自進式錨桿在玄武巖松散堆積體隧道中的應用

周 杰

（中交第三航務工程局有限公司南京分公司,江蘇 南京 210011）

超前小導管作為一種隧道輔助開挖技術措施，能夠保證軟弱破碎圍巖開挖過程中隧道掌子面的安全，在隧道掌子面的超前預支護中被廣泛應用。超前支護有多種形式，一般多采用Φ42mm鋼花管（超前小導管），然后通過壓注1∶1水泥漿加固圍巖，但超前小導管存在灌漿不飽滿的問題，特別是有一定上仰角或長度大于3m時，水泥漿液容易外溢，造成小導管孔內空隙、管體裸露等現象，導致現場的有效加固區達不到設計規定要求。此外，在遇到松散破碎圍巖時，鑿巖機鑿孔困難，成孔后易塌孔、鉆機卡鉆，甚至拔不出鉆桿，致使超前小導管無法正常施工。

自進式中空錨桿是在普通中空錨桿基礎上改進，集鉆進成孔、注漿錨固等功能于一體的新型錨桿，具有在松散堆積體和圍巖風化破碎嚴重等復雜地層條件下施工效率高、錨固效果好等優點。

文章依托在建云南華坪至麗江高速公路總管田1號隧道，改良優化適用于堆積體地層的自進式中空注漿錨桿作為掌子面超前支護措施，并取得了良好的應用效果，可為類似工程穿越松散堆積體工程措施提供技術參考。

1 工程地質概況

1.1 工程概況

總管田1號隧道沿線部分山體表層長期受到風化作用，巖體風化崩解，并在重力、雨水沖刷等作用下堆積至山腳，從而形成所謂的松散堆積體（殘坡積）。總管田1號隧道設計為一座分離式雙洞隧道，半徑為5.5m，高跨比值為0.645，仰拱矢跨比值為0.132，最大埋深為216m，全長1585m，其中，出口端約50m的范圍內穿越玄武巖松散堆積體。該段屬于V1級圍巖，施工過程中采用臺階預留核心土法開挖，以機械挖掘為主，弱爆破為輔，如圖1所示。

圖1 總管田1號隧道臺階分部開挖法施工工序圖

1.2 地質條件

總管田1號隧道出口端圍巖等級屬Ⅴ1級，巖石以稍密狀碎、塊石及中風化玄武巖為主，巖體破碎，節理裂隙發育，多呈碎塊狀碎裂結構。巖體富水性一般，開挖過程中存在淋雨狀或小股狀水流滲出等現象，雨季滲水量稍有增大。開挖過程中有局部落石和掉塊現象，側壁穩定性較差。

1.3 設計施工參數

（1）超前小導管施工。隧道Ⅴ級圍巖和Ⅳ3級圍巖采用超前小導管預支護。超前支護參數如表1所示。漿液采用單液水泥漿，水灰比為1∶1（重量比），注漿壓力為0.5～1.0MPa。對于涌水量較大的松散破碎帶，可采用具有針對性的注漿材料。注漿注意事項如下：注漿前檢查注漿泵、管路及接頭牢固程度，防止漿液沖出傷人；注漿時注意防止串漿和跑漿，若發生串漿和跑漿要停止注漿，并分析原因及時解決；注漿時密切監視壓力變化，發現異常及時處理；做好注漿壓力、注漿量、注漿時間等各項記錄。

表1 超前支護參數及數量表

（2）中空錨桿。根據設計施工圖，隧道圍巖破碎段Ⅴ級圍巖采用中空注漿錨桿加固，系統錨桿長3m，沿隧道徑向布置。中空錨桿施工鉆孔使用錨桿臺車鉆孔，鉆孔前根據設計要求定出孔位，鉆孔保持直線并與所在部位巖層結構面盡量垂直，鉆孔（成孔）直徑為45mm，鉆孔深度大于錨桿設計長度5cm。

