中空錨桿在隧道中的應用

郭健

摘 要： 錨桿在隧道工程中被大量使用，錨桿對圍巖能起到一定的穩(wěn)定作用。但是錨桿注漿仍然是一個問題，注漿效果不良的錨桿不但不會對圍巖有穩(wěn)定作用，甚至在圍巖中留下空洞，更加破壞圍巖的完整性和穩(wěn)定性。為此，錨桿施工過程中的注漿工藝使重難點。本文主要介紹了商合杭14標太湖山隧道出口工區(qū)中空錨桿注漿工藝問題，通過理論和不斷實踐，將中空錨桿注漿工藝不斷優(yōu)化，從而達到注漿效果良好，質(zhì)量把控合格，節(jié)省時間的目的。

關(guān)鍵詞： 中空錨桿；注漿工藝；優(yōu)化

1.前言

隨著中國高鐵的飛速發(fā)展，在鐵路隧道的設計施工中，錨桿經(jīng)常被大量采用作為對失穩(wěn)圍巖進行支護和加固的材料。理論和實踐證明，隧道開挖過程中會對周圍圍巖產(chǎn)生一定影響，使其受力狀況發(fā)生變化，在一定范圍內(nèi)容易使圍巖松動，產(chǎn)生裂隙。由于圍巖自穩(wěn)能力較差，施工過程中易出現(xiàn)安全事故，且圍巖失穩(wěn)易對以后的襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。這種情況，我們通常使用錨桿來增加圍巖的穩(wěn)定性。在隧道拱部范圍內(nèi)，中空錨桿相對于砂漿錨桿更具有優(yōu)勢，能夠最大限度的保證注漿時砂漿充填飽滿密實。隧道的安全及質(zhì)量得到有效控制，減少安全事故的發(fā)生，可以避免因安全和質(zhì)量問題造成返工處理，延誤工期。

2.工程概況

商合杭14標太湖山隧道全長3618m，最大埋深258m，隧道出砟總量52萬方。出口工區(qū)長450m，表層覆蓋粉質(zhì)黏土，厚0～5m；粗角礫土，厚1～6m；下伏Kc礫巖，含礫砂巖，全～弱風化，其中全～強風化厚8～25m，其下為弱風化。本段隧道埋深較淺節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，穩(wěn)定性較差。地下水主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，較發(fā)育。

3中空錨桿施工

3.1中空錨桿特點及力學性能指標

中空錨桿由錨頭、中空全螺紋錨桿體，止?jié){塞，墊板、螺母等組成。中空注漿錨桿安裝方便，無需自己加工螺紋，錨桿的配件有效的保證錨桿在安裝過程中處于居中，砂漿可以最大限度的包圍整個錨桿體，，避免錨桿遇水銹蝕，起到長期支護作用。中空錨桿注漿可以在數(shù)十公斤力作用下將砂漿滲透進圍巖裂隙，充分保證注漿飽滿。

太湖山隧道拱部采用φ25*7普通中空錨桿，應滿足以下力學性能指標（見表1）：

3.2錨桿施工注漿工藝

錨桿的施工和注漿是隧道施工支護的一種重要手段，它能有效的增強圍巖的穩(wěn)定性。隧道開挖由于爆破等施工方法會對圍巖造成擾動，使圍巖的受力狀況發(fā)生改變，造成圍巖的破碎松散，而中空錨桿良好的注漿效果可以使?jié){液滲透到圍巖裂隙中，增強圍巖的自穩(wěn)性，從而達到即使襯砌厚度適中也不會引起結(jié)構(gòu)開裂和位移。

3.2.1中空錨桿最初施工工藝

最初錨桿施工在立完鋼拱架后進行。用鉆機進行鉆孔，孔徑為50mm（錨頭直徑42mm，考慮安裝方便，成孔孔徑50mm）。鉆進到設計長度以后，清孔，然后安裝錨桿。在錨桿末端安裝錨頭，將錨桿裝入錨桿孔后，安裝墊板，擰緊螺母，孔口處用錨固劑及發(fā)泡劑封堵，錨桿外漏巖面10～15cm，然后連接注漿機進行注漿，注漿壓力0.5～1MPa。經(jīng)過觀察幾個循環(huán)的錨桿施工后，發(fā)現(xiàn)以下問題：

