預(yù)應(yīng)力錨索處理隧道洞頂防護(hù)的施工技術(shù)應(yīng)用

霍紅亮 HUO Hong-liang

（中鐵十七局集團(tuán)有限公司，太原 030000）

0 引言

預(yù)應(yīng)力錨定是將鋼光圈線嵌入巖層內(nèi)部進(jìn)行預(yù)加應(yīng)力的施工技術(shù)，是將主體結(jié)構(gòu)的支撐應(yīng)力傳遞給深部穩(wěn)定巖層的主動(dòng)支撐方式。在備用應(yīng)力作用下，周圍巖石發(fā)生壓縮，周圍巖石在錨索的彈性壓縮下形成“負(fù)重拱形”，提高周圍巖石的整體性和內(nèi)在阻力，增加其強(qiáng)度和周圍巖石的穩(wěn)定強(qiáng)度。錨索的保護(hù)可以使結(jié)構(gòu)物和周圍巖石連鎖反應(yīng)，可以使周圍巖石發(fā)揮更大的負(fù)荷作用，有利于表面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，將結(jié)構(gòu)和共同作業(yè)的周圍巖石介質(zhì)構(gòu)成復(fù)合體由結(jié)構(gòu)鎖定的巖石層可以更有效地承受由于負(fù)載引起的拉伸力和剪切力，并且這些力的傳遞深度也比沒有錨定的結(jié)構(gòu)的作用大得多。[1]

1 工程概況

從平?jīng)龅骄d陽(yáng)的國(guó)家高速公路（G8513）平?jīng)龅教焖蜳T09堡子梁2號(hào)隧道建在甘肅省天水市秦安縣安伏鄉(xiāng)陳家村，邊坂位于堡子梁2號(hào)隧道的進(jìn)口。堡子梁2號(hào)隧道的進(jìn)口軸線大致與地形的大角相交，自然斜面為35-40°梯度。發(fā)育B8-2黃土碎石崩潰，該崩塌堆積體位于山間沖槽左側(cè)的山的斜面部位，前緣位于沖槽中，后緣位于山的斜面部位，屬于淺層黃土碎石崩潰。這個(gè)崩壞體整體呈前緣寬，后緣窄的扇形。崩塌方向約8°，后緣寬度約20～30m，前緣寬度約123m，縱長(zhǎng)65m，厚度約2～4m。成分主要是碎石，碎石夾著少量的黃土。由于不穩(wěn)定，隧道的進(jìn)口和橋墩位于崩塌的前緣，對(duì)線路產(chǎn)生了巨大影響。建議去除崩壞體，強(qiáng)化坡面防護(hù)。

2 設(shè)計(jì)錨索框架梁原因

頂應(yīng)力錨索框架梁的保護(hù)結(jié)構(gòu)是將對(duì)應(yīng)力錨定施加預(yù)應(yīng)力的潛在滑動(dòng)巖體與穩(wěn)定巖體緊密連接成為一體，增加巖土體的各等級(jí)的耐滑動(dòng)力，并且通過坡面上的框架梁將各錨定素有效地連接到一個(gè)整體，形成表和背面的加固系統(tǒng)進(jìn)一步達(dá)到防止整體邊坂不穩(wěn)定性的目的。在備用應(yīng)力錯(cuò)誤掃描框架梁系統(tǒng)中，將錨定繩鎖定在框架上，錨定力首先作用于框架，然后通過框架傳遞至巖土體，從而使巖土體產(chǎn)生附加應(yīng)力，調(diào)整巖土體的應(yīng)力環(huán)境，以加強(qiáng)邊緣坂。

