是近年来开发的新型锚杆,由于玻璃钢锚杆具有良好的切割性能,一般用于压力不大、煤层比较完整的回采巷道进行巷帮支护,以解决金属锚杆不能用采煤机切割的问题。
同时在综采工作面开切眼前煤墙、掘进工作面临时封帮等情况下,由于巷道服务时间较短也被广泛采用。
不但有效降低了巷道支护成本,增强了生产安全,还具有重大的技术和经济、安全效益。
【关键词】玻璃钢锚杆;巷道支护;支护监测0.前言由于锚杆支护具有安全可靠,经济、快速等优点,因此在我国煤矿巷道中迅速得到推广应用。
9O年代以来,已广泛应用锚杆支护技术,现在已达到支护巷道的9O%以上。
在采准巷道中,煤帮的支护是必不可少的部分,其锚杆占用量在60%左右。
为了实现高产高效,综采工作面初采和两巷管理在保证安全的前提下越简单越好。
多年来,综采轨道、皮带运输巷道回采侧一直采用金属锚秆支护,在实践中,尤其是工作面初采,工作面煤璧已经施工帮锚杆,回采必须采煤机切割,在切割中金属锚杆缠绕在采煤机滚筒上,不易清除,降低装煤效率。
而随着向矿井深部水平进行开采,煤层瓦斯赋存含量逐渐增大,局部还有瓦斯动力现象,矿井也由高瓦斯矿井向高突瓦斯矿井转变。
由于金属锚杆不能被采煤机直接截割,不仅易损坏采煤机的截齿,而且极易产生火花,假如有瓦斯积聚或局部异常涌出的情况可引起瓦斯燃烧、爆炸,威胁井下安全。
因此,需采取爆破方式超前工作面拆除煤璧和采帮侧的金属锚杆,这样不但增加了生产工序,浪费人力、物力,影响回采生产,而且爆破拆除本身就存在着严重的不安全隐患。
为了消除隐患、简化生产工序,该综采一队综放工作面轨道巷采帮侧及工作面切眼进行了可截割玻璃钢锚杆支护应用研究并取得了成功。
1.国内玻璃钢锚杆主要性能在玻璃钢锚杆方面的研究国外起步比较早,研制的玻璃钢锚杆杆体一般为整体式结构,锚杆的性能较好,但价格昂贵。
如瑞士WEIDMAN公司生产的22mm 直径的玻璃钢锚杆破断强度大于270kN,锚杆头部破断强度为70~150kN,杆体剪切强度为100kN。
玻璃纤维锚杆预加固技术在隧道的应用
作者:于良
来源:《城市建设理论研究》2013年第34期
摘要:云桂铁路云南段长大隧道、高风险隧道众多,地质情况复杂多变,本文针对不良地质地段,利用玻璃纤维锚杆的特性,对掌子面前方的待挖岩体进行预加固,对于隧道开挖后的围岩稳定和施工安全性有较大提高。
关键词:玻璃纤维锚杆;待开挖岩体;预加固
中图分类号:O189.3+4文献标识码: A
隧道洞室稳定状态分析
岩体是在长期自然地质条件下形成的,它与某些人为的建筑材料有许多根本不同的特性。
这些地质特性可以归纳为几个方面,即岩体是处于一定天然应力环境中的地质体;岩体由各种裂面或软弱结构面所分割;岩体由于形成时的结构构造特征而往往具有各向异性;由于物质来源和形成环境的复杂性导致岩体的不均匀性;岩体由于自然地质因素的影响而具有可变性。
岩体的初始应力,主要是由于岩体的自重和地质作用引起的。
因此,它与岩体本身的特性和地质构造特征有关系。
在洞室开挖以前,围岩处于初始应力状态,它通常总是稳定的。
开挖以后,地应力自我调整,且出现相应位移。
这时,如果其应力水平及位移小于岩体的强度及允许值,那么岩体处于弹性状态,仍是稳定的。
一般说,无须施作支护结构来增加整个体系的支撑能力。
反之,围岩的一部分出现塑性以至松弛,就要适时修筑支护,给围岩以反力并约束其自由位移。
