洞室顶部岩体裂隙对拉式加固方法

技术领域

本发明涉及洞室岩体修复技术领域，尤其涉及洞室顶部岩体裂隙对拉式加固方法。

背景技术

石窟，是人们在山体中开挖并进行凿刻而成，蕴含着深厚的历史文化价值。但是在自然和人为因素的影响下，洞室岩体会发生开裂、坍塌等病害，这对于洞室景观是毁灭性破坏，因此，洞室岩体保护加固工作应受到重视。目前，对洞室岩体加固的方法主要有裂隙灌浆、锚杆锚固等方法，这些方法也在很多洞室岩体加固工程特别是石窟岩体加固中有着较广泛的应用，但对于洞室顶部岩体出现开裂严重甚至裂隙延伸至岩体表面的情况，采用灌浆不仅不能很好的发挥加固作用，而且砂浆会增加压力至开裂的岩体，使裂隙进一步扩大；而使用锚杆锚固虽然可以确保岩体的完整性，但不能延缓裂隙的持续风化开裂；因此，设计一种既可增加裂隙岩体完整性，又可减缓岩体裂隙发育的加固方法是十分重要的。

发明内容

本发明提供了洞室顶部岩体裂隙对拉式加固方法，既可增加裂隙岩体完整性，又可减缓岩体裂隙进一步发育。

洞室顶部岩体裂隙对拉式加固方法，包括以下步骤：

步骤一：对岩体中裂隙分布与参数进行初步检测；

步骤二：根据实际情况确定钻孔位置与钻孔尺寸；

步骤三：钻孔施工前将钻孔开钻部位的洞室顶部岩体表面挖孔，形成锚头部位；

步骤四：布置钻机进行钻孔，钻孔完成后进行清孔；

步骤五：将对拉锚索安装在钻孔中，并在对拉锚索的两端施加适宜范围的预应力；

步骤六：在顶部岩体裂隙的露头部位支挡模板；

步骤七：通过外套管上的注浆孔向裂隙内注浆，注浆过程中记录注浆量，确保浆液填满裂隙；

步骤八：将挖出的洞室表面块体装回锚头部位，完成岩体加固。

进一步地，上述对拉锚索包括外套管、内套管以及设置在内套管内部的钢绞线，外套管设置在内套管的外部。

进一步地，上述钢绞线的两端由内至外依次通过垫块、垫圈和锚具固定在岩体的锚头部位。

进一步地，上述钢绞线通过隔离架分散布置在内套管中，后期可根据对拉锚索的寿命和岩体裂隙的发育情况对其进行设计更换，并且在内套管和钢绞线之间添加黄油，起防腐润滑作用。

进一步地，上述对拉锚索的更换采取逐一更换的方式，一处旧索抽出，新索即安装到位并进行张拉，并且更换时凿开锚头需先释放对拉锚索的预应力，再进行对拉锚索更换。

进一步地，上述外套管与内套管之间设有稳定间距的隔片，隔片上开设有通气孔与注浆孔，注浆孔连接有注浆管。

进一步地，上述外套管的管壁上设有通孔，通过通孔向裂隙内注入浆液。

进一步地，上述步骤四的钻孔施工过程中，若岩体中存在地下水或存在溶洞，水量较少的情况，先排水再进行施工，水量较大时，采用花管注浆方式钻进，施工过程中根据实际工程情况控制注浆压力，避免施工对洞室岩体产生影响。

进一步地，上述步骤八的过程中，在装回挖出的洞室表面块体时在缝隙处填充有防水层。

进一步地，上述步骤七注浆使用的注浆材料为缓凝浆液。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在开裂的洞室顶部岩体上设置了对拉锚索，并对锚索施加一定的预应力，使开裂的多块岩体之间可以进行力的传递，增强岩体的整体性。

(2)本发明同时向开裂的岩体裂隙空间注入缓凝浆液，通过具有一定粘接作用的缓凝浆液可以将开裂的岩体粘结为一体，并配合对拉锚索形成整体。

(3)本发明在钻孔施工的岩体中设计锚头部位，设置的对拉锚索以及锚具等部件均位于挖孔形成的锚头部位内，保证了洞室表面景观的美观性。

(4)本发明的加固方法特别适宜用于显现开裂的洞室顶部岩体，对于该类岩体加固可以起到加固效果好，施工损伤小和施工工艺简单。

(5)本发明在内套管和锚索间添加黄油起防腐润滑作用，延长了对拉锚索的使用寿命，并且后期可根据岩体裂隙发育情况对锚索进行设计更换，保证洞室的安全性，方便开展洞室的长期保护加固工作。

附图说明

图1为本发明加固裂隙岩体的示意图；

图2为本发明中对拉锚索的结构示意图；

图3为本发明中对拉锚索的横截面示意图。

图中：10-对拉锚索；101-外套管；102-内套管；103-钢绞线；104-锚具；105-垫圈；106-垫块；107-通气孔；108-注浆孔；109-隔离架；20-锚头硐室；30-裂隙。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参考图1至图3，本发明提供了洞室顶部岩体裂隙对拉式加固方法，包括以下步骤：