3 設(shè)計(jì)方案處理方案

①暫時(shí)關(guān)閉裂縫，關(guān)閉時(shí)用三七灰土填埋。②清除洞頂黃土表層，清方邊的坡率為1:0.5，樓梯寬度為第一級(jí)2-6m，第二級(jí)、三級(jí)臺(tái)階寬度為2m，樓梯高度為10m。③斜面防護(hù)由下向上，第一級(jí)采用錨定框架梁防護(hù)，第二級(jí)采用錨定框架梁防護(hù)，第三級(jí)采用錨定框架梁保護(hù)。第一段邊坡：左線的仰坡根據(jù)原設(shè)計(jì)采用8m長(zhǎng)錨框格梁防護(hù)，錨棒采用Φ25灰漿錨，8m長(zhǎng)，間隔3m×3m；右線仰坡采用12m長(zhǎng)錨框格梁防護(hù)，錨棒采用Φ32摩爾錨，長(zhǎng)度12m，間隔3m×3m。第二級(jí)邊坡：左線的仰坡按照原設(shè)計(jì)采用8m長(zhǎng)錨框格梁防護(hù)，錨棒采用Φ25灰漿錨，8m長(zhǎng)，間隔3m×3m；右線的仰坡采用20m長(zhǎng)的錨繩框架梁防護(hù)，錨繩采用4捆Φ15.24mm，強(qiáng)度1860MPa的高強(qiáng)度低松弛無(wú)粘壓床線，長(zhǎng)度20m，錨定力400kN。漿料注入采用水泥灰漿、水灰比0.4-0.5、灰砂比1:1、灰漿強(qiáng)度≥40MPa，漿料注入壓力不小于0.3MPa。第3段邊緣坂：左線沒有3段邊緣坂；右線仰坡采用8m長(zhǎng)錨框格梁防護(hù)，錨棒采用Φ25灰漿錨，8m長(zhǎng)，間隔3m×3m。底部用噴槍保護(hù)。Φ22灰漿錨，長(zhǎng)度3.5m，間隔1.5m×1.5m、采用鋼筋網(wǎng)Φ6鋼筋網(wǎng)、網(wǎng)格間隔25cm*25cm、C25混凝土10cm噴射。④排水措施：在挖掘面外側(cè)設(shè)置一條斷水溝，斷水溝與左線仰坂斷水槽結(jié)合實(shí)施。各級(jí)平臺(tái)排水由路基平臺(tái)的斷水槽設(shè)置，1、2級(jí)平臺(tái)的斷水槽連接左線洞頂排水溝排出至坂腳沖槽內(nèi)，3級(jí)平臺(tái)的斷水槽排出至左側(cè)斷水槽內(nèi)。⑤左洞崩塌部分5m長(zhǎng)暗洞層疊調(diào)整明洞層疊。

4 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝及方法

預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程見圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程圖

4.1 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)參數(shù)及相關(guān)要求

每孔錨定設(shè)計(jì)錨定力600kN、入射角20度、錨定型4個(gè)Φ15.24毫米線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa。鉆頭直徑為120mm，鉆頭采用YG-30型錨定工程鉆頭鉆孔。[2]

4.2 鎖定孔測(cè)量

根據(jù)各工點(diǎn)工程的立面圖，根據(jù)設(shè)計(jì)將錨定孔的位置正確地測(cè)量在坡面上，孔位誤差不應(yīng)超過±20mm。刷子側(cè)的坡面遇到不順或特殊困難的地方，需要得到設(shè)計(jì)監(jiān)理部門的認(rèn)可，在確保坂體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全的前提下，適當(dāng)放寬定位精度，調(diào)整鎖定孔的定位。

4.3 鉆孔

巖石層采用潛孔鉆孔鉆孔。在巖石層破碎、柔軟、充滿水等容易崩塌、容易嵌入鉆頭的地層施工，根據(jù)需要采用管道鉆頭技術(shù)。在鉆孔前構(gòu)筑腳手架，根據(jù)設(shè)計(jì)樁編號(hào)測(cè)量采樣，用油漆標(biāo)記錨點(diǎn)孔的位置。鉆頭嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)孔位、傾斜角和方位正確定位，采用角度測(cè)量?jī)x控制角度，鉆孔軌道的傾斜角誤差不超過±1。方位誤差不超過±2。錨定繩的孔形成應(yīng)根據(jù)地層選擇相應(yīng)的錨定繩鉆頭，嚴(yán)禁用熱水鉆孔和清洗洞壁。在挖掘過程中，必須認(rèn)真記錄地層狀況、地下水狀況等施工記錄。鉆孔徑、孔深要求不小于設(shè)計(jì)值，超鉆頭在40cm以上，鉆頭在設(shè)計(jì)深度后不能立即停止鉆頭，要求穩(wěn)定3～5分鐘進(jìn)行鉆頭，同時(shí)應(yīng)立即清掃錨點(diǎn)孔。鉆頭結(jié)束后，可以安裝錨定繩。鉆頭完成后，立即安裝錨定筋體并對(duì)錨定孔進(jìn)行漿料注入，原則上，必須放置24小時(shí)以上，避免崩塌孔。[1]

圖2 錨索示意圖

4.4 鉆進(jìn)過程

鉆頭中記錄各個(gè)孔的地層變化、鉆頭狀態(tài)（鉆頭壓力、鉆頭速度）、地下水等情況。發(fā)生了孔縮等不良鉆頭現(xiàn)象時(shí)，立即停止鉆頭，立即進(jìn)行固壁漿處理（爐渣壓力0.1～0.2MPa），水泥灰漿首次凝固后，再掃孔進(jìn)行鉆頭。