玻璃纤维锚杆预加固原理
使用玻璃纤维注浆锚杆对隧道掌子面正前方待挖岩体进行预注浆加固,由于玻璃纤维锚杆注浆是锚注一体工艺,则被加固岩体会因管材的锚固作用而形成一个整体,对待挖岩体提供约束反力,抑制其变形,提高了抗侧压能力;同时改善了围岩的特性;在掘进过程中能及时在开挖轮廓线上方形成自稳拱,压力拱效应能够正常发挥。
对于不良地质地段解决掌子面、拱部岩体稳定的问题和隧道进洞控制地表下沉有较明显的效果。
玻璃纤维锚杆锚杆预加固主要利用杆体的强度高、易挖除的特点,在隧道通过不良地质地段,对掌子面岩体进行预加固,可以提高施工安全和施工效率。
玻璃纤维锚杆主要成分为玻璃纤维增强聚合物,材料性能取决于纤维和聚合物的类型及断面形状等,力学特点如下:
(1)抗拉强度高,抗剪和抗扭强度低,可机械挖除。
对于隧道不宜爆破地段十分有利。
(2)杆体全段锚固,锚注结合,提供锚固力的同时也加固了锚杆周围岩体。
(3)强度高、重量轻。
高性能的玻璃纤维锚杆的抗拉强度可达到钢质锚杆的1.5倍;重量为同种规格钢质锚杆的1/4-1/5。
(4)安全性好。
防静电、阻燃、高度抗腐蚀、耐酸性、耐低温;满足地下工程安全生产要求。
通过本工程材料基本的材料力学试验,抗拉强度大于530MPa,抗剪强度100~110MPa,
从试验结果看,玻璃纤维锚杆是一种脆性材料,材料线弹性关系明确,抗拉强度高,抗剪强度低。
锚杆构造
玻璃纤维注浆锚杆主要由两个部分组成:第一部分为玻璃纤维属性的加强锚固构件。
第二部分为注浆管路构件,注浆管内可套入止浆塞进行定向定域注浆。
具体如下图所示:
a 三片件
b 两片件
施工方法对比
1、传统施工方法
当隧道掘进过程中遇到大规模的不良地质段(如:浅埋段、断层或软弱地层等),以往控制掌子面围岩稳定的做法是多采用通过预留核心土来平衡体掌子面土压力;或者施作超前支护(超前锚杆、小导管、大管棚);或采用分部开挖,或几种方法综合,用以减少和控制掌子面的岩体压力及变形。
此施工方法干扰大,施工进度慢,工作效率低,一定程度上影响隧道的机械化施工。
施工工艺见图1所示。
2、玻璃纤维锚杆施工方法
(1)隧道进洞和不良地质段施工
沿隧道走向施工玻璃纤维锚杆,每两个开挖施工循环施作一次玻璃纤维锚杆,对掌子面预加固。
经加固后的岩体开挖可采用全断面或二台阶开挖方式,提高工程进度,降低施工风险。
施工工艺图2所示。
a 传统施工方法超前预加固b分部开挖
图1 隧道传统的预注浆加固与开挖示意图
a 玻璃纤维锚杆注浆加固 b机械全断面开挖
图2玻璃纤维锚杆注浆加固与开挖示意图
3、软弱围岩(或土质)地段
通过小导洞对不良地质段进行径向注浆,使隧道周围围岩得到改良,然后再进行断面扩挖的施工工艺。
施工工法断面图如3所示。
图3玻璃纤维锚杆径向加固土
玻璃纤维锚杆的现场应用
1、技术参数确定
(1)锚杆选型
已知锚杆抗拉强度标准值,则锚杆轴向拉力设计值为
N=Afptk/K
式中:N-锚杆轴向拉力设计值(KN);
A-锚杆有效面积(mm2);
fptk-锚杆抗拉强度标准值(N/mm2);
K-设计安全系数,取1.6 。
注:式中A、f可在项目前期参照锚杆技术资料并经检验试验确定。
(2)锚固段长度
按下列公式计算,取数值较大者。
La=KNt/πDqr(mm2)
La=KNt/πdqs
式中:La-锚固段长度(mm);
Nt-锚杆轴向拉力设计值(KN);