（1）沒有排氣裝置，注漿時易把孔口處封堵沖開；

（2）孔口封堵時間短，不能達到有效強度；

實際施工中由于這些問題造成錨桿注漿不飽滿，容易在圍巖內(nèi)形成空洞，不能有效的起到加強圍巖穩(wěn)定的作用，反而破壞圍巖穩(wěn)定性。

3.2.2中空錨桿施工工藝第一次優(yōu)化

針對以上問題，我們對錨桿的鉆孔和安裝及封堵進行了優(yōu)化。錨桿外漏設計濕噴表面5～8cm安裝一根φ16mmPVC管作為排氣孔，外漏濕噴設計表面5～8cm。錨桿鉆孔及安裝在立完鋼拱架結(jié)束后進行，然后PVC管與錨桿固定在鋼架或連接鋼筋上，用土工布和透明膠帶將錨桿口和PVC管口封閉，錨桿注漿在濕噴施工結(jié)束后進行。此次優(yōu)化相對于最初錨桿施工有些進步，但仍存在問題：

（1）PVC管在濕噴過程中容易受到損壞；

（2）透明膠帶和土工布容易在濕噴過程中損壞，造成錨桿口和PVC管口封堵；

3.3中空錨桿施工工藝第二次優(yōu)化

針對前兩次錨桿施工的經(jīng)驗和總結(jié)，此次對錨桿施工進行以下優(yōu)化：

（1）錨桿鉆孔及安裝施工在本循環(huán)濕噴結(jié)束后進行；

（2）錨桿注漿在錨固劑封堵達到強度后進行；

（3）錨桿注漿采采用φ16mmPVC管作為注漿孔，長度30cm左右，中空錨桿作為排氣孔；

錨桿口封堵達到一定強度后進行注漿。注漿孔為PVC管口，用中空錨桿作為排氣孔。PVC管外套10～20cm塑料軟管，一端用細鐵絲與PVC管綁緊，另一端與注漿管連接。待中空錨桿排出漿液后再持續(xù)注漿30s～60s，然后快速將與注漿管連接的軟管取下，用細鐵絲綁到PVC管上。若在軟管中未能注漿成功，可能是由于錨頭堵塞，這時將注漿管與中空錨桿連接，然后注漿，利用注漿壓力使錨頭通暢。通暢后在軟管中注漿，達到注漿效果。

4.錨桿施工優(yōu)化前后質(zhì)量分析及經(jīng)濟效益分析

錨桿施工優(yōu)化前在立架結(jié)束后進行。由于圍巖較差，4m長錨桿鉆孔時間約為30min，六部CD法中①部有錨桿5根，由于工作面較小，只能用一把風槍打鉆，合計用時2.5h，再加上注漿等時間，約用時3h。這樣導致開挖面暴露時間過長，存在安全隱患。而且錨桿注漿效果差（見圖2），失去了錨桿本該發(fā)揮的作用，反而使圍巖穩(wěn)定性變差。第一次優(yōu)化稍有改進，但存在同樣問題，開挖面暴露時間長。而且由于濕噴過程中濕噴砼在風壓的作用下的強大沖擊力，容易使PVC管損壞，達不到預期效果。

第二次錨桿施工優(yōu)化的結(jié)果是在濕噴結(jié)束后進行鉆孔，這樣開挖面暴露時間減短，對隧道安全性有顯著提高。錨桿可以在2～3個循環(huán)后集中打設，然后集中注漿，這樣有利于減少勞動力的消耗，也有利于循環(huán)時間的縮短。優(yōu)化后注漿效果有了顯著提高（見圖3和圖4）

時間就是金錢，尤其是對于隧道來說，工序銜接緊湊，循環(huán)時間縮短，減少了勞動力的消耗，也縮短了隧道開挖的時間。從經(jīng)濟效益上來說，每循環(huán)的時間減短就意味著能夠快速進入下一循環(huán)的施工，綜合來說，錨桿的優(yōu)化平均每循環(huán)時間減少1.5h，優(yōu)化前六部CD法施工按兩天三循環(huán)進尺，每循環(huán)0.6m，即平均每天進尺0.9m，每循環(huán)16h，一月總進尺27m。時間縮短后每循環(huán)14.5h，理想情況下一月共進行50循環(huán)，總進尺30m。隧道進尺每延米按8萬元計算，平均每月多創(chuàng)造24萬元的經(jīng)濟效益。

5.總結(jié)

錨桿施工在隧道支護中起到很重要的作用，而且錨桿是很多人忽視的一個細節(jié)，認為不重要，所以對原有的施工方法不進行分析和優(yōu)化。錨桿注漿效果好，能夠使?jié){液填充到圍巖破碎裂隙處，增強圍巖穩(wěn)定性。圍巖穩(wěn)定，不至于用增加襯砌厚度的辦法來加強襯砌的承載力，節(jié)省了成本，也縮短了工期時間，為工程帶來一定的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]馬治國.中空錨桿在隧道工程中的應用[J].山東交通科技，2002（1）：1-2.