隧道工程中中空注漿錨桿施工技術(shù)的應(yīng)用

李劍、饒健、周強

（浙江交工交通科技發(fā)展有限公司，浙江 杭州 311100）

0 引言

中空注漿錨桿施工技術(shù)是應(yīng)用在隧道工程中的一項技術(shù)。隧道開挖后，要在圍巖處布設(shè)錨桿，并讓它穿過松動圈，進入基巖之中，然后進行注漿操作，尤其要在裂隙中填充漿液，以此加固圍巖。以往的隧道施工運用的并不是中空注漿錨桿，而是普通砂漿錨桿，雖然方便施工、成本不高，但容易出現(xiàn)注漿不飽滿等問題。要想解決這一問題，可應(yīng)用中空注漿錨桿施工技術(shù)，不僅能解決傳統(tǒng)施工中存在的不足，還能大大提升隧道施工的安全性。

1 中空注漿錨桿作用機制與特點

1.1 中空注漿錨桿作用機制

普通砂漿錨桿施工方法與中空注漿錨桿施工技術(shù)不同，往往是先注漿，然后將錨桿插入，錨桿在下降的過程中可將錨孔中的縫隙填滿，但這種方法無法完全將漿液全部填入錨孔底部，當拔出注漿管后，漿液會流失，會對錨桿的插入產(chǎn)生影響，使錨桿受力存在嚴重的不均勻性。中空注漿錨桿施工技術(shù)與之不同，是將漿液通過錨桿的空孔注入桿的端頭，在注漿的過程中，漿液會流入桿體、孔壁、孔隙中，在錨桿外部止?jié){塞、托板的幫助下，漿液不會外流，并在壓力的作用下塞滿、密封錨孔，漿液會向著圍巖的孔隙擴散，隧道內(nèi)的圍巖穩(wěn)固性將得到改良，這也能使錨桿更加牢固，在預(yù)應(yīng)力和托板的幫助下，錨桿的狀態(tài)發(fā)生變化，由被動承載變?yōu)橹鲃映休d，此時壓應(yīng)力區(qū)域便是錨桿的端部，這能預(yù)防圍巖出現(xiàn)變形的情況，使圍巖保持穩(wěn)定的狀態(tài)[1]。

1.2 優(yōu)勢分析

中空注漿錨桿施工技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

一是科學(xué)性,中空注漿錨桿施工采取的是先錨后灌的形式，會與排氣注漿工藝結(jié)合起來，將注漿通過高壓的方式填充到孔壁和桿體中，讓空氣內(nèi)充滿注漿，能有效保證施工的質(zhì)量[2]。

二是中空注漿錨桿的功能并不是單一的，不僅包含錨桿的功能，還包含注漿管的功能，如此施工人員在施工中即便拔出注漿管，漿液也不會出現(xiàn)流失的情況。

三是隧道工程中部分地層容易出現(xiàn)塌孔和破碎的情況，此類情況往往是受多次鉆孔和錨桿安裝的影響，中空注漿錨桿施工技術(shù)應(yīng)用自進式鉆孔，可以一次性完成這項工作，讓錨桿安裝中的問題得以輕松解決。

四是當前中空注漿錨桿技術(shù)已趨于成熟，生產(chǎn)會應(yīng)用工廠批量生產(chǎn)的方式，相應(yīng)的配套設(shè)備也較為齊全，這對提升施工質(zhì)量起到重要作用；施工人員在隧道施工中可直接安裝墊板與螺母，能大大降低施工的難度。

五是應(yīng)用該施工技術(shù)，桿體受止?jié){塞和錨頭的作用，會被固定在錨孔的中間，并被水泥嚴實包裹，能更加穩(wěn)定，錨桿也會發(fā)揮長期支護的作用。