（3）施工過程中常見問題。不論是超前小導管還是中空錨桿，都采用鑿巖機（YT-28）成完孔后才能進行桿體的安裝。由于隧道出口端屬松散堆積體地層，在鑿巖機鉆孔過程中經常出現鉆桿被卡不能鉆進、鉆桿拔不出和成孔后又塌孔等問題，致使超前小導管桿體無法安裝，達到不超前預支護和加強松動圈圍巖的效果。

2 自進式中空注漿錨桿超前支護施工

2.1 自進式中空注漿錨桿的功能和優點

（1）錨桿功能：鉆進成孔、注漿錨固。

（2）錨桿優點：注漿錨固效果好、可靠、高效、施工簡便等。桿體為Φ25mm×7mm的中空厚壁全螺紋錨桿，頭部為合金鋼鉆頭，另一端與套筒連接。施工過程中，通過套筒連接錨桿和鉆桿。

2.2 施工參數和工藝流程

超前支護施作時，首先采用鑿巖機鉆進3m長自進式中空注漿錨桿，施工參數參照超前小導管設計。由于出口段隧道埋深淺、圍巖地質條件差，為保證安全出洞，在自進式中空注漿錨桿施工完成的基礎上，再施工Φ42mm小導管，將Φ42mm小導管沿自進式中空注漿錨桿送入。為保障施工安全及加固效果，每個循環施工1次，每循環80cm。施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工流程圖

2.3 施工要點

（1）超前孔的預留。拱架立好之后，立刻進行初噴封閉掌子面，初噴過程中需露出拱架預留孔，掌子面初噴的目的是防止掌子面圍巖失水風化，發生垮塌，保證后序施工安全。

（2）自進式注漿錨桿的鉆進。準備工作做好之后，錨桿上仰角度控制在5～10°，開始鉆速控制在440r/min，錨桿進入之后以正常鉆速鉆入，鉆進過程中注意控制鉆進角度，防止角度發生偏移，導致開挖過程中超挖。鉆入過程中，鉆桿處有可能出現扭斷情況，因此鉆入時要控制好速度。鉆完后，孔口外露15cm左右，將套筒從錨桿處卸下即可。

（3）注漿控制。①注漿準備。水泥漿液現場施工配比：水灰比為1∶1，水泥采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，高分子材料聚乙二醇和水玻璃的含量均為水泥含量的3.5%。漿液所用外加劑均采用自拌液體材料，經現場加水配制成相應濃度后備用。②注漿壓力控制。由于隧道圍巖孔隙率較大，開始注漿時壓力較難上升，壓力較小，根據相關注漿施工經驗和現場注漿試驗，確定終止注漿壓力取為1.0～1.5MPa。③單孔注漿量的確定。注漿量=注漿范圍×填充率，其中填充率取15%。

2.4 施工完成后的效果

從現場掌子面開挖情況來看，超前支護效果很好，開挖時沒有垮塌，并且超欠挖能夠得到很好的控制，最大超挖為7cm，局部欠挖。考慮到預留變形量5cm，斷面滿足設計及施工要求。圍巖內漿脈較為明顯，注漿效果較好。采用這種施工方法能夠保證掌子面開挖安全，每天掌子面進尺2循環，每循環1.2m，相比大管棚注漿加固、帷幕注漿加固等技術措施，降低了施工成本，提高了掌子面的進尺，確保了施工安全。

3 結論

（1）采用自進式鉆進工藝，超前支護施工過程中不會出現卡鉆和成孔困難等問題，并且降低了對圍巖層的擾動。

（2）自進式中空注漿錨桿加上小導管作為超前支護，顯著增加了超前支護的效果，從進入松散堆積體至出洞未出現塌方。

（3）自進式中空注漿錨桿與傳統超前支護施工工藝相比，減少了成孔和清孔等施工工序，超前支護周期較短、成本較低，進尺比普通工藝和超前管棚有所提高。