王法來

(中鐵十四局集團(tuán) 第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 危巖狀況

宜昌至巴東高速公路是《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中上海至成都高速公路重要組成部分。易家壩隧道位于宜昌市夷陵區(qū)黃花鄉(xiāng)，隧道走向約332°，呈南東 ～北西向展布，為分離式隧道，最大埋深約190 m。

易家壩隧道位于霧渡河斷裂帶附近，該斷裂帶規(guī)模較大，次級斷層發(fā)育。線路段為一單斜構(gòu)造，地層傾向南東，產(chǎn)狀平緩，變化不大，斷裂構(gòu)造欠發(fā)育。隧道出口端至左側(cè)百余米以陡壁為界，下方均為巖堆。巖堆有一定程度的膠結(jié)，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。左、右幅出口各20 m棚洞，端墻式洞門設(shè)計(jì)。

施工過程中發(fā)現(xiàn)隧道左洞出口位置有一塊高約50 m，寬約45 m，厚度15～25 m巨型危巖體，與崖面間存在約30 cm寬橫向俯斜貫通裂縫，且危巖體下部成倒削角構(gòu)造，溶蝕嚴(yán)重，節(jié)理裂隙發(fā)育。

在地質(zhì)條件如此復(fù)雜的情況下，如不采取有效措施，洞口開挖勢必切割危巖體下部，引起失穩(wěn)坍塌。如采用爆破清除危巖體，對山體擾動(dòng)極大，且清除后形成的倒角形山體崖面對運(yùn)行安全影響嚴(yán)重。經(jīng)過專家論證，針對本工程復(fù)雜的地質(zhì)條件，需要探索解決的技術(shù)難題是避免爆破危巖體造成對山體的擾動(dòng)，確定合理可行的危巖體加固方案，有效解決出洞施工引起危巖體坍塌的難題。

考慮原危巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，隧道施工后頂部危巖體重力估算達(dá)275 MN。最終確定的加固方案為:采用70束錨索施加預(yù)應(yīng)力，每束錨索6根鋼絞線，錨固體截面積為0.058 4 m2。洞口上部為7排預(yù)應(yīng)力錨索及下部2排錨桿結(jié)構(gòu)加固危巖體及巖面，橫向、豎向間距3 m網(wǎng)格形布置，見圖1，錨索具體數(shù)量如表1。

圖1 危巖體錨索布置示意

表1 錨索布置

2 施工

2.1 工藝流程圖(見圖2)

2.2 施工方法

1)腳手架搭設(shè)、封閉裂縫

圖2 工藝流程

搭設(shè)腳手架之前先對地面進(jìn)行處理，該處為坡積巖堆，且級配較好，用壓路機(jī)在整個(gè)支撐地面上碾壓密實(shí)，沉降部分用碎石補(bǔ)平，直至不發(fā)生明顯沉降方可停止。在支架四周開挖底寬30 cm的排水溝引至場外排水系統(tǒng)內(nèi)，以防地基被雨水浸泡。在地面設(shè)測量標(biāo)志點(diǎn)，每次雨后，觀測其沉降量。

采用6 m長鋼管搭設(shè)雙排腳手架，鋼管外徑φ48 mm，壁厚δ=3 mm。橫向步距及豎向步距均為1.5 m，2排腳手架間距2 m，確保相鄰立桿接頭不在同一步距內(nèi)。立桿采用對接方式連接，縱橫桿與巖面頂緊，立面設(shè)剪刀撐落地。腳手架每隔2層步距滿鋪腳手板，腳手板用10#鋼絲綁牢，腳手架外側(cè)滿布密目安全網(wǎng)。

支架搭設(shè)好后，首先采用φ42 mm注漿小導(dǎo)管將M30水泥漿注入裂縫土石填充物內(nèi)，小導(dǎo)管插入填充物深度不小于1 m，注漿壓力控制在0.4 MPa。頂面采用M30水泥砂漿封閉裂縫，防止雨水滲入，導(dǎo)致裂隙繼續(xù)發(fā)育。

2)鉆孔

鉆孔順序自上而下進(jìn)行，即先鉆孔第九排。該危巖體為白云巖，溶蝕孔洞較發(fā)育，為確保鉆孔效率和保證鉆孔質(zhì)量，鉆孔設(shè)備選用潛孔沖擊式鉆機(jī)，跟管鉆進(jìn)工藝。鉆機(jī)鉆孔時(shí)，按錨索或錨桿設(shè)計(jì)長度將鉆孔所需鉆管擺放整齊，鉆管用完，孔深也恰好到位，鉆孔深度要超出設(shè)計(jì)長度0.5 m左右。

