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超前锚杆

爆破中防止围岩坍塌的方法

采用这种方法是在爆破前，将超前锚杆打入掘进前方稳定岩层内，末端支承在拱部围岩内专为超前锚杆提供支点的径向悬吊锚杆，或支承在作为支护的结构锚杆上，使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方，有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌。

技术介绍
超前锚杆是沿开挖轮廓线，以较大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固(预支护)，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业。超前支护主要适用于围岩应力较小，地下水较少、岩体软弱破碎，开挖面有可能坍塌的隧道中,松散地层结构松散，稳定性差，若有地下水时则更甚。在施工中极易发生坍塌，在这类地层中施工时，除减少对围岩的扰动外，还应加强临时支护，临时支护可采用超前锚杆。
施工方法
超前锚杆又分为悬吊式超前锚杆及格栅拱支撑超前锚杆。
悬吊式超前锚杆
采用这种方法是在爆破前，将超前锚杆打入掘进前方稳定岩层内，末端支承在拱部围岩内专为超前锚杆提供支点的径向悬吊锚杆，或支承在作为支护的结构锚杆上，使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方，有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌，为大断面开挖与喷锚支护创造了条件。施工中，因超前锚杆与悬吊锚杆的外露端往往不易直接相交，故以φ22的横向短钢筋焊在邻近的悬吊锚杆上，再焊在超前锚杆的末端上。
格栅拱支撑超前锚杆
超前锚杆的末端支撑在格栅拱架上。
1—超前锚杆 2—格栅拱架 a—超前锚杆横向间距
b—格栅拱支承间距 α—超前倾角
超前锚杆的倾角α一般选用6°~12°，一般情况下，超前锚杆的横向宽度为内拱顶线的一半再加2m，也可根据地质情况适当增减其布置范围，为提高支护效果，在靠近拱脚部位的超前支护的方向常分别向左右酌情外插。横向间距应根据围岩情况而定，一般为0.2~0.4m，如采用双层支护时，间距为0.4~0.6m.其上、下层应错开排列，其纵向间距应根据围岩类别、超前支护的长度、锚杆的截面尺寸及横向间距等因素综合考虑确定。一般可取100cm或150cm，最大不超过200cm，其长度应根据地质情况，锚杆拉拔试验强度，钻孔机械类型，供给钢筋长度，开挖循环次数等因素综合考虑确定。一般多采用3.5~5m，最长为7.0m，对围岩软弱的地方，可采用φ8或φ10的钢筋按间距0.1×0.1m2挂方格网，再喷射0.10~0.15厚度的混凝土，增强围岩的自稳能力。
2. 施工工艺流程
格栅钢架超前中空锚杆喷锚砼工艺流程图：
说明：本流程图在操作中注意以下三个参数：（1）喷射距离为1.2~1.5，喷咀与岩面保持90°夹角。（2）机内风压保持在0.25MPa左右。（3）细骨料在骨料中占15%左右。
3. 动力组织及进度指标
工序名称 劳动力及时间
穿线，画弧，确定超前锚杆位置 0h 3人0.5h
安设格栅钢架 0.5h 8人1.5h
钻孔，插打径向锚杆及锁脚锚杆 1.5h 8人3.5h
挂网 3.5h 8人4.5h
钻孔，插打药包锚固超前锚杆 4.5h 8人6.0h
喷射砼 6.0h 8人7.0h
说明：施工作业人数为8人，进度指标控制在全工序7小时以达到在12小时内，完成包括钻爆、开挖、出碴及支护的目的。
4.机械设备配置
5.质量控制要点
5.1锚杆应在开挖后尽快安设，钻孔应圆而直。其孔径和深度按设计施工。
5.2根据围岩类别，按设计要求的长度和位置进行施工。
5.3锚杆应尽量早强，其外露长度不宜大于10cm.
5.4锚杆材质的加工质量必须符合设计要求。
5.5锚杆安装结束后4小时内不得进行爆破作业。
6.安全及环保措施
6.1隧道内人员必须戴安全帽，必须持证上岗。
6.2薄层覆盖地区必须派人在洞顶观察土质变化，洞内初期支护后，应在拱顶设观察点，观察围岩变形。
6.3在进行超前锚杆施工作业时，应设专兼职安全人员负责观察围岩变化。
6.4锚杆及药包等材料的质量，必须经过检定防止因材料问题而出现安全事故。
6.5洞内施工作业时应具有良好的照明设施，以便观察围岩变化。
6.6施工生产的废料废气必须经过处理合格后方可排放，未经处理合格的废气、废碴不得随意排放。
超前锚杆特点
超前锚杆使用凿岩机钻孔，施工方便，但它的柔性较大，整体刚度较小，加固围岩的效果和范围有限。超前锚杆宜与钢拱架配合使用。
超前锚杆主要适用于围岩应力较小，地下水较少，围岩软弱破碎，掘进工作面有可能坍塌的地段。当围岩压力较大时，由于其后期支护刚度不大，从而限制了超前锚杆的应用。
超前锚杆支护参数
超前锚杆的设置应充分考虑岩体结构面的特征，一般是在拱部纵向设置，称为拱部超前锚杆，必要时可局部设置在拱脚附近，横向斜下方一定角度，称为侧墙超前锚杆。
拱部超前锚杆设置范围的半弧长l=(1/2～l/3)a，式中a为岩巷拱部外弧半氏。根据围岩情况，超前锚杆町采用双层或三层，前后两组支护在纵向有不小于1m的水平投影搭接长度。
超前锚杆宜采用早强水泥砂浆锚杆或树脂锚杆，也可采用组合中空锚杆，以尽早发挥超前支护作用。水泥砂浆的强度等级不应低于M20。若用普通水泥砂浆，则爆破时其强度可能还未达到要求。当岩体较破碎时，可采用中空注浆锚杆或自钻式锚杆，可将锚杆和注浆管的功能合二为一，注浆后无需拔出即成为一根锚杆，但成本较高。
超前锚杆的长度宜为3～3．5m，且要大于循环进尺的两倍加l m的搭接长度。超前锚杆通常与系统锚杆同时施工，并与格栅拱架配合使用，从格栅拱架的腹部穿过并与其焊接。
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