六是使用了專用灌漿泵，其采用蝸桿增壓技術(shù)，有著注漿平穩(wěn)、速度快、壓力持久等諸多優(yōu)勢，可有效提升施工的效率。

2 中空注漿錨桿施工常見的問題

中空注漿錨桿施工受隧道周圍環(huán)境的影響，在實際操作中很容易出現(xiàn)以下問題：

一是在壓漿中很容易出現(xiàn)漿液不飽滿的狀況，導(dǎo)致止?jié){塞失去作用，當壓漿停止后，施工人員在拔管時會忽視正確的操作方法[3]。

二是施工時錨桿數(shù)量不足，管理人員一般在壓漿前核對錨桿數(shù)量時并沒有根據(jù)圖紙的要求進行，實際施工中很容易出現(xiàn)錨桿短缺，會對工程的進度產(chǎn)生影響。

三是錨桿在定位上缺少準確性，施工時成孔的深度不足，導(dǎo)致打孔的位置偏離設(shè)計位置。

四是漿液配合比的設(shè)計缺少合理性，水泥用量未能達到相應(yīng)的標準。施工人員需要定期測量漿液的黏稠度，一般而言，如果水泥用量偏少，或者沒有攪拌均勻，很容易發(fā)生水泥結(jié)塊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致泥漿稠度不足。

五是在安裝錨桿時，雖然能應(yīng)用開挖鉆孔臺車，并利用風(fēng)動鑿巖機輔助成孔，但臺車一般是以平行的方式運行，不能向垂直方向進行調(diào)整，致使鑿巖機過長，開展隧道拱肩上部作業(yè)會存在困難，無法與開挖輪廓線形成垂直關(guān)系，在拱頂處很容易出現(xiàn)問題。

3 隧道工程中中空注漿錨桿施工的具體措施

3.1 施工順序和放樣

為了在隧道工程中充分發(fā)揮中空注漿錨桿施工技術(shù)的優(yōu)勢，施工人員需要充分了解該技術(shù)，在應(yīng)用該技術(shù)進行施工前應(yīng)做好準備工作，遵守相應(yīng)的施工流程。要事先勘查現(xiàn)場，進行注漿密實度試驗，深入了解錨桿直徑、成孔孔徑，根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合實際情況選擇合適的錨桿，在進行注漿試驗時，要根據(jù)規(guī)定分析水泥漿液的配合比，檢查注漿的密實度，也要試驗不同長度錨桿的注漿效果。在人員配置方面，要配備1名管理員、2名操作員，還要根據(jù)實際施工情況適當增減人員，安排兩班制工作，保證各工序順利推進。管理人員在施工的全過程中要做好管理、控制工作。在原材料檢驗方面，采購人員要嚴格按照施工要求采購材料，認真記錄采購信息。管理人員還要定期抽查試驗室中的原材料，判斷其能否用于施工。試驗員要跟蹤、記錄原材料的具體使用情況，做好后期分析、整理工作。要根據(jù)試驗確定的數(shù)值配備水泥漿液，并實時監(jiān)督檢查漿液的稠度，當發(fā)現(xiàn)稠度不達標時，要分析原因，并及時采取相應(yīng)措施。在測量放樣方面，施工人員應(yīng)對隧道的圍巖情況進行充分了解，根據(jù)圖紙要求控制注漿孔的間距，并使注漿孔呈梅花形排列。施工人員在布設(shè)注漿孔時要做好標記，便于后續(xù)施工。隧道周圍的巖石比較堅硬，在使用風(fēng)動鑿巖機進行錨桿鉆孔時，要適當?shù)卣{(diào)整鉆孔的方向，使其與隧道開挖的輪廓線保持垂直。同時要注意錨桿鉆孔的角度，并保證成孔孔徑不能小于錨桿直徑。施工人員在施工的過程中要保持桿體的穩(wěn)定性，可以應(yīng)用砂漿將桿體均勻包裹。此外，要堅持定期檢查錨桿，以免出現(xiàn)腐蝕的情況[4]。

