錨索結(jié)合錨桿處理隧道高陡邊坡危巖體施工技術(shù)

張國慶

（中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，重慶 400700）

西商高速某隧道為分離式雙洞隧，為全線控制性重點(diǎn)工程，隧道總長1132m，最大埋深約220m，最小埋深約14m。隧道進(jìn)口洞門與大橋橋臺(tái)為橋隧相連形式。隧道上方有一危巖體，危巖體距離隧道洞口正上方約80m。且在洞頂偏左有裂縫貫通，裂縫寬度2～3.5m。危巖體平均厚度8m，寬度30m，高度30m。危巖體里程范圍約為DIK427+580～+650，橫向處理范圍左側(cè)30m，右側(cè)約75m。危巖體在爆破、降水等作用下易產(chǎn)生落石、崩塌等不良地質(zhì)災(zāi)害，危及公路施工及運(yùn)營安全，需對洞頂危巖進(jìn)行處理，保證施工及運(yùn)營的安全。

本工程位于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，施工區(qū)周邊400m內(nèi)無村莊及民房建筑物，施工中主要保護(hù)的建筑為隧道及大橋，在橋下右側(cè)50m和80m處各有2層施工臨時(shí)房屋，在隧道進(jìn)口左側(cè)150m處有電力變壓器，此外無其他建筑及設(shè)施。

1 危巖體處理要求及采取措施

1.1 對施工的要求

（1）清除危巖體前應(yīng)完成明洞范圍內(nèi)的護(hù)拱或緩沖層，明暗交接處增設(shè)防護(hù)網(wǎng)，危巖體下部坡面根據(jù)需要設(shè)置被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)[1]。

（2）清除危巖體時(shí)應(yīng)采取控制爆破，并做好控制爆破專項(xiàng)設(shè)計(jì)和安全防護(hù)措施。

1.2 危巖體處理主要工程措施

針對危巖體現(xiàn)狀采取的主要工程措施[2]有：（1）危巖體上方土石按1∶1.25、石方按1∶0.75開挖削坡產(chǎn)，將坡頂土石方進(jìn)行卸載；（2）黃土質(zhì)邊坡采用骨架護(hù)坡植草加固防護(hù)；（3）石質(zhì)邊坡采用長錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土封閉防護(hù)；（4）邊坡設(shè)布魯克被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)；（5）坡頂平臺(tái)設(shè)混凝土擋土墻防護(hù)；（6）坡頂及兩側(cè)設(shè)截水溝；（7）邊坡平臺(tái)設(shè)平臺(tái)排水溝，并鋪砌混凝土封閉。

2 危巖體控制爆破施工

2.1 采用有針對性的爆破施工方案、方法

根據(jù)本工點(diǎn)危巖體分布位置、現(xiàn)有安全狀態(tài)、地形特點(diǎn)情況，采用不同的爆破、開挖措施。

（1）土方及松散石渣采用由上到下分層挖掘機(jī)直接開挖，配合裝載機(jī)將土方推至線右側(cè)50m以外的安全位置后放至山下施工平臺(tái)上，運(yùn)到棄土場。

（2）整體穩(wěn)定石方采用大直徑淺孔控制由上至下分層爆破，分層機(jī)械開挖、清理，推土機(jī)推運(yùn)石渣到右側(cè)安全地帶后放至山下。

（3）靠近外側(cè)開裂、節(jié)理發(fā)育的巖體或孤石采用小直徑淺孔控制爆破配合機(jī)械鑿巖的方法松動(dòng)，挖掘機(jī)開挖，推土機(jī)推運(yùn)石渣到右側(cè)安全地帶后放至山下。

（4）靠近陡崖外側(cè)與山體脫離的危巖采用小直徑風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，孔內(nèi)灌注靜態(tài)破碎劑破碎，人工分層清理石渣。

