小净距段中夹岩柱对拉锚杆的应用

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摘要：本文以大连石门山隧道为例，介绍了采用水平预应力对拉锚杆加固两隧道中夹岩柱的整个施工工艺，并经过水平收敛等监测表明，该方法对确保中夹岩柱的稳定是非常有效的。

关键词：小净距；中夹岩柱；对拉锚杆；应用

中图分类号： U417 文献标识码： A 文章编号：

石门山隧道是大连西部通道中的控制工期工程，为双幅式双向六车道，两隧轴线基本平行。其中东线隧道长1531.5m，西线隧道长1553.5m，单洞开挖高度9.5～11.36m（含仰拱）、开挖宽度15.04～15.86m、开挖面积112.87～148.99m2。隧道南口由于受线型和地形条件限制，设计有127m的小净距段，中夹岩柱体厚度最小5.80m，最大11.50m。从洞口起，上述地段的围岩级别分别为Ⅳ 级20m,Ⅲ级23m，Ⅳ级84m，因此，在施工中如何确保中夹岩柱的稳定，防止出现过大的塑性变形或贯通的塑性变形，防止围岩失稳，就成为小净距段施工中的关键点。施工对中夹岩柱采用主动的加固措施非常必要。以西线为例，K1+997～+954段（L=43m）设计采用水平预应力对拉锚杆加固中夹岩柱，设计预张拉力70KN，现介绍其施工工艺。

施工准备

1.1材料

锚杆杆体采用 ∮25mm螺纹钢筋，长度5.8～11.50m，使用前将两杆端攻丝；垫板为A3钢垫板，规格300mm×300mm×10mm（长×宽×厚）。

灌浆材料为M30水泥砂浆，灰砂比为1：1，水灰比为0.45，水泥P.O42.5R。水PH不得小于4的饮用水；砂宜为洁净、坚硬的中细砂，级配良好，最大粒径不得大于3mm，使用前应过筛。

塑料保护套为PVC管，要求具有一定的强度和柔性，以免在杆体推进过程中受损伤，其主要作用是防止钢筋锈蚀，与水泥砂浆配合使用，构造杆体双层防腐保护体系。

隔离支架，为使杆体居于锚杆孔中央，四周被足够厚度的水泥砂浆层包裹，保证必须的锚固力，采用∮ 10mm钢筋制作对中架，沿锚杆杆体每2.0m设置1根，对中架钢筋与杆体焊接牢固，以防在杆体插入过程中脱焊或变形。

防腐材料：应将其视作永久性预应力锚杆看待，防腐材料采用在杆体表面涂刷无杂质、品质均一的黄油和防锈漆，涂刷前应将黄油、防锈漆搅拌充分、均匀。

1.2作业条件

（1）钻孔机械采用MK－2潜孔钻机，钻头为“－”字形钻头，直径80mm.锚杆安装采用人工或YT－28风动凿岩机，锚杆张拉设计为测力扳手，注浆泵为风动牛角泵。

（2）隧道开挖采用西洞先于东洞开挖的施工顺序，因此，当具备作业空间后，立即进行锚杆施工，由于洞内环境复杂，要求具有足够的照明和平整坚实的场地，以提高作业精度。

（3）施工前，应对锚杆的类型、型号、规格、支架连接件、PVC套管等检查验收，杆体表面不得有锈蚀、擦伤、烧痕、扭曲等，杆体制作完毕后应妥善保管。

（4）正式施工前应取2根做基本试验，目的是熟悉张拉工艺，检查作业人员和设备的适应性、相容性，提高施工质量。

2施工工艺

锚杆孔内注浆液为全长粘结型水泥砂浆，锚杆杆体为 ∮25mm螺纹钢筋，设计预应力值为70KN，其施工顺序为钻孔安装注浆张拉与锁定防腐保护，在施工中严格作业标准，细化管理，确保工程质量。

2.1钻孔

（1）钻孔设备选用MK－2型潜孔钻机，该机结构小巧紧凑，能适应在狭小的空间内作业；与之配套，选用20m3/min空压机为其提供足够的风量和风压。

（2）钻孔时，要对位准、方向正、角度精，施钻前由技术人员测量放样，并用红铅油在初喷混凝土层表面标出孔位。

（3）孔距竖向和纵向均为100cm，方形布置。孔距误差：±5cm，孔深误差±5cm，孔径不得小于75mm，锚杆孔与预定锚孔轴线位置偏差不得超过3%，在钻进过程中，检查孔位偏差，发现不符合要求者，立即纠偏。

（4）钻孔应在掘进至设计位置并完成初喷4cm厚C20混凝土后进行，以策安全。

（5）钻孔结束后，应用高压风或高压水将孔内积水、岩粉、石屑细小杂物等冲洗干净，对于清孔完毕的锚孔，安装锚杆前应用塞子塞紧孔口，以防杂物侵入。

（6）孔位若与初期支护用格栅钢架位置重叠，可适当挪动，避免相互干扰。

（7）若发生塌孔，应及时向孔内压注早强水泥砂浆，待固化后重新施钻。

2.2锚杆的组装与安装

2.2.1 锚杆制作

严格按设计尺寸下料；先张拉端距端头20cm处在钢筋表面涂刷1.0m长的防锈漆两层，防锈漆干后涂刷黄油一道，套上1.0m长 ∮30mmPVC套；焊上钢筋支架；后张拉端套上丝扣保护套，丝口长度可在设计长度的基础上适当加长，以消除施工误差的影响，确保严丝合缝。锚杆构造如图1所示。