3.2 錨桿的安裝與注漿

施工人員在安裝錨桿前，需進行一系列的準備工作，如對錨頭、錨體進行查看，保證錨孔的通暢性，當發(fā)現(xiàn)有異物堵塞時，要及時疏通。在施工中，要先安裝錨頭，接著將錨桿插入孔中，需注意的是，插入的深度要滿足相應(yīng)的規(guī)定，將外露部位控制在1～15cm之間，以更好地連接注漿管[5]。接著，施工人員要根據(jù)順序安裝螺母、墊板、止?jié){塞，孔口與止?jié){塞的距離不能超過5cm，要根據(jù)實際情況調(diào)整二者之間的距離，讓錨桿處于居中位置。

在安裝錨桿后，要進行錨桿注漿的工作?？筛鶕?jù)隧道的地質(zhì)條件選擇適應(yīng)的砂漿或液漿，要按照一定的比例進行水泥漿液的配備工作。施工人員在注漿之前要充分進行檢查，在向上注漿時，要注重加大流量，有效控制排氣，保證注漿的連續(xù)性；向下注漿時，也要注意保持連續(xù)性。施工人員要控制注漿的壓力和注漿量，為了更好地完成施工，可應(yīng)用注漿機，其好處是當注漿壓力與設(shè)計要求相符時，注漿量會自動保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)；關(guān)閉注漿泵，壓力會下降，當?shù)竭_安全值時，便能堵塞注漿口，此時，施工人員可對其進行查看，了解是否存在漏孔的情況。完成注漿工作的第二天，施工人員要擰緊螺母，使桿部產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。為了讓錨桿有軸向受力，可利用水泥在孔口處進行找平處理，使混凝土面與墊板緊密結(jié)合，此時可將錨桿垂直，將螺母擰緊。

3.3 施工中的其他事項

一些隧道施工處于變形地段，容易發(fā)生圍巖破損，對此，施工人員在隧道施工時可應(yīng)用智能中空注漿錨固系統(tǒng)，隧道邊墻與拱部的加固深度可保持在5m左右。在進行開孔施工時，可采用風(fēng)機開孔，開孔距離保持在35mm，孔徑保持在30mm以下[6]。注漿孔縱向間距為2.5m，橫向間距為1.5m，深度可為5m，排列形狀為梅花形。施工人員在進行隧道注漿施工時，可借助智能系統(tǒng)控制注漿壓力、評定注漿效果。如在注漿端口位置設(shè)定壓力值，當壓力值超過規(guī)定的范圍時，設(shè)備便會自動停止工作，智能系統(tǒng)會發(fā)出聲光預(yù)警；同時，系統(tǒng)還會自動收集注漿參數(shù)。智能系統(tǒng)包括采集機、灌漿機、智能錨桿等，其中，智能錨桿包括長度檢測管、止?jié){塞、螺母、墊板、錨頭、錨桿等。此外，當鉆孔到達預(yù)計深度時，施工人員可應(yīng)用巖粉，能夠有效避免錨桿注漿孔被堵塞等問題；施工人員在安裝中空錨桿時，可將止?jié){塞用于管口的位置。

3.4 注漿

注漿是中空注漿錨桿施工技術(shù)中必不可少的一環(huán)，注漿的材料為水泥凈漿，其中，水和灰的比例可按照0.45∶1調(diào)配，漿液的壓力可控制在0.3～0.8MPa。當漿液制作完成后，可倒入注漿機中，開展注漿工作。工作人員在首次注漿時，要先將注漿管填滿，然后再連接錨桿，當注漿工作完成后，在采集注漿數(shù)據(jù)時，可借助電腦，當每環(huán)注漿完成后，工作人員要及時標識，在標識后，可拍照記錄每環(huán)錨桿的安裝狀態(tài)，并將其上傳到云端保存。

3.5 施工質(zhì)量控制措施

施工人員在隧道施工中要順應(yīng)時代發(fā)展潮流，提升施工質(zhì)量，應(yīng)用中空注漿錨桿施工技術(shù)是必不可少的，但在應(yīng)用中要注意以下事項：

一是要對成孔的深度和錨桿打設(shè)角度進行控制，大多數(shù)隧道施工離不開初襯臺車，但其不具備升降功能[7]，因此，施工人員要做好安裝檢查工作，重視現(xiàn)場成孔的檢查，應(yīng)用智能中空注漿錨固系統(tǒng)，并使其充分發(fā)揮作用。