2.2 控制爆破主要參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2.1 小直徑淺孔控制爆破

爆破時(shí)采用分層施工，爆破作業(yè)分層高度一般為0.8～2.0m，根據(jù)現(xiàn)場石層厚度來確定，對于小面積成片的巖體爆破時(shí)采用。對于風(fēng)化巖體整體性不強(qiáng)時(shí)，或開挖高度0.8m以下的段落，盡量直接用機(jī)械鑿除。

（1）爆破參數(shù)。

①爆破分層高度H≤2m；②鉆眼直徑D=42mm；③炮眼深度L=1.1～2.2m；④炮眼間距a=0.8～1.2m；⑤炮眼排距b=0.8～1.1m；⑥鉆孔方式：三角形布置，垂直鉆眼；⑦炮眼裝藥量Q=qabH。

式中q為單位巖石用藥量，根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)，取q=0.30kg/m3較為合適。若巖石完整性差、風(fēng)化程度高時(shí)，由爆破工程師進(jìn)行調(diào)整取更小值。

（2）炮孔布置。

炮孔一般采用梅花形布置，若現(xiàn)場不具備條件時(shí)則可采用矩形布置。

（3）爆破裝藥結(jié)構(gòu)。

采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，炸藥品種為φ32mm卷裝乳化炸藥，按設(shè)計(jì)藥量從炮孔底部自下而上將炸藥卷裝入，每個(gè)炮孔均裝1發(fā)非電毫秒雷管，采用反向起爆法將炸藥卷裝在孔底。炮孔堵塞采用略微潮濕的黃土，逐層搗實(shí)，堵滿為止[3]。

（4）小直徑淺孔爆破起爆網(wǎng)路。

采用塑料導(dǎo)爆管非電微差起爆網(wǎng)路。每個(gè)炮孔內(nèi)均裝1發(fā)非電毫秒雷管，所裝雷管段別為10段以上，可以根據(jù)一次起爆數(shù)量多少將每排分成1個(gè)或數(shù)個(gè)段別，實(shí)現(xiàn)逐排或每排數(shù)段微差間隔起爆。

同段別起爆雷管可采用四通管連接在一起，不同段別起爆微差采用3段非電毫秒雷管接力連接來完成。

2.2.2 大塊孤石爆破

對于部分與主體分離形成大塊孤石的危石，若機(jī)械破碎不便時(shí)，采用小直徑風(fēng)鉆垂直鉆孔，其裝藥量與爆破破碎巖石體積成正比。施工時(shí)所有的炮孔內(nèi)均裝高段別的毫秒雷管（10段以上），孔外用2～3段毫秒雷管每2個(gè)孔連接在一起，組成孔外微差起爆網(wǎng)路，保證爆破振動(dòng)安全，同時(shí)利用前后炮孔起爆微差相互擠壓、碰撞，有效減小爆破石塊粒徑。最后用電雷管起爆。為減少爆破松散巖塊向隧道口方向下落，起爆方向要避開隧道口方向，一般向隧道進(jìn)口右側(cè)方向（西側(cè)）起爆。

2.2.3 靜態(tài)破碎開挖

靜態(tài)破碎是對靠近山崖邊部已經(jīng)與主體完全脫離、受較大振動(dòng)或沖擊可能失穩(wěn)或坍塌的巖石進(jìn)行解體的較為安全的方法。施工時(shí)，在待開挖巖體上采用φ42mm風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，孔間距0.3m，孔內(nèi)灌注無聲破碎劑，待6～8h后巖體破碎解體成小塊，然后采用人工清理。

本危巖體處理區(qū)域位于隧道進(jìn)口上方，此處山高坡陡、上部危巖體松散開裂，山體隨時(shí)可能發(fā)生落石、崩塌的危險(xiǎn)，施工難度和安全防護(hù)要求都非常高，做好施工期間的安全防護(hù)是一切工作的重心。施工中采用主動(dòng)和被動(dòng)防護(hù)措施、隨時(shí)調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參數(shù)、局部改變施工方法、嚴(yán)格施工過程控制等方法做到施工安全萬無一失。