图1 锚杆构造示意图

2.2.2锚杆的安装

注浆管为∮ 20mm胶管，用非镀锌材料与锚杆体捆扎在一起；排气管为∮ 10mm软质水管，长度为1.5m，外露孔口10cm.安装采用人工锤击方式，对于长锚杆采用风动凿岩机配合钢套管顶入；锚杆杆体入孔长度不得短于设计长度的95%；安装完毕后，应用楔子临时将锚杆端头固定，以防在注浆和安装垫板和螺母时晃动。

2.3注浆

（1）注浆料为M30水泥砂浆，其配合比为：水：水泥：砂=1：1：0.45（重量比），外加早强剂，掺量为4%，确保及时提供支护抗力；浆液拌制时要注意其稠度，太浓，不利浆液注入；太稀，浆液易流出，注浆不易饱满密实；浆液随拌随用，一次拌合的砂浆在初凝前用完。

（2）注浆设备为风动牛角泵。注浆压力不超过0.4MPa，注浆前应用棉纱、胶泥、锚固剂等将孔壁与锚杆杆体间空隙封堵，封堵长度不得短于1.0m.

（3）注浆前或中途暂停超过30min，应管道和注浆罐。

（4）注浆管口应插至距孔底5～10cm处，随浆液的注入缓慢均匀排出孔内空气。

（5）注浆结束条件采用3指标控制：当注浆量为设计量的80%以上，压力稳定在0.4MPa维持10min以上，且处于孔口上方的排气管有浓浆流出时即可结束单孔注浆。

（6）注浆浆液硬化后应补充注浆，确保管内浆液充盈。

（7）注浆后锚杆应加强防护，浆液未达到设计强度的70%不得随意敲击，一般规定3天内不得悬挂重物。

（8）注浆完毕后应将外露的锚杆端部及时清洗干净，并作好成品防护。

2.4张拉与锁定

（1）张拉时张拉顺序的确定和张拉设备的选定：当注浆体强度达到设计强度、后行隧道掘进至设计位置后即可把丝扣保护套去除进行张拉。张拉设备为测力扳手，使用前应校定。扳手上带有数显度盘，以随时测定张拉力的大小和便于观察分级加载的稳定性；同一截面上间隔张拉，避免产生局部压应力集中现象。

（2）正式施加拉力前，应先施加设计张拉力值的20%即14kN，以去除锚杆本身的弹性杂质和垫板间缝隙，使锚杆各部件紧凑。钢垫板应与初喷混凝土密贴，不平整处用低不于M30级的水泥砂浆抹平，锚杆轴线应与钢垫板垂直。

（3）预张拉1～2次后卸荷，再重新施加预应力，加载值大小为：起始荷载30%A，终止荷载120%A，分级循环荷载如下：030%A50%A75%A100%A120%A，其中A为设计施加预应力值70kN，在每次加载至上述分级荷载后应维持5～20min，以观察张拉力值的稳定性，在加载至最后一级荷载后维持20min.

（4）锁定：如果最后一级荷载稳定，将荷载回至100%A并检查其稳定性，如满足要求即可锁定；否则另行处理，加载时如发生位移异常时，停止张拉，并在张拉达到的位置锁定荷载。

（5）补偿张拉：预应力筋锁定后48h内，若发现预应力损失大于锚杆拉力设计值的10%时，应进行补偿张拉。

2.5锚杆的防腐处理

对于外露锚杆头和钢垫板先涂刷两层沥青，再喷射C20级密实、品质均一的混凝土，其保护层厚度不得小于2cm；或者在沥青表面抹以2cm厚的防水砂浆。

3锚杆的检测

水平预应力对拉锚杆是维护中夹岩柱稳定的关键措施，故必须对其进行长期检测。检测数量不少于锚杆设计数量的10%，即30根。预应力变化值不宜大于锚杆拉力设计值的10%，必要时可采取重复张拉或适当放松的措施以控制张拉力的大小。

4主要安全技术措施

（1）水平对拉锚杆的施工是一项极其重要的工作，必须安排专人负责，选择有经验和水平的作业人员操作，加强管理，严格按照技术交底认真施工作业。

（2）各种机械设备均应处于良好状态，使用前应进行必要的调试或试运转。

（3）施加拉力时孔口下方和前方严禁站人，以防施加拉力时发生脱扣和锚杆突然间拉断。

（4）机械设备的运转部位应有安全防护装置。

（5）向锚杆孔注浆时，注浆罐内应保持一定数量的砂浆，以防罐体放空，砂浆喷出伤人；处理管路堵塞前，应消除罐内压力。

5结束语

水平对拉锚杆是一种常用的、非常有效的加固方式，它对于抑制围岩变形，防止出现过度塑性变形和贯通的塑性变形区，防止围岩失稳，发挥着至关重要的作用。在施工中必须严格按照设计和规范规定施作，才能达到维护围岩稳定的目的。对拉锚杆监控量测结果表明：水平收敛值和拱顶下沉值等指标均在要求范围内，表明中夹岩柱是稳定的。