錨桿在隧道支護(hù)中的應(yīng)用研究

一、錨桿在隧道支護(hù)中的作用
　　在當(dāng)前的隧道支護(hù)體系中，錨桿是一種十分有效的支護(hù)方式，其運(yùn)用非常廣泛，類型也較多，但是錨桿在隧道支護(hù)體系中到底發(fā)揮怎樣的作用還不十分清晰。通常認(rèn)為錨桿的加固效應(yīng)有4種：懸吊效應(yīng)、增強(qiáng)效應(yīng)、成拱效應(yīng)和內(nèi)壓效應(yīng)。錨桿的作用除了上述4種外，在地質(zhì)條件較差的軟弱圍巖地段，還有穩(wěn)定初期支護(hù)鋼拱架作用。由于錨桿的存在，不僅為鋼拱架的現(xiàn)場(chǎng)安裝提供了方便，而且在一定程度上穩(wěn)定了承受較大壓力的相對(duì)較薄的初期支護(hù)，不致使其產(chǎn)生局部或整體失穩(wěn)，同時(shí)錨桿還可以減少初期支護(hù)與圍巖之間產(chǎn)生的相對(duì)位移，防止初期支護(hù)產(chǎn)生過大的整體下沉。  
　　實(shí)際上，錨桿的加固作用是多種效應(yīng)同時(shí)產(chǎn)生作用的結(jié)果，不同的錨桿布置方式、在不同的地質(zhì)條件下，將有某一效應(yīng)起主導(dǎo)作用，而其他效應(yīng)居次要地位。對(duì)于相對(duì)完整的Ⅰ，Ⅱ級(jí)圍巖地段的局部錨桿，其主要發(fā)揮懸吊作用，以加固不穩(wěn)定塊體為主；對(duì)于相對(duì)破碎的Ⅲ，Ⅳ級(jí)圍巖地段的系統(tǒng)錨桿，其主要作用以形成具有一定承載能力的承載拱為主；而對(duì)于十分軟弱的Ⅴ，Ⅵ級(jí)圍巖，錨桿（錨管）的主要作用則以穩(wěn)定初期支護(hù)鋼拱架為主。同時(shí)，錨桿的效應(yīng)與錨桿的布置方式有關(guān)，如局部錨桿主要發(fā)揮懸吊效應(yīng)，而系統(tǒng)錨桿主要發(fā)揮成拱效應(yīng)。本文的主要研究工程將結(jié)合公路隧道的設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐，深入分析系統(tǒng)錨桿的工作原理及其適應(yīng)性。
　　二、錨桿在隧道支護(hù)中的應(yīng)用
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　　某隧道全長(zhǎng)1385米；為H市連接新城區(qū)和舊城區(qū)的市政公路交通隧道。進(jìn)口段位于鬧市區(qū)，洞身穿越火車站站前臺(tái)階、廣場(chǎng)、車站、候車室、鐵路軌道、游樂園等建筑，圍巖類型主要以松散人工填土、卵礫泥結(jié)石層、泥巖層、泥質(zhì)粉砂巖等為主，進(jìn)口段153m在埋深10～16m的條件下，地表建筑物在施工中保還完好，不受損壞，施工難度極大，成為整個(gè)隧道控制中的難點(diǎn)地段。隧道是按新奧法原理設(shè)計(jì)的復(fù)合式襯砌。      
　　針對(duì)進(jìn)口段的地質(zhì)特點(diǎn)、經(jīng)過認(rèn)真分析和比選，我們采用了在長(zhǎng)管棚，短管棚做超前支護(hù)的基礎(chǔ)上，又采用wTD25徑向錨桿系統(tǒng)。這是因?yàn)閃TD錨桿具有以下特點(diǎn)：WTD錨桿配合特制的錨頭、止?jié){塞、墊板、螺母，采用先錨后灌法施工，在錨頭和止?jié){塞的共同作用下，可使水泥砂漿充填鎖孔后隨注漿汪力的升高，水泥沙漿可大量地滲透進(jìn)圍巖裂縫，達(dá)到固結(jié)地層、改良圍巖的整體穩(wěn)定性，將注漿錨固合二為一，徹底解決了普通砂漿錨桿和ZW藥包錨桿漿液不飽滿和注漿無壓力的根本問題，利用表面的連續(xù)螺紋可通過聯(lián)結(jié)套將錨桿加長(zhǎng)，并且可以非常容易地將其做成預(yù)應(yīng)力錨桿并施加一定噸位的預(yù)應(yīng)力。  
　?。ǘ┦┕?shù)設(shè)計(jì)
　　在H隧道的進(jìn)口段，wTD錨桿主要用來做徑向初期支護(hù)，做法是，在開挖后的輪廓面上按設(shè)計(jì)標(biāo)出錨桿的位置打設(shè)錨桿孔，然后壓注水泥漿，在隧道的開挖輪廓線外目形成一整體支護(hù)結(jié)構(gòu)，控制了圍巖的變形，減少圍巖的下降量,保護(hù)地表建筑的安全。
　　1、初期支護(hù)參數(shù)  
　　系統(tǒng)錨桿采用3m／根的WTD25型中空注漿錨桿，縱向、環(huán)向間距均為100cm，梅花型布置；拱墻設(shè)鋼格柵，間距50cm，鋼格柵每側(cè)拱腳設(shè)4m／根的WTD25中空注漿鎖口錨桿，按梅花型布置在鋼格柵的兩側(cè)，環(huán)向間距50cm；掛∮6雙層鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為15cm×15cm，噴射混凝土厚25cm。      
　　2、噴射混凝土材料及機(jī)具選定    
　?。?）機(jī)具  
　　噴混凝土采用Bz―5型混凝土噴射機(jī)，壓力為0.2～0.4MPa。      
　　（2）水泥及細(xì)骨科  
　　采用425并普通硅酸鹽水泥；細(xì)骨料選用山西原平市忻口砂，砂率控制在50％，含泥量≤3％。      
　?。?）粗骨科  