2.2.4 采取的主動(dòng)防護(hù)措施

（1）爆破區(qū)覆蓋防護(hù)。為避免爆破個(gè)別飛石距離超過50m，對公路隧道及橋梁或附近施工既有設(shè)備、設(shè)施產(chǎn)生損壞，采用膠皮炮被密排覆蓋在產(chǎn)生飛石的所有炮孔上，膠皮炮被間用8#鐵絲前后左右相互連接在一起不留縫隙，炮被相鄰連接點(diǎn)距離不超過30cm。同時(shí)在膠皮炮被上壓事先裝好黃土的塑料編織袋，每個(gè)土袋重量不少于30kg。一般土袋應(yīng)壓蓋在炮孔正上方，以保證防護(hù)效果。

（2）陡巖易塌落區(qū)主動(dòng)網(wǎng)覆蓋。在爆破前對隧道口上方中線左右各30m區(qū)域陡崖段上部靠近邊緣、巖石裂隙發(fā)育張開、破碎不穩(wěn)定的部分，在施工期間容易滑落。根據(jù)現(xiàn)場條件，采用主動(dòng)布魯克網(wǎng)加固防護(hù)。在山上穩(wěn)定的巖體上鉆孔，安裝錨桿，灌注水泥漿，然后將布魯克網(wǎng)掛在錨桿上，將不穩(wěn)定的巖體全部罩住，收緊網(wǎng)邊緣，固定在錨桿上。錨桿長3.0m，間距約0.5m，布魯克網(wǎng)選用高強(qiáng)度的主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)。

（3）開裂巖體預(yù)處理措施。對于靠近陡崖外部已與山體脫離的巖塊體，爆破前先用靜態(tài)破碎、人工鑿除、風(fēng)鎬機(jī)械破碎、液壓錘破碎等方法進(jìn)行預(yù)處理，將不安全隱患提前消除。

（4）消除大巖塊措施。爆破后對產(chǎn)生的大巖塊采用淺孔爆破或機(jī)械破碎方法進(jìn)行二次破碎，隧道口上方掉落巖塊直徑不超過0.5m。

3 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)與施工

3.1 邊坡長錨桿施工

對鉆孔深度17～25m錨桿孔，則采用潛孔鉆機(jī)成孔，可使用履帶式潛孔鉆機(jī)在下層工作面上鉆進(jìn)上層錨桿孔?，F(xiàn)場采用阿特拉斯836型高風(fēng)壓空壓機(jī)配合宣化產(chǎn)液壓潛孔鉆機(jī)進(jìn)行錨桿鉆孔。鉆孔直徑115mm，每鉆進(jìn)行3m加1根鉆桿連續(xù)鉆進(jìn)成孔。對于巖體破碎地段，采用偏心鉆頭跟進(jìn)鋼套管鉆孔，鉆孔直徑146mm，鋼套管直徑130mm，每鉆進(jìn)1.5m加1根鉆桿及鋼套管，直到達(dá)到設(shè)計(jì)長度，再逐段拔出鋼套管和鉆桿，進(jìn)行錨桿安裝施工。

鉆孔施工垂直坡面進(jìn)行，鉆孔完成后用專用吹管對每個(gè)錨桿孔逐一清孔，清除孔內(nèi)的碎渣、粉塵、巖屑等雜物，提前切割好的長度不小于設(shè)計(jì)值的φ22帶肋鋼筋錨桿插入孔內(nèi)。

錨索材料采用高強(qiáng)度、低松弛、無粘結(jié)6束φs15.2-4mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，極限抗拉強(qiáng)度860MPa，錨具采用OVM15型錨具。錨索按2m×2m梅花形布置，錨索孔徑為φ130mm。鉆孔為斜孔，下傾角250°。錨索預(yù)應(yīng)力張拉力為700kN。

預(yù)應(yīng)力錨索是一束狀柔性受拉構(gòu)件。張拉后對巖體產(chǎn)生直接抗滑力和正壓力來增加抗滑阻力，達(dá)到加固滑坡體的目的。本工程設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力錨索，同時(shí)輔以現(xiàn)澆框架梁、三維網(wǎng)植草防護(hù)措施，以保證路基邊坡的穩(wěn)定。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨索施工