4.5 錨孔清理

鉆頭達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，不能立即停止鉆頭，要求穩(wěn)定3～5分鐘，防止鉆孔底部尖尖消失，達(dá)不到設(shè)計(jì)孔徑。打孔完成后，使用高壓空氣（風(fēng)壓0.2～0.4MPa）將穴內(nèi)巖粉和水體全部除去到洞外，防止水泥灰漿和穴壁巖漿的粘結(jié)強(qiáng)度下降。除相對(duì)堅(jiān)硬、完整的巖體外，不能用高壓水清洗。當(dāng)壓水流出錨定孔時(shí)，水壓和水量變小后，可以安裝錨定筋和漿料，根據(jù)需要在周圍適當(dāng)?shù)牟课辉O(shè)置排水孔進(jìn)行處理。如果要求處理錨定孔內(nèi)的存儲(chǔ)水體，則通常以諸如漿料密封二次鉆頭的方法處理。

4.6 錨孔檢查

錨穴鉆探完成，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理檢查合格后，進(jìn)行下一道工序?？讖?、孔深檢查一般采用設(shè)計(jì)孔徑、鉆頭和標(biāo)準(zhǔn)鉆頭棒在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理旁路站的條件下對(duì)孔進(jìn)行檢查，在孔檢過程中鉆頭按平順推進(jìn)，不產(chǎn)生沖擊和抖動(dòng)，鉆頭檢查長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)錨定孔的深度，鉆頭要求順暢要求高壓風(fēng)檢查不存在明顯的飛塵和水體現(xiàn)象。同時(shí)要求對(duì)錨定孔的孔位、傾斜角和方位進(jìn)行復(fù)檢，可以認(rèn)為所有錨定孔的施工項(xiàng)目合格后，錨定孔的鉆探檢查合格。

4.7 錨索體的制作及安裝

安裝前，各鋼的光圈線應(yīng)筆直，不擰叉，均勻排列，除去銹，除去油污，確保從死彎、機(jī)械損傷、銹蝕孔中去除。錨定繩在錨定端，每隔1.0m設(shè)置對(duì)中支架，將錨定繩居中，自由端每1.0m用細(xì)鐵絲綁住，要求涂抹強(qiáng)力防腐涂料和覆蓋。Φ20～22mm的PVC管在套管兩端10～20cm的長(zhǎng)度范圍內(nèi)用黃油填充，用外圈工程膠帶固定。錨繩防銹、防腐處理符合鐵路路基屏障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范提出的各項(xiàng)技術(shù)要求。錨定頭面必須垂直于錨定繩軸線。在安裝錨定繩之前再次認(rèn)真檢查錨定孔號(hào)，確認(rèn)無(wú)誤后，用高壓風(fēng)吹孔，人工慢慢地將錨定繩放入穴內(nèi)，用鋼尺測(cè)量露出孔外的電線長(zhǎng)度，計(jì)算孔內(nèi)錨定繩的長(zhǎng)度（誤差控制在50mm的范圍內(nèi)）確保鎖定的長(zhǎng)度。

4.8 錨索注漿

漿料注入采用一次漿料注入、孔底回漿法，將自由端涂在防銹油上，蓋上波紋管，在管內(nèi)注入黃油，嚴(yán)格封閉兩端，一次滿足錨定繩的錨定段和拉伸段，不能留有間隙。用試驗(yàn)比選定灰漿后，確定施工配合比。實(shí)際的漿料注入量一般比理論上的漿料注入量大，或者錨定排氣孔不排出，孔口漿料溢出濃漿料作為漿料注入結(jié)束的基準(zhǔn)。填埋結(jié)束后，將漿料注入管、漿料注入槍和漿料注入管洗凈，在施工過程中制作漿料注入記錄。錨定繩的漿料注入采用水灰比0.4～0.45的水漿料，其中錨定段遇到土質(zhì)或沙土狀的強(qiáng)風(fēng)化巖層，且富有水時(shí)，應(yīng)采用二次高壓裂紋漿料注入法來(lái)提高地層的錨定力。漿料材料要求嚴(yán)格按照試驗(yàn)合格配比準(zhǔn)備材料，漿料液嚴(yán)格按照配比攪拌均勻，伴隨攪拌使用，漿料強(qiáng)度不低于40MPa。錨定孔的漿料注入必須采用孔底的漿料還原方法，嚴(yán)禁拔出漿料注入管或孔口的漿料注入，直至孔口充滿新鮮的漿料。當(dāng)發(fā)現(xiàn)奧利菲斯史萊利面的下落時(shí)，必須在30分鐘內(nèi)進(jìn)行2～3次壓注補(bǔ)充史萊里，確保滿足奧利菲斯史萊利。漿料注入過程認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的漿料注入記錄，各批次的漿料注入進(jìn)行漿料強(qiáng)度測(cè)試，樣品不得小于2組。當(dāng)漿料未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)，不能在錨定筋體的邊緣上懸掛或捆綁重物進(jìn)行碰撞。建議采用添加早強(qiáng)劑等方法，縮短工期。使用二次分流板提高地層的錨定力時(shí)，必須用漿料強(qiáng)度控制分流開始時(shí)間（一次漿料強(qiáng)度為5MPa），在二次漿料管的錨定段內(nèi)設(shè)置花孔和密封，二次漿料的高壓漿料管應(yīng)采用鍍鋅鐵管或鋼管。當(dāng)錨定繩被拉伸并鎖定時(shí)，必須在錨定頭與自由段之間的空隙中實(shí)施填充條。[2]

