中空注漿錨桿在軟弱破碎圍巖山嶺隧道中的應(yīng)用

許曉毅

摘 要：以密興路改建工程（巨各莊～市界）火郎峪隧道為例，闡述了中空注漿錨桿在軟弱破碎圍巖中的應(yīng)用，介紹了中空注漿錨桿的施工工藝、質(zhì)量控制要點(diǎn)及實(shí)際效果，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：中空注漿錨桿；軟弱破碎圍巖；施工工藝

中圖分類號(hào)：U455.7+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）33-0118-03

Abstract： Taking Huolangyu Tunnel of the reconstruction project of Mixing Road （from Jugezhuang to the city boundary） as an example， this paper expounds the application of hollow grouting bolt in the weak and broken surrounding rocks， and introduces the construction technology， quality control points and practical results of the hollow grouting bolt， which can be used for reference for similar projects.

Keywords： hollow grouting bolt； weak broken surrounding rock； construction technology

1 概述

近年來(lái)隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，山嶺隧道的數(shù)目日漸增多，在山嶺隧道的設(shè)計(jì)中，通常采用系統(tǒng)錨桿對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)及加固。普通的砂漿錨桿因成本低廉、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)得以廣泛應(yīng)用，但是由于工藝自身的缺陷如注漿不飽滿等經(jīng)常使砂漿錨桿在軟弱破碎圍巖無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的效果，降低了支護(hù)體系的安全系數(shù)，影響了施工安全和工程質(zhì)量。中空注漿錨桿解決了普通砂漿錨桿的諸多缺陷，提高了施工的安全性，在密興路改建工程火郎峪隧道施工中使用取得良好效果。

2 工程概況

密興路改建工程火郎峪隧道地處北京東北部山區(qū)，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，Ⅳ級(jí)圍巖多為中等風(fēng)化（黑云母）斜長(zhǎng)淺粒巖、斜長(zhǎng)淺粒巖，巖芯呈短柱狀～柱狀，局部呈碎塊狀，節(jié)理發(fā)育。Ⅴ級(jí)圍巖段為強(qiáng)風(fēng)化（黑云母）斜長(zhǎng)淺粒巖、斜長(zhǎng)淺粒巖～中等風(fēng)化（黑云母）斜長(zhǎng)淺粒巖、斜長(zhǎng)淺粒巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀～柱狀，局部呈碎塊狀。

隧道采用新奧法原理設(shè)計(jì)，Ⅴ級(jí)圍巖段初期支護(hù)設(shè)計(jì)為系統(tǒng)錨桿（中空注漿錨桿）、噴射混凝土及鋼架組合的柔性支護(hù)體系。中空注漿錨桿長(zhǎng)3.5米，環(huán)向間距1米，縱向間距0.75米。中空注漿錨桿分為普通中空注漿錨桿、自進(jìn)式中空注漿錨桿和邁式中空自進(jìn)式注漿錨桿。經(jīng)過(guò)洞口段鉆孔試驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)比選，最終采用了圖強(qiáng)RD25N普通中空注漿錨桿，該錨桿由中空錨桿桿體、硬質(zhì)塑料錨頭、止?jié){塞、墊板和螺母組成（見(jiàn)圖1），具體規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表1。采用YT28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)42型十字鉆頭鉆孔。

3 中空注漿錨桿作用機(jī)制及特點(diǎn)

3.1 作用機(jī)制

普通砂漿錨桿施工通常采用先注漿后插錨桿的施工工藝，起拱線以上的錨孔，在漿液自身重力和流動(dòng)性作用影響下，錨孔底部漿液填充不飽滿，注漿管拔出時(shí)易造成漿液流失；錨桿插入時(shí)居中效果差，桿體未被漿液均勻包裹，影響了錨桿的受力。

中空注漿錨桿通過(guò)錨桿中空孔注入漿液至桿體端頭，漿液再沿桿體與孔壁空隙填充，由于錨桿外端止?jié){塞和托板作用，能有效地防止?jié){液外溢，使?jié){液充滿錨孔，保證了沿錨桿全長(zhǎng)傳遞應(yīng)力；在止?jié){塞和托板的作用下，可以實(shí)現(xiàn)封閉壓力注漿，使?jié){液向圍巖空隙和空隙中擴(kuò)散與錨孔中漿液固化后形成樹狀體系，進(jìn)一步提高錨固作用及改良圍巖[1]（見(jiàn)圖2）；托板力和預(yù)應(yīng)力的存在使錨桿由被動(dòng)承載轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)承載，錨桿端部形成了壓應(yīng)力區(qū)，有利于控制圍巖變形，提高圍巖的穩(wěn)定性。

3.2 特點(diǎn)

