邁式注漿鉆進(jìn)錨桿在盤道嶺隧洞加固施工中的應(yīng)用

王竹青

(甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅永登 730300)

1 工程簡介

引大入秦工程總干渠盤道嶺隧洞長15.732km，隧洞圍巖巖性軟弱、地下水豐富，圍巖主要為中細(xì)砂巖，成巖性差，膠結(jié)不良易風(fēng)化，遇水軟化并崩解。施工中根據(jù)不同洞段的地層巖性、地質(zhì)條件和地下涌水狀況，采用了全斷面法、短臺(tái)階法、插板法、管棚法等多種施工方法。初期支護(hù)采用噴混凝土、掛鋼筋網(wǎng)、錨桿、鋼插板等多種手段控制圍巖變形;二次襯砌采用混凝土和鋼筋混凝土兩種襯砌形式。隧洞建成后，二次襯砌現(xiàn)澆混凝土產(chǎn)生了較大范圍縱斜向裂縫，當(dāng)時(shí)采取了回填灌漿、增補(bǔ)3m和6m預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)錨桿、局部洞段增設(shè)鋼拱架，以增強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的整體承載能力;同時(shí)對裂縫進(jìn)行封縫修補(bǔ)，防滲止水。

盤道嶺隧洞輸水運(yùn)行十幾年來，通過普查測量和變形觀測，對6110條裂縫(縱向縫2713條，環(huán)向縫3397條)和隧洞變形情況進(jìn)行了觀測監(jiān)視。定點(diǎn)觀測的裂縫40條，包括:縱向縫38條，環(huán)向縫2條。其中:縱向縫最大縫寬δ=8.16mm，δ≥1mm的裂縫10條，0.25mm≤δ＜1mm的裂縫20條，δ＜0.25mm的8條;環(huán)向縫:δ為0.48mm、0.56mm。

2 存在問題

樁號(hào)CH79+435～79+475段長40m，地質(zhì)巖性為桔紅、桔黃、淡黃、灰白色厚層砂巖，含礫砂巖，礫質(zhì)砂巖;泥質(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖夾薄層灰藍(lán)色細(xì)砂巖，淡黃、灰白色砂巖，含礫砂巖、礫質(zhì)砂巖，以泥質(zhì)為主的鈣泥質(zhì)膠結(jié)結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度低，遇水易軟化崩解，以層狀結(jié)構(gòu)為主，有地下水出露。1996年、1999年分別進(jìn)行了處理。2000年在79+447左側(cè)1.2m處建立了定點(diǎn)觀測點(diǎn)，經(jīng)2000～2009年連續(xù)觀測，裂縫一直處在微變化狀態(tài)，從2000年時(shí)的1.2mm發(fā)展至2009年時(shí)的2.94mm。目前該段隧洞左右側(cè)墻縱斜向裂縫分布密集，大部分裂縫再次開裂，滲水量較大，析出結(jié)晶物多，右側(cè)墻襯砌混凝土有向隧洞內(nèi)隆起趨勢，存在較大安全隱患。

樁號(hào)CH85+091～85+113.6段長22.6m，地質(zhì)巖性為褐紅色厚層砂質(zhì)泥巖夾灰藍(lán)色薄層細(xì)砂巖，局部地段夾淡黃色厚層砂巖或含礫砂巖，砂巖、含礫砂巖的膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度低。結(jié)構(gòu)類型以層狀結(jié)構(gòu)為主。2000年在CH85+094右側(cè)1.8m處和CH85+096左側(cè)1.8m處建立裂縫定點(diǎn)觀測點(diǎn)，經(jīng)2000～2009年連續(xù)觀測，裂縫一直處在微變化狀態(tài)，CH85+094右側(cè)1.8m處裂縫從2000年時(shí)的4mm發(fā)展至2009年時(shí)的5.85mm，CH85+096左側(cè)1.8m處裂縫從2000年時(shí)的3.8mm發(fā)展至2009年時(shí)的8.66mm，存在較大安全隱患。

3 處理方案

采用6m長邁式注漿鉆進(jìn)錨桿及回填灌漿加強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性。CH79+435～79+475段長40m和樁號(hào)CH85+091～85+113.6長22.6m段，原則上沿裂縫方向布孔，垂直裂縫向間距1.5m(距裂縫0.75m)，平行裂縫向間距2.0m，共222根(其中40m長段142根，22.6m長段80根)，基本是梅花形布置。錨桿布置示意圖如下。

加固斷面圖(單位:mm)