　　 采用規(guī)格為7～15mm的碎石，經(jīng)試驗(yàn)選用石灰?guī)r生產(chǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求的碎石。  
　?。?）粘稠劑  
　　選用STC型粘稠劑，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最佳摻量為水泥用量的10％，3min初凝，6min終凝，而且可大量減少回彈量。      
　　（5）水灰比  
　　水灰比過大、過小都會(huì)使混凝土回彈量增加，浪費(fèi)大量的材料；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)確定，水灰比為0.47的混凝土噴射效果最佳。  
　　3、噴射混凝土  
　　開挖后為縮短圍巖的暴露時(shí)間，防止圍巖進(jìn)一步風(fēng)化，必須先初噴混凝土3～5cm厚再封閉圍巖；待鋼格柵及鋼筋網(wǎng)安設(shè)好后，再噴混凝土10～12cm°;最后在下一循環(huán)噴射混凝土?xí)r分兩次噴射至設(shè)計(jì)厚度。(1)采用摻STC型粘稠劑半濕式噴射混凝土工藝，減小洞內(nèi)粉塵污染及回彈量。(2)噴射前用高壓風(fēng)將巖壁面的粉塵和雜物吹干凈，水泥、粗、細(xì)骨料加少量水，用攪拌機(jī)干拌，水量按水灰比配制混凝土應(yīng)加入水總量的20％；拌好后將干料運(yùn)至噴射作業(yè)點(diǎn)再進(jìn)行人工拌和，并按水泥用量的10％摻入粘稠劑。(3)噴射作業(yè)分段、分片由下向上依次分層進(jìn)行，每段長(zhǎng)度為3m。為加快混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度及提高混凝土的噴射效果，用多盞碘鎢燈提高作業(yè)環(huán)境溫度。(4)噴頭噴射方向與巖面偏角小于10，夾角為45°；噴頭至受噴面距離在0.6～1.0m之間，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動(dòng)，一般繞圈直徑在0.4m為宜。    
　　4、鉆孔及安裝錨桿  
　　錨桿孔位置誤差不大于±15cm，梅花形布置。錨桿孔位允許偏差為±150mm。鉆眼深度允許偏差為±50mm。錨桿應(yīng)垂直于開挖巖面布設(shè)。桿孔深度大于錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度10cm，錨桿插入孔內(nèi)的長(zhǎng)度不得短于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%。鉆孔后，孔內(nèi)石粉必須用高壓水沖洗干凈。鉆到設(shè)計(jì)深度時(shí)，若流出的巖粉呈黃色或褐色，或釬頭沖擊異常時(shí)，說明遇到較軟弱的巖石或破碎夾層，則變更錨桿深度與位置。設(shè)置墊板的錨桿，墊板應(yīng)緊貼圍巖，圍巖不平時(shí)要用M10砂漿填平。錨桿孔內(nèi)灌注1：1（重量比）水泥漿，錨桿孔內(nèi)灌注漿液應(yīng)密實(shí)飽滿。錨桿體露出巖面長(zhǎng)度不應(yīng)大于噴層的厚度。
　　5、注漿
　　注漿前，首先檢查排氣管是否暢通，若排氣管堵塞，應(yīng)先將其疏通再開始注漿。注漿開始或中途停止超過30 分鐘時(shí)，應(yīng)用水或稀水泥漿潤(rùn)滑注漿罐及其管路。注漿時(shí)，注漿管應(yīng)插入至距孔底50～100mm。先注漿的永久支護(hù)錨桿，應(yīng)在孔內(nèi)注滿漿后立即插入桿體；后注漿的永久支護(hù)錨桿，應(yīng)在錨桿安裝后立即進(jìn)行注漿。若孔口無砂漿溢出，則應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行補(bǔ)注。  
　　三、施工質(zhì)量糾正和預(yù)防措施  
　　1、按照設(shè)計(jì)要求布設(shè)錨桿，用鑿巖機(jī)鉆孔，成孔后進(jìn)行清孔。將安裝好錨頭的中空注漿錨桿插入孔底，安裝止?jié){塞、墊板、螺母，然后連接注漿管，用注漿泵通過尾部向孔內(nèi)注漿，漿液采用水泥砂漿，注漿壓力控制在0.3～1.0MPa。注漿順序自下而上逐根進(jìn)行。注漿后將止?jié){塞塞入鉆孔，用速凝水泥封孔。  
　　2、為防止串漿可采取跳打施工，即先施工奇數(shù)孔序，再施工偶數(shù)孔序。  
　　3、發(fā)生串漿后的處理措施：對(duì)串漿孔與注漿孔同時(shí)注漿，采用分漿器，利用一臺(tái)注漿泵同時(shí)對(duì)多根錨桿注漿。  
　　4、發(fā)生大量漏漿時(shí)，采用以下原則進(jìn)行處理：采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇注漿的方法進(jìn)行灌注或注入其他充填料先堵大通道再采取第一種方法進(jìn)行處理。  
　　5、涌水處理：在孔口有涌水的注漿孔段，注漿前測(cè)量記錄涌水壓力、涌水量，然后根據(jù)涌水情況選用下列綜合措施處理。第一，采用較高的壓力，自上而下分段注漿。第二，采用濃漿進(jìn)行屏漿1～24h后再閉漿，并待凝。第三，采用純壓式注漿。第四，用速凝漿液處理。