與普通的砂漿錨桿相比，中空注漿錨桿具有以下的特點(diǎn)：

（1）中空注漿錨桿兼具錨桿與注漿管功能，避免了砂漿錨桿施工時(shí)注漿管拔出造成漿液流失。

（2）中空注漿錨桿采用先錨后灌的施工方式及排氣注漿工藝，有壓注漿使桿體與孔壁間的空隙內(nèi)注漿飽滿、質(zhì)量可靠。

（3）由于配置了錨頭、止?jié){塞及連接套，可使桿體在錨孔內(nèi)居中，桿體被均勻的和有足夠厚度的水泥漿包裹，具有良好的錨固效應(yīng)和耐久性[2]，達(dá)到長(zhǎng)期支護(hù)的目的。

（4）中空注漿錨桿實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)，各配件配套進(jìn)場(chǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量把控好，施工質(zhì)量易于保證，同時(shí)不需要現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼筋進(jìn)行螺紋加工，即可安設(shè)墊板和螺母。

（5）在破碎易塌孔的地層中，采用自進(jìn)式錨桿可一次實(shí)現(xiàn)鉆孔和錨桿安裝，解決了錨桿無(wú)法安裝或長(zhǎng)度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的狀況。

4 施工工藝

4.1 孔位測(cè)量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣，按照設(shè)計(jì)間距布孔，用紅漆做出標(biāo)記確定位置。

4.2 鉆孔

利用初襯臺(tái)車施鉆，采用YT28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、4米鉆桿、42型十字鉆頭成孔，鉆孔方向垂直于開(kāi)挖輪廓線（或巖石面）。錨桿孔徑、孔深滿足設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范要求。

4.3 清孔

成孔后采用高壓風(fēng)清孔，清除鉆孔內(nèi)的泥漿、碎石，清空應(yīng)徹底。

4.4 錨桿安裝

安裝前應(yīng)檢查錨桿體中空孔及錨頭是否暢通，發(fā)現(xiàn)堵塞應(yīng)及時(shí)處理。錨頭安裝后，將錨桿插入孔內(nèi)，桿體插入孔內(nèi)長(zhǎng)度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)規(guī)定的95%，外露長(zhǎng)度控制在10～15cm，以便連接注漿管；然后依次安裝止?jié){塞、墊板和螺母，止?jié){塞距孔口3～5cm，螺母受力即可，安裝時(shí)通過(guò)調(diào)整錨頭和止?jié){塞盡可能使錨桿居中。

4.5 錨桿注漿

根據(jù)地質(zhì)條件可選用水泥單液漿、水泥砂漿等，一般采用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比一般為0.4～0.5；水泥砂漿水泥與砂之比宜為1：1～1：2（重量比），水灰比宜為0.38～0.45[3]。

注漿前檢查注漿設(shè)備，向上注漿時(shí)應(yīng)加大流量，控制好排氣防止注漿不連續(xù)；向下注漿要連續(xù)進(jìn)行。注漿采用注漿量和注漿壓力雙控制，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)量80%以上或注漿壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)量且無(wú)漏注現(xiàn)象時(shí)[4]，即可關(guān)閉注漿泵停止注漿，待壓力降低到安全值后，拆除注漿管堵頭堵塞注漿孔。注漿結(jié)束后要進(jìn)行檢查是否有漏孔現(xiàn)象，通過(guò)分析注漿記錄查看是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如注漿效果未達(dá)到實(shí)際要求時(shí)，應(yīng)補(bǔ)孔再注漿；隧道開(kāi)挖后檢查斷面注漿效果，及時(shí)反饋以便調(diào)整技術(shù)參數(shù)。

4.6 調(diào)整墊板擰緊螺母

注漿結(jié)束24小時(shí)后，上緊桿端螺母，使其產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力，為保證桿體軸向受力，孔口采用快硬水泥找平，墊板與噴混面密貼，與桿體垂直，螺母務(wù)必?cái)Q緊。

5 工程應(yīng)用效果及施工控制點(diǎn)

5.1應(yīng)用效果

火郎峪隧道Ⅴ級(jí)圍巖段采用Ф25中空注漿錨桿，Ⅳ級(jí)圍巖段采用Ф22水泥砂漿錨桿，兩種錨桿使用效果見(jiàn)表2。

通過(guò)對(duì)比表可以發(fā)現(xiàn)：

（1）中空注漿錨桿的抗拔力為普通砂漿錨桿的1.5倍，錨固能力得到改善。

（2）中空注漿錨桿每延米造價(jià)比普通砂漿錨桿高，但

施工質(zhì)量、可靠性及安全性提高，性價(jià)比比較高。

5.2 施工控制點(diǎn)

對(duì)于中空注漿錨桿，在施工過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）漿液采用合理的配合比是保證注漿質(zhì)量的關(guān)鍵

錨桿注漿材料一般采用水泥砂漿或水泥漿。漿液配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定水灰比、灰砂比。水灰比過(guò)大，雖然有利于注漿，但是漿液流動(dòng)性大，不利于漿液與錨桿的粘結(jié)，