裂縫用新型材料CN2000進(jìn)行封堵。

4 邁式注漿鉆進(jìn)錨桿的施工

邁式注漿鉆進(jìn)錨桿集鉆、注、錨于一體，是一種先進(jìn)的錨固體系，能夠保證復(fù)雜地質(zhì)(軟巖、土層、斷裂帶等)條件下的注漿效果。在抗彎、抗剪和表面粘結(jié)等方面明顯優(yōu)于截面相同的常規(guī)砂漿錨桿，可以任意切割、連接、施加預(yù)應(yīng)力和釋放荷載，并可作注漿管使用，所需的機(jī)具設(shè)備、材料，沒有特殊要求，工藝簡單，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。邁式注漿鉆進(jìn)錨桿由桿體(中空全螺紋桿件)、連接套、一次性鉆頭、拱形墊板、螺母組成。注漿時(shí)錨桿尾部可加設(shè)橡膠止水漿塞。鉆進(jìn)時(shí)，錨桿尾部通過連接套加設(shè)釬尾(釬尾外形與普通鉆桿相同)。

4.1 邁式注漿鉆進(jìn)錨桿性能及特點(diǎn)

a.自帶鉆頭，可自行鉆進(jìn)。邁式錨桿兼有鉆桿和錨桿兩種功能，取消了退鉆桿插錨桿的工序，可避免因坍孔而導(dǎo)致返工的現(xiàn)象。

b.錨桿桿體可延續(xù)接長，具有多種規(guī)格，使用方便。盤道嶺隧洞險(xiǎn)段加固采用6m長、R25N型自進(jìn)式錨桿，用連接套接長(桿體外表面為國際標(biāo)準(zhǔn)波形螺紋)，鉆進(jìn)時(shí)鉆入一段接長一段，優(yōu)點(diǎn)是拆裝方便、抗剪力強(qiáng)。

c.與相同截面積的實(shí)心桿相比，中空桿有更大的抗拉、抗彎及表面粘結(jié)力。

d.錨桿中空，可通過錨桿對地層注漿。通過空腹及中空鉆頭，從錨桿前端溢出，由里向外進(jìn)行注漿，可保證完全充填錨桿周圍空隙，固結(jié)巖體，充分保證注漿及錨固質(zhì)量。

e.錨桿配有拱形墊板及螺母，可對地層施加預(yù)應(yīng)力。

f.可利用一般的鉆孔機(jī)械鉆進(jìn)，如:手持風(fēng)鉆。

由于該錨桿三位一體的功能，使得它在各類圍巖條件下施工時(shí)，不需采取套管護(hù)壁、預(yù)注漿等特殊措施也能形成錨孔，砂漿可以將錨桿體全長包裹，避免了銹蝕，并保證錨固與注漿效果。

4.2 鉆孔

采用YGZ100導(dǎo)軌式獨(dú)立回轉(zhuǎn)風(fēng)鉆混合循環(huán)清水鉆進(jìn)。

4.3 灌漿材料

因隧洞地下水含有大量的硫酸根離子，對混凝土腐蝕大，因此，采用高抗硫酸鹽水泥。

4.4 灌漿

該工程灌漿壓力采用0.2MPa。

采用純壓式全孔一次灌漿法，漿液通過桿體中孔灌入。錨桿沿洞體裂縫分為上下二排，每排分二序灌漿。CH79+435～79+475段，在隧洞左右兩側(cè)沿裂縫上下布置兩排，共142孔，其中Ⅰ序孔72個(gè)，單位注入量10.48kg/m，Ⅱ序孔70個(gè)，單位注入量9.65kg/m;CH85+091～85+113.6段，在隧洞左右兩側(cè)沿裂縫上下布置兩排，共80孔，其中Ⅰ序孔40個(gè)，單位注漿量9.40kg/m，Ⅱ序孔40個(gè)，單位注漿量8.69kg/m。

4.5 灌漿水灰比及漿液變換

該工程灌漿漿液水灰比采用0.8∶1，0.5∶1兩個(gè)比級。

為保證錨桿錨固質(zhì)量，如果0.8∶1漿液耗漿量很小，后續(xù)灌漿可直接采用0.5∶1水灰比。當(dāng)0.8∶1漿液注入量已達(dá)300L以上，或當(dāng)注入率大于30L/min時(shí)，應(yīng)改為濃度較高一級的水灰比。

4.6 灌漿結(jié)束和封孔

該工程各灌漿段的結(jié)束條件為:在該灌漿段最大設(shè)計(jì)壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min后，繼續(xù)灌注10min，可結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后，應(yīng)迅速封堵桿尾中孔，以防漿液外溢。

5 加固效果質(zhì)量檢查

兩險(xiǎn)段共打錨桿222根，在79+435～79+475段79+441左、79+655.6右、79+468左3處取一組，在85+091～85+113.6段85+101右、85+104右、85+111左3處取一組，共6根錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，設(shè)計(jì)拉拔力62kN，現(xiàn)場平均拉拔力為68.3kN和70.9kN，錨桿牢固，未有松動(dòng)現(xiàn)象。

2011年9月加固后，經(jīng)過兩年的運(yùn)行觀察、觀測，該洞段裂縫基本穩(wěn)定，沒有發(fā)生進(jìn)一步微變;封堵裂縫完好，無滲水、析出現(xiàn)象;達(dá)到工程除險(xiǎn)加固預(yù)期目標(biāo)，為工程后續(xù)加固除險(xiǎn)進(jìn)行了有益探索。