二是施工人員要保證水泥漿液的配合比滿足相應(yīng)的規(guī)定，此為保證注漿質(zhì)量的前提，在選擇注漿材料時，可先以水泥砂漿為主，其水灰比要適當：如果水的比例過大，則漿液的流動性大，不能黏住漿液和錨桿，即使后續(xù)施工人員再應(yīng)用水泥填充，也是于事無補的，這會導(dǎo)致錨桿在凝固時產(chǎn)生很大的強度損失，也會對錨桿的受力質(zhì)量產(chǎn)生影響；如果水的比例過小，水泥漿的稠度很大，在注漿時則容易出現(xiàn)堵塞的情況。因此，需要優(yōu)化設(shè)計水泥漿液的配合比。

三是施工人員要重視檢查注漿后的質(zhì)量，完成注漿工作后，要進行強度測量試驗，對錨桿的強度進行檢驗，對于不滿足規(guī)定的，可采取補救措施，如補注漿操作，對錨桿進行補打，補打長度為1.5倍左右。

3.6 安全要求與措施

隧道工程應(yīng)用中空注漿錨桿施工技術(shù)，要做好安全措施，可從以下方面出發(fā)：

一是施工過程中要派專人檢查支護的工作狀態(tài)，專人負責(zé)不良地質(zhì)、地段的施工。

二是如果施工中發(fā)生爆炸、管道堵塞等問題，需停止運送水、風(fēng)、料。

三是要妥善安置錨桿簡易臺架。

四是要有效監(jiān)控錨桿支護體系，當出現(xiàn)開裂、變形等情況時，要及時采取補救措施，必要時施工人員應(yīng)離開危險區(qū)。

五是在注漿完畢后，需要關(guān)緊注漿器，關(guān)閉閥門。

六是注漿人員要注重提升自身的安全意識，實際施工中要佩戴防護用具。

七是要對施工的線路、機械設(shè)備進行認真檢查，以免出現(xiàn)漏電等情況，對施工人員的身體造成傷害。

4 智能中空注漿錨固系統(tǒng)錨固支護需要注意的事項

智能中空注漿錨固系統(tǒng)的操作并不容易，不僅復(fù)雜，故障率也很高，尤其是在特殊的作業(yè)環(huán)境下，操作程序相當復(fù)雜，正是因為如此，錨固支護才可充分發(fā)揮作用。因此，在錨固支護時需要注意以下事項：

一是要求工作人員在實際操作中將拱形墊板、止?jié){塞嚴密貼合。

二是長度檢測管會受到多種因素的影響，數(shù)據(jù)容易失真，當信號強時，記憶芯片數(shù)據(jù)上傳的速度較快，當信號弱時，記憶芯片數(shù)據(jù)上傳變慢，而上傳到云端的數(shù)據(jù)也無法自動分類。

三是當鉆孔達到設(shè)計深度后，為了清除干凈殘留的巖粉、積水，可應(yīng)用高壓的方式，如此可防止工作人員在安裝錨桿時出現(xiàn)漿孔堵塞的現(xiàn)象。需注意的是，在插入錨桿時，力量要適當，以免前端的錨頭出現(xiàn)變形的情況。

四是止?jié){塞的安裝也是一個難點，在安裝時，要使用錨固劑，以免堵塞錨孔而使注漿時出現(xiàn)漿液外漏的現(xiàn)象。

五是在首次注漿時，需首先注滿，并確保注漿量，然后再連接新的錨桿。

5 結(jié)語

中空注漿錨桿施工技術(shù)在隧道工程中具有重要的意義，是施工中不可缺少的一種支護方式，能增強圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效保障隧道施工的安全。要求施工人員在實際施工中充分了解該技術(shù)，并深入分析其中存在的問題，以進一步規(guī)范、完善該技術(shù)，有效提升隧道工程的施工質(zhì)量。