步骤一：对岩体中裂隙分布与参数进行初步检测；

步骤二：根据实际情况确定钻孔位置与钻孔尺寸；

步骤三：钻孔施工前将钻孔开钻部位的洞室顶部岩体表面挖孔，形成锚头部位20；

步骤四：布置钻机进行钻孔，钻孔完成后进行清孔；钻孔时孔径不宜过大，避免对岩体造成进一步的损伤；

步骤五：将对拉锚索10安装在钻孔中，并在对拉锚索10的两端施加适宜范围的预应力；

步骤六：在顶部岩体裂隙30的露头部位支挡模板；

步骤七：通过外套管101上的注浆孔108向裂隙30内注浆，注浆过程中记录注浆量，确保浆液填满裂隙30；

步骤八：将挖出的洞室表面块体装回锚头部位20，完成岩体加固。

在上述步骤中，需要注意的有：

步骤一中的在检测裂隙分布时采用皮尺或卡尺测量，对于肉眼不可见的位置可采用X光检测，初步判断出裂隙空间的形状和分布概况，然后再制定下一步的钻孔施工参数。

步骤三的施工过程中，需要合理控制挖孔范围，既要满足施工要求，又要减小施工对岩体的影响。

步骤四的钻孔施工过程中，若岩体中存在地下水或存在溶洞，水量较少的情况，先排水再进行施工，水量较大时，采用花管注浆方式钻进，边钻孔边封堵，避免持续地出水损坏石窟岩体，施工过程中根据实际工程情况控制注浆压力，避免施工对洞室岩体产生影响。同时，钻孔施工位置选取标准为钻孔需穿过岩体的主裂隙且远离微小裂隙发育的部位，避免形成次生裂隙。

清孔时采用高压风枪将钻孔内的碎屑吹走。

步骤五在对对拉锚索10施加预应力前，张拉预应力需通过洞室顶部岩体稳定性及单轴抗压试验值综合考虑确定(进行抗压试验需要得试样利用钻孔施工获得的岩芯加工得到)，使岩体既不会变形破裂，又能保持完整性。

步骤六在支挡模板时，需留设透气孔，防止注浆时裂隙空间的空气不能及时排出；支挡模板可以采用木质模板，也可采用塑料质材料作为模板。

步骤七注浆使用的注浆材料为缓凝浆液，确保浆液在流向裂隙深处时不会凝固，为保证注浆液填满裂隙，根据岩体情况，选择常压、高压注浆，注浆压力通过试验确定，以不破坏洞室岩体为原则。注浆材料优选粉煤灰并加入缓凝胶水，使浆液凝固后与岩体粘结在一起，而不是仅仅起到填充的作用。

而且在注浆时记录注浆量，可以与检测的裂隙空间大小进行比对，判断调整注浆的压力和注浆时间，也为类似岩体加固工程提供可供借鉴的经验。

步骤八的过程中，在装回挖出的洞室表面块体时在缝隙处填充有防水材料，形成防水层，可有效避免雨水从缝隙灌入洞室岩体内部，避免进一步破坏；防水材料可选用聚氨酯发泡剂，在喷注时需控制压力。

加固使用的对拉锚索10包括外套管101、内套管102以及设置在内套管102内部的钢绞线103，外套管101设置在内套管102的外部。

钢绞线103的两端由内至外依次通过垫块106、垫圈105和锚具104固定在岩体的锚头部位20内。

钢绞线103通过隔离架109分散布置在内套管102中，后期可根据对拉锚索10的寿命和岩体裂隙的发育情况对其进行设计更换，并且在内套管102和钢绞线103之间添加黄油，起防腐润滑作用；当需要进行锚索更换时，采取逐一更换的原则，将一处旧索抽出，新索即安装到位进行张拉，更换时凿开锚头先释放锚索预应力，再进行锚索更换。

外套管101与内套管102之间设有隔片，通过隔片将内套管102固定在外套管101内部，使两套管之间的间距始终不变。隔片为圆环片状结构，焊接固定在两套管之间，隔片上开设有通气孔107与注浆孔108，注浆孔108与注浆管连接，用于输送浆液，通气孔107用于排出套管内部和岩体裂隙30内部的空气，用于平衡注浆时的气压。

外套管101的管壁上设有通孔，通过通孔向裂隙30内输送浆液，通孔的位置与裂隙的位置相关，外套管101安装时通孔设置在与裂隙30空间相贯通的节段，设置通孔时需要根据裂隙30检测和布置设定，因此，外套管101安装在不同裂隙30的钻孔会导致通孔位置不同。此外，外套管101上通孔的数量也是根据实际设置的，一般分布在外套管101管壁一圈，对于裂隙较小的部位可适当少布置通孔。

本发明的加固方法采用对拉锚索施加预应力，增强了洞室顶部岩体的整体性，同时利用外套管向开裂的岩体裂隙中注入浆液，浆液凝固后与岩体粘结为一体，避免了进一步风化开裂，相较于简单的注浆加固和锚杆加固，本发明的加固方法加固能力更强，锚头挖孔和锚索钻孔较小，对洞室岩体的损伤小，而且不影响洞室表面景观的美观性，具有很强的实用性。

以上所述仅为本发明的较优实施例，该实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。