預應力錨索在隧道拱頂掉塊處理中的應用

摘要：運營鐵路隧道拱頂常存在掉塊、脫空等病害，直接影響列車的運營安全和結構的健康服役。由于運營鐵路隧道內作業天窗時間短、空間小，對高空作業技術要求高。文章以神朔鐵路蛇口峁隧道襯砌拱頂病害整治工程為例，提出預應力錨索加固的新型病害整治方案，以提高隧道拱頂的承載能力，改善結構的受力性能，取得良好的工程效果。

關鍵詞：預應力錨索；隧道加固；隧道拱頂；掉塊；脫空；鐵路隧道 文獻標識碼：A

中圖分類號：U457 文章編號：1009-2374（2016）01-0049-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.025

1 工程概況

神朔鐵路是國家Ⅰ級重載鐵路，承擔著國家西煤東運的重任。神朔鐵路管內蛇口峁隧道位于黃羊城溝及新城川河的分水嶺地段，為穿越蛇口峁的越嶺雙線隧道，全長5804m，里程K55+663～K61+467。自隧道投入運營以來出現了一定程度的病害，本文針對該隧道拱頂掉塊的病害，結合預應力錨索在煤礦加固的應用，對預應力錨索在隧道病害整治中的應用做了一些簡單的探究。

2 病害整治歷史及當前病害情況

本隧道自1996年7月起左線鋪軌運營，運營中發現有拱部開裂、局部掉塊、滲漏水及水溝斷裂等病害現象。中國神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司提出對隧道病害的調查和整治要求。施工單位分別于1997年、1998年、2000年進行了整治：1997年整治工作主要針對拱墻裂縫、混凝土掉塊、隧底開裂及下沉、水溝斷裂、電纜溝開裂、拱部及邊墻空洞等；1998年整治工作主要針對拱墻裂縫、邊墻錯臺、滲漏水、拱部及邊墻空洞等；2000年整治工作主要針對拱墻裂縫、滲漏水、局部隧底開裂及下沉、水溝斷裂、拱部及邊墻空洞等；2001年根據調查和勘探，并結合工務部門反映的情況，蛇口峁隧道隧底目前不存在翻漿冒泥現象，病害主要仰拱有下沉現象，對該段采用拆換處理；2011年4月20日根據河西運輸段的匯報，蛇口峁隧道多處地段出現不同程度的掉塊，其中嚴重部分為491m。

3 預應力錨索的設計

對拱部掉塊及裂紋嚴重地段（491m）進行拱部奧斯特網+[20b槽鋼+Φ22巖石預應力錨索+Φ42錨管注漿加固。

第一，在距內軌頂面高約5.75m以上拱部設置[20b槽鋼，縱向間距1榀/m，二襯鋼架拱腳部位進行適當切除，保證鋼架不侵入建筑限界，槽鋼預留錨索及錨管孔洞位置。鋼架采用銀色金屬用防腐油漆涂裝防腐，涂裝前鋼架表面應按現行國家標準《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB 8923）的規定進行除銹處理，處理后的鋼架表面不應有焊渣、焊疤、灰塵、油污、水和毛刺等，涂層干漆膜總厚度不應小于150μm，允許偏差為-25μm。

第二，鋼架與二襯之間采用RXI-075型奧斯特高強度防腐網（孔徑為5×6cm雙絞六邊形鍍復合鋅鋁合金）對二襯可能的掉塊進行防護。

第三，分別在拱頂、拱腰（左右各1根）及拱腳（左右各1根）槽鋼預留孔位置進行Φ22mm巖石預應力錨索施工，鉆孔直徑42mm，深度6m，錨固段長度1m，自由段長度5m。鋼絞線預留0.5m張拉長度，端頭設25cm×15cm×1.5cm（長×寬×厚）墊板固定在槽鋼上。注漿采用水灰比0.4～0.6∶1的水泥漿，采用HSC快凝快強水泥，張拉采用YDC250Q前卡千斤頂，初始張拉力30kN，預設計承載力250kN。

第四，分別在應力錨索之間進行Φ42錨管施工，錨管長4m，左右側各兩根（即環向間距2.1m），端頭設碗形墊板固定在槽鋼上，錨固漿液采用壓注M20水泥砂漿液。

Φ42錨管施工應嚴格按照有關施工工藝施工。錨管采用Φ42熱軋無縫鋼管，外徑42mm，壁厚3.5mm。錨管施工應注意以下事項：（1）錨管桿體使用前平直、除銹、除油。應在桿體前端應預留注漿孔；（2）采用M20水泥砂漿錨固，M20水泥砂漿配制時易采用中細砂，粒徑不應大于2.5mm，砂膠比宜為1∶1～1∶2（重量比），水膠比宜為0.38～0.45。