4.9 框架梁（錨梁、錨腳或十字架）工程

框架梁（錨光束、錨腳或十字架光束）由C30混凝土制成?？蚣芰航孛娌捎?.4m*0.4m橫梁，0.6m*0.5m豎梁截面。錨定采用C30鋼筋混凝土，根據(jù)地層的負(fù)荷力和錨定繩的噸位采用不同尺寸的錨定和壓板。首先，在基板上鋪上灰漿調(diào)整平層，制作、安裝鋼筋，使鋼筋接頭錯(cuò)開，同一斷面的鋼筋接頭數(shù)不得超過鋼筋總根數(shù)的1/2，有焊接接頭的斷面間的距離不得小于1m。可以局部調(diào)整箍筋的間隔，使得錨定繩與縱梁的箍筋干涉。錨坑周圍鋼筋密集，混凝土建設(shè)應(yīng)經(jīng)常振動(dòng)，保證質(zhì)量。受壓板是預(yù)制混凝土正方形板，面板是受壓部材，受壓面積在1.0以下。×1.0m，邊長(zhǎng)1.0m，1.2m，1.5m。

4.10 錨索的拉伸及鎖定、鎖定

漿料注入強(qiáng)度和傳動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95%以上時(shí)，在驗(yàn)收測(cè)試合格后，可以進(jìn)行拉伸作業(yè)。錨定支架的受壓面應(yīng)平坦且垂直于錨定筋的軸方向。錨定安裝與錨定墊和千斤頂緊貼，千斤頂軸線與錨定孔和錨定筋體同軸線，必須確保負(fù)載均勻。錨定筋的張力必須采用專用設(shè)備。設(shè)備在拉伸作業(yè)前進(jìn)行標(biāo)識(shí)，在鎖定件、鉗子等檢查合格后可以使用。[3]拉伸時(shí)，必須詳細(xì)記錄各階段負(fù)荷的應(yīng)力和拉伸量。錨定繩整體分為3級(jí)拉伸到設(shè)計(jì)負(fù)荷值，即設(shè)計(jì)負(fù)荷的25%、50%、110%，前面3級(jí)的拉伸滯留時(shí)間為5分鐘，最后一級(jí)的拉伸在灰漿設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到90%以上時(shí)進(jìn)行，負(fù)荷時(shí)間為30分鐘，采用拉伸應(yīng)力和拉伸值的校正雙重控制伸長(zhǎng)量控制在設(shè)計(jì)值的±1.0%～5.7%之間，不應(yīng)超過最大±10%，應(yīng)立即停止。查清原因后再拖延。由于本段的墻壁強(qiáng)度不高、承載力不大，所有的錨定拉伸應(yīng)在3個(gè)階段進(jìn)行，第一批的拉伸設(shè)計(jì)負(fù)荷的25%、第二批的拉伸設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%、第三批的拉伸設(shè)計(jì)負(fù)荷的110%。6～10天后，對(duì)錨定繩的預(yù)應(yīng)力損失狀況進(jìn)行檢查，根據(jù)需要進(jìn)行補(bǔ)償拉伸，拉伸最后的負(fù)荷，鎖定錨定后，在開口部實(shí)施二次漿料，確保錨定頭端孔內(nèi)的漿料注入緊密。錨定繩的拉伸完成后，立即在錨定頭上密封條和錨定，外錨定頭使用與錨定腳相同編號(hào)的包絡(luò)頭，防止銹蝕破壞。錨定頭和錨定腳等間隙的泥漿補(bǔ)給作為錨定頭防腐的重要工序，必須認(rèn)真進(jìn)行。漿料補(bǔ)給管必須插入錨定光束的底面以下進(jìn)行漿料補(bǔ)給，直到孔溢出為止補(bǔ)充漿料。對(duì)于錨定和錨定筋的露出部分，必須使用與錨定相同符號(hào)的混凝土來(lái)密封錨定。[3]