K-安全系数;
D-锚固体直径(mm);
d-锚杆体直径(mm);
qr-水泥结石与岩石孔壁间的粘结强度设计值,取0.8倍标准值;
qs-水泥结石与锚杆体之间粘结强度设计值,可由下式确定或取0.25-0.35。
qs=α(fc)β
式中α为常系数,取3.3;
fc为混凝土抗压强度;
β为指数,取0.3。
2、玻璃纤维锚杆现场应用
(1)锚杆参数
在云桂铁路某隧道进洞段和不良地质段,采用φ25玻璃纤维锚杆,长度6米/根·循环,间距1.2×1.2(m),注水泥浆液,强度30 MPa。
延隧道纵向搭接不宜小于2 m。
(2)玻璃纤维锚杆注浆参数
注浆材料普通水泥单液浆结合普通水泥—水玻璃双液浆。
浆液配比,普通水泥单液浆:W:C=(0.6~0.8):1;普通水泥-水玻璃双液浆W:C=1:1,C:S=1:1。
注浆压力2~3 MPa。
(3)玻璃纤维锚杆施工工艺
采用地质钻机成孔,安设玻璃纤维注浆锚杆后,通过注浆管进行注浆,达到稳定工作面作用。
玻璃纤维锚杆在施工前需要采用喷射混凝土封闭工作面,厚5~10 cm,然后引孔安设玻璃纤维锚杆,玻璃锚杆布设基本和隧道轴线方向一致。
当地层软弱富水无法成孔时需采取套管跟进成孔,通过套管下入玻璃纤维锚杆到设计位置,再退出套管,进行玻璃纤维锚杆注浆作业。
玻璃纤维锚杆施工艺流程如图4所示。
图4玻璃纤维锚杆施工工艺流程图
(4)机械设备人员
主要机械设备如表1所示。
表1主要机械设备及人员
(5)施工监测
针对玻璃纤维锚杆主要开展以下监测项目.
地表沉降
布设地表沉降观测点,每断面布置9各点,测点间距5米,各断面纵向间距不大于5m。
各测点采用混凝土包裹稳定可靠。
结合施工情况分析地表沉降规律。
②地中垂直位移
主要测试地层内部变位情况。
每个监测断面布设2个监测孔,孔深15米。
结合施工情况分析地层分层沉降规律。
③地中水平位移
通过绘制地中水平位移曲线,对玻璃锚杆对地层的稳定效果进行评价。
主要测试隧道开挖引起前方土体的水平变位情况。
监测断面和地中垂直位移断面一致,每个监测断面布设2个监测孔,孔深15米。
质量保证措施
(1)开孔按照设计位置,偏差控制在±10cm。
(2)当地层软弱较难成孔时,应采用套管跟进,通过套管下入玻璃纤维锚杆,确保锚杆下到设计深度。
(3)玻璃锚杆安设完成退钻后,应进行孔口密封,并立即进行注浆防止因排砂,排水引起地表沉降加剧,确保玻璃纤维锚杆的锚固力。
(4)保证玻璃纤维锚杆安设满足设计密度要求,不可以随意减少设计数量。
(5)注浆材料要求必须满足质量要求,不可使用失效或过期材料。
(6)配制浆液严格按照制浆要求按顺序投料,不得随意增减数量;为避免水泥浆中有杂物而引起堵管,在储浆桶上安设滤筛对拌制的浆液进行过滤。
(7)钻孔注浆时,值班工程师应根据地质情况调整注浆参数和注浆工艺,严格控制结束标准,保证注浆质量和效果。
结论
针对云桂铁路地质构造复杂多变、岩溶发育、不良地质隧道众多的特点,我们加强
TSP203超前地质预报、超前水平钻、地质雷达等超前地质预报手段,探明隧道前方的地质情况,在隧道开挖前采用玻璃纤维锚杆预加固措施,对于控制岩体稳定性、隧道塌方有良好的效果,确保了施工安全。
参考文献:
《玻璃纤维锚杆粘结性能的影响因素分析》,《湖南城市学院报》2001年第1期;
《锚杆与喷射混凝土支护技术规范GB50086-2001》。
《隧道工程》。