3.2.1 主要設(shè)備及材料

主要設(shè)備有潛孔鉆機(jī)、穿心式預(yù)應(yīng)力千斤頂、發(fā)電機(jī)、孔道注漿機(jī)和強(qiáng)制式攪拌機(jī)等。

主要材料有φs15.2-4mm鋼絞線，OVMl5型錨具，φ90mmPVC管，C40號(hào)水泥漿，配套的架線環(huán)、承載體及導(dǎo)向帽等。

3.2.2 施工準(zhǔn)備與布孔

首先，施工所用各類機(jī)具設(shè)備到位并安裝就緒。選擇有利的施工場地進(jìn)行平整硬化，鋼材、水泥、砂石料等分類堆放并明確標(biāo)志。其次，施工前應(yīng)進(jìn)行錨索驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)量為設(shè)計(jì)總數(shù)的3%，且不少于3根，試驗(yàn)選在與工作錨索相同的地層中進(jìn)行。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定合理的施工工藝。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行測量放樣，嚴(yán)格按2m×2m梅花形布設(shè)孔位。局部高邊坡上施工錨索時(shí)，考慮地基條件及承擔(dān)荷載大小，搭建臨時(shí)性腳手架作為施工平臺(tái)。

3.2.3 鉆孔

（1）鉆孔精度由孔位、孔向、孔深3項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)控制。為保證孔位精度，應(yīng)準(zhǔn)確測量，嚴(yán)格控制相鄰孔位軸線間距。鉆孔均為下傾角250°的斜孔，實(shí)際鉆孔深度比設(shè)計(jì)孔深超深0.5m。鉆孔過程中用羅盤儀控制鉆孔方向。

（2）該段滑坡體巖層破碎，斷層裂隙發(fā)育，穩(wěn)定性較差，因此采用無水鉆進(jìn)，防止水對周圍巖體的軟化作用，避免塌孔。

（3）鉆孔穿過斷層、破碎帶時(shí)易出現(xiàn)卡鉆、掉鉆、塌孔等現(xiàn)象，施工中應(yīng)遵循先固結(jié)、慢鉆進(jìn)、速清孔、快錨固的原則。應(yīng)先在破碎層、斷裂帶壓漿，使破碎的裂隙節(jié)理用凈漿填充，形成整體結(jié)構(gòu)，然后再鉆孔。

3.2.4 錨束制作

（1）施工準(zhǔn)備。

錨索材料采用ASTMA416-92型270級(jí)、直徑φ=15.24mm、高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨具采用OVM15-4錨具。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)見圖1。錨索編束前，要確保每一根鋼絞線始終均勻排列，平直，不扭不叉，且需除銹，除油污，對有死彎、機(jī)械損傷及銹坑處應(yīng)剔出。

（2）鉆孔。

鋼拄基礎(chǔ)孔位和錨桿孔位、深度及間距必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和有關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工?？咨钸_(dá)到設(shè)計(jì)深度后，必須及時(shí)報(bào)請監(jiān)理工程師進(jìn)行檢查和簽認(rèn)。

錨索鉆孔不取巖芯，鉆孔過程中禁止水沖，以確保錨索施工不至于惡化邊坡巖體工程的地質(zhì)條件。

錨孔下傾（與水平面夾角）15°，鉆孔允許誤差為-7°－+2°。為確保錨孔深度，實(shí)際鉆孔深度要求大于設(shè)計(jì)深度0.2m。

鉆進(jìn)過程中應(yīng)對每一孔地層變化（巖粉情況）、鉆進(jìn)情況（鉆壓、鉆速等）、地下水情況以及一些特殊情況做現(xiàn)場記錄。若遇坍孔，應(yīng)立即停鉆，進(jìn)行固壁灌漿處理（灌漿壓力0.1～0.2MPa）。注漿36h后，重新掃孔鉆進(jìn)。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖

鉆孔完成之后必須使用高壓空氣（風(fēng)壓0.2～0.4MPa），將孔中巖粉及水全部清除出孔外，以免降低水泥砂漿與孔壁巖體的粘接強(qiáng)度。

3.2.5 鎖定張拉

預(yù)先張拉錨索之前，先要確保符合框架梁以及錨孔砂漿的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。標(biāo)定并且調(diào)整張拉儀器之后，再進(jìn)入具體的張拉過程。應(yīng)當(dāng)注意的是：鋼絞線必須具備均衡的受力，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)布置平直的錨索體。針對單根鋼絞線，最好選擇較小的千斤頂用來張拉。對于錨固體本身而言，應(yīng)當(dāng)確保各個(gè)部位都密切接觸。針對多余的鋼絞線，應(yīng)當(dāng)予以機(jī)械切除，但是不要用電切割。在切割過程中，最好留出10cm左右長度的鋼絞線，防止鋼絞線滑脫。完成張拉之后，就可以用碎石混凝土來封閉錨孔。

3.2.6 孔道注漿

預(yù)應(yīng)力錨索孔道注漿采用一次常壓注漿孔底返漿方式注漿，自由段套以塑料套管，注漿應(yīng)密實(shí)，不能出現(xiàn)空洞。漿液采用C40水泥漿。漿液太稠時(shí)壓漿困難，太稀時(shí)固結(jié)后收縮量大，易與孔壁脫離，錨固性能差，故應(yīng)按現(xiàn)場試驗(yàn)參數(shù)嚴(yán)格控制水灰比。

注漿時(shí)通過錨索中間的注漿管，自孔底注漿直至孔口溢漿，注漿壓力為1.5～2.5MPa。注漿管伸入孔底，漿液注入孔內(nèi)1.5～2.0m時(shí)開始拔注漿管，以后邊注漿邊拔管，要始終控制管體埋入漿液深度不小于1.5m，嚴(yán)禁將注漿管抽離水泥漿面。如發(fā)現(xiàn)孔口漿面回落，應(yīng)在30min內(nèi)進(jìn)行孔底壓注補(bǔ)漿2～3次，確保孔口漿液充滿。注漿量根據(jù)巖層裂隙發(fā)育情況估算，注漿完成后直至漿液固結(jié)期間，不得抽拔振動(dòng)錨索。注漿完畢，漿液凝固收縮后，在孔口段補(bǔ)灌水泥漿。

在節(jié)理、裂隙發(fā)育的巖土體中注漿時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)無壓力回升、漿液漏失嚴(yán)重的現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)先停止注漿，分析原因，采取措施。如是間歇注漿，則加入早強(qiáng)劑、加大漿液濃度等進(jìn)行處理。

張拉鎖定完成后，通過錨墊板上的注漿孔補(bǔ)充漿液后，再用C25混凝土將錨頭封閉保護(hù)。其水灰比由試驗(yàn)確定，水泥采用硅酸鹽膨脹水泥，漿液由水泥灰漿攪拌機(jī)現(xiàn)場制備，隨拌和隨使用。注漿壓力0.6～0.8MPa，砂漿灌注應(yīng)飽滿密實(shí)，若漿液流失則應(yīng)進(jìn)行第2次或第3次補(bǔ)注漿。注漿完畢水泥砂漿凝固收縮后，孔口應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

4 結(jié)束語

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)合錨桿在高邊坡中大范圍的應(yīng)用，充分顯示出工藝簡便、施工靈活等特點(diǎn)，為類似工程的邊坡加固提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。在該工程施工中，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，采用預(yù)定的控制爆破和錨桿錨索施工方案，安全、優(yōu)質(zhì)、快速的完成了對山體的開挖。今后應(yīng)進(jìn)一步完善施工工藝和錨固機(jī)具，使之更能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的施工，縮短高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索的施工周期，及早對巖體施加預(yù)應(yīng)力，才能充分體現(xiàn)其優(yōu)越性。要堅(jiān)持并確保“安全第一，質(zhì)量第一，預(yù)防為主”的安全質(zhì)量思想，切實(shí)搞好環(huán)境保護(hù)，對廢水、廢碴治理有效。

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