4 Φ22mm巖石預應力錨索施工工藝

Φ22mm巖石預應力錨索屬柔性錨桿，簡稱柔錨。本次設計中錨索長度為6m（錨固長度1m）。

第一，柔性錨索施工工序。錨索施工工藝流程如圖1所示：

第二，柔錨桿體加工。采用標準單股鋼絞線作為錨索承力結構。鋼絞線直徑22cm，長6.5m，其中錨固段長1m，自由段長5m，張拉段長0.5m。錨索加工及安裝見圖2：

圖2 錨索加工及安裝圖

注漿管為內徑15mm的膠管，長度與鋼絞線相同，綁扎在鋼絞線上，在藥卷錨固劑附近開一個出漿口。

第三，柔錨成孔。按照技術交底規定的位置進行鉆孔。為避免塌孔和卡鉆，鉆孔采用普通YT-28型手持風鉆鉆孔，鉆頭直徑42mm。

第四，錨及止漿。在鋼絞線端頭（錨固端）放置高強度樹脂藥卷錨固劑，緩慢轉動鋼絞線將3～5卷錨固劑送入錨固端直接將錨索頂緊，利用HSC灌漿料進行止漿。

第五，預應力施加。（1）張拉時間：高強度樹脂藥卷錨固劑完成24～36h以內開始張拉，具體工序安排為中間隔1個循環；（2）張拉辦法：在錨索尾部安裝墊板及錨具，采用YDC250型千斤頂進行張拉；（3）墊板為鋼板，尺寸為15mm厚鋼板，錨具為特制配套產品；（4）張拉緩慢進行，達到3t時停止張拉并錨固。

第六，注漿。（1）漿液：漿液為硫鋁酸鹽快凝水泥漿，漿液在36h時強度達到10MPa以上；（2）水泥：硫鋁酸鹽水泥加特種外加劑HSC灌漿料；（3）配合比：硫鋁酸鹽水泥水泥漿∶水灰比為0.6～0.8∶1，外加劑摻量：3%。HSC灌漿料水灰比為0.6～0.8∶1，外加劑摻量1%；（4）注漿設備：注漿泵使用注漿壓力7MPa的KBY-50/70雙液泵；（5）注漿參數：擴散半徑為10cm，壓力為1.0～1.5MPa，單孔注漿量由現場試驗確定；（6）注漿工藝：先敞口注漿，當孔口出漿后，停止注漿，用HSC灌漿料封口，20min后繼續注漿達到設計注漿壓力后持續注漿3min后，停止注漿。在注漿過程中，應嚴格按配比操作，準確、熟練地控制泵的壓力和流量，以實現要求的配合比，要盡可能地保證連續注漿。

第七，錨索施工前應在現場進行施工、安裝及拉拔試驗。

5 施工方法及注意事項

第一，施工方法。隧道內作業施工均采用天窗點施工。拱部鋼架及注漿均采用軌道車牽引平板車，平板車不少于4輛，分別存放鉆孔設備、鋼架安裝設備、注漿設備及原料設備。鉆孔設備要保證有3臺風槍（備用1臺）同時工作的能力，鋼架安裝設備要有舉高裝置。隧底注漿設備存放在大（小）壁車洞內，做好安全防護。

第二，注意事項。（1）錨索初始張拉力根據現場試驗情況進行調整，為防止在施工時張拉出現拱頂被拉裂的情況，拱頂錨索張力不宜過大，拉緊即可；（2）為了確保漿液整體的黏結，灌漿時中途不應停止，注漿要直至孔口有漿液溢出為止，若無漿液溢出應進行補注；（3）為保證錨索實際應用的效果，在施工時完成拉拔實驗。

6 結語

通過錨索工藝在營業線隧道病害整治上的實際應用及整治效果分析，此工藝值得推廣和應用：（1）該工藝不僅可以避免隧道掉塊，同時通過張拉可以使隧道襯砌處于受力狀態下，對運營多年隧道襯砌穩定具有很好作用；（2）預應力錨索在施工過程中可以根據襯砌后空洞大小及時調整錨索長度，避免不必要的材料浪費。

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作者簡介：宮孟飛（1981-），中國神華神朔鐵路分公司工程師，研究方向：鐵路工程管理。

（責任編輯：陳 潔）