5 驗(yàn)收試驗(yàn)的方法與過程

驗(yàn)收試驗(yàn)應(yīng)按等級(jí)施加負(fù)荷，起始負(fù)荷應(yīng)為錨索設(shè)計(jì)負(fù)荷的30%，分級(jí)負(fù)荷值分別為設(shè)計(jì)負(fù)荷的0.5、0.75、1.0、1.2、1.33和1.5倍，考慮到本工程是墻加固的實(shí)際情況，負(fù)荷的最大值為1.2倍。在驗(yàn)收試驗(yàn)中，每次負(fù)荷增加1級(jí)時(shí)，必須使負(fù)荷穩(wěn)定5～10分鐘，記錄位移讀數(shù)。最終級(jí)考試也必須維持10～15分鐘。當(dāng)10分鐘的位移超過1mm時(shí)，級(jí)負(fù)荷還需保持50分鐘，記錄15、20、25、30、45、60分鐘的位移量，最后卸載到開始負(fù)荷，測(cè)量并記錄剩余位移量。[3]

5.1 驗(yàn)收試驗(yàn)的數(shù)據(jù)整理與結(jié)果判定

驗(yàn)收考試的錨定符合以下兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，判定為合格，否則不合格。

①?gòu)拈_始負(fù)荷到最大試驗(yàn)負(fù)荷之間測(cè)量的總彈性位移量（即最大試驗(yàn)負(fù)荷條件下的總位移量-向開始負(fù)荷卸貨時(shí)的剩余位移量）超過該負(fù)荷范圍內(nèi)（最大試驗(yàn)負(fù)荷-開始負(fù)荷）的錨定自由段長(zhǎng)度的理論彈性伸長(zhǎng)量的80%必須小于自由段的1/2和錨定段長(zhǎng)度之和的錨定筋的理論彈性伸長(zhǎng)值。[3]

②在最終級(jí)負(fù)載下的位移觀測(cè)期間，錨定頭的位移穩(wěn)定，即，在10分鐘內(nèi)位移不超過1mm，或1小時(shí)的蠕變量不超過2mm。[3]

5.2 錨定驗(yàn)收考試不合格的處理

①發(fā)現(xiàn)一孔試驗(yàn)錨定繩不合格時(shí)，增加三孔錨定繩進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試，如果再不合格，則以三倍的比例進(jìn)行采樣測(cè)試，判斷不合格的錨定繩是個(gè)別現(xiàn)象還是普遍性總結(jié)并估計(jì)不合格錨定繩的百分比。[3]

②不合格錨定的負(fù)荷力按試驗(yàn)負(fù)荷最大值的50%計(jì)算，以不合格錨定的百分之率估計(jì)錨定的實(shí)際張力和設(shè)計(jì)值的差額，并報(bào)告設(shè)計(jì)單位進(jìn)行加固處理。[3]

6 取得的成果

預(yù)應(yīng)力錨框架可以有機(jī)地結(jié)合高邊坂斜坡的柔性防護(hù)，不僅可以預(yù)防和治療高邊坡的崩塌，還可以美化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了工程與自然的和諧統(tǒng)一。通過大的噸位的預(yù)備應(yīng)力錨定繩鎖定在邊緣坂體內(nèi)穩(wěn)定的巖體上，通過施加的預(yù)備應(yīng)力可以抵抗邊緣坂體的深層變形和破壞。貼在坡面上的鋼筋混凝土框架對(duì)邊坂體表層巖土起到框架箍作用，限制表層巖土的變形和破壞。

7 結(jié)束語(yǔ)

本工程的錨定繩在關(guān)閉錨定前，取錨定繩總數(shù)的5%以上，抽取3根以上進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)，最大實(shí)驗(yàn)負(fù)荷是設(shè)計(jì)負(fù)荷的2倍，錨定繩在各級(jí)的荷載時(shí)間內(nèi)位移和總位移量符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果錨定繩的承受力大于設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)的短期錨定性能良好，表明錨定繩的施工技術(shù)和質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的目標(biāo)。