鉆孔結(jié)束，首先拔出離心鉆頭和鉆桿，跟進(jìn)鉆管暫不拔出。用一根聚乙烯管復(fù)核孔深，并以高壓風(fēng)吹孔，待孔內(nèi)粉塵吹干凈，且孔深不少于錨索設(shè)計(jì)長度時(shí)，拔出聚乙烯管，塞好孔口。

特殊情況的處理:①滲水的處理，從孔中吹出的都是一些小石粒和團(tuán)粒而無粉塵，說明孔內(nèi)有滲水，巖粉多貼附于管壁。這時(shí)，若孔深已夠，則注入清水，以高壓風(fēng)吹凈，直至吹出清水;若孔深不夠，雖鉆機(jī)工作，仍有進(jìn)尺，也必須立即停鉆，拔出鉆具，洗孔后再繼續(xù)鉆進(jìn)，如此循環(huán)，直至結(jié)束。有時(shí)孔內(nèi)滲水量大，有積水，吹出的是泥漿和碎石，這種情況巖粉不會(huì)糊住孔壁，只要鉆機(jī)工作，就可繼續(xù)鉆進(jìn)。如果滲水量太大，以至淹沒了沖擊器，沖擊器會(huì)自動(dòng)停止工作，用高壓風(fēng)吹出孔內(nèi)積水后，再繼續(xù)鉆進(jìn)。②塌孔、卡鉆的處理，當(dāng)鉆孔穿越強(qiáng)風(fēng)化巖層或巖體破碎帶時(shí)，往往發(fā)生塌孔。塌孔的主要標(biāo)志是從孔中吹出黃色巖粉，夾雜一些原狀的(非鉆頭碎的、非新鮮的、無光澤的)石塊，這時(shí)，不管鉆進(jìn)深度如何，都要及時(shí)進(jìn)行跟管作業(yè)，跟管緊跟鉆頭。

3)錨索、錨桿制作

錨索的制作:預(yù)應(yīng)力錨索采用1 860 MPa級高強(qiáng)度低松弛鋼絞線。錨固長度9 m，分3段組成復(fù)合型錨索的錨固段。錨索在鉆孔的同時(shí)于現(xiàn)場進(jìn)行編制，鋼絞線下料長度為錨索設(shè)計(jì)長度、錨頭高度、千斤頂長度、工具錨和工作錨的厚度以及張拉操作余量的總和。鋼絞線截?cái)嘤嗔咳?00 mm。將截好的鋼絞線平順地放在作業(yè)臺(tái)架上，量出內(nèi)錨固段和錨索設(shè)計(jì)長度，分別作出標(biāo)記。在錨固段的范圍內(nèi)穿對中隔離環(huán)，間距2 m一個(gè)，最后，在錨索端頭套上導(dǎo)向帽，見圖3。

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索示意

錨桿的制作:錨桿采用 φ32高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，錨固長度5 m，在錨桿錨固段每隔2 m設(shè)置一處鋼筋支架作為定中件。錨桿應(yīng)伸出鋼墊板50 mm以上，見圖4。錨桿的連接采用連接器接長(不得焊接)。

4)錨索安裝、錨固段注漿及錨墩

向錨索孔裝索前，要核對錨索編號是否與孔號一致，確認(rèn)無誤后，再以高壓風(fēng)清孔一次，即可著手安裝錨索。錨桿自由段采用桿體表面除銹、刷瀝青船底漆二度后繞扎塑料布，在塑料布上再涂潤滑油，最后裝入PVC管中，形成雙層防腐。

圖4 錨桿構(gòu)造示意

注漿采用排氣注漿法施工。注漿材料用水泥砂漿，水灰比 0.45 ～ 0.50，灰砂比 1∶1，砂漿強(qiáng)度≥40 MPa，注漿壓力不低于 0.6～0.8 MPa。錨索在孔中心處設(shè)φ25 PVC注漿管，插至孔底，砂漿由孔底注入，空氣由錨索孔排出。錨桿注漿通過錨頭處φ20鋼管注漿孔注入，通過φ50 PVC管外側(cè)流入孔底。為避免漿液滲入自由段，自由段PVC管端部用瀝青麻絮封閉。

注漿后，立即利用孔口安裝的反向千斤頂將鉆孔時(shí)跟進(jìn)鋼管拔出，并及時(shí)補(bǔ)漿，如發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)漏漿，可采取多次延時(shí)的方法進(jìn)行補(bǔ)漿，并適當(dāng)將水泥砂漿濃度調(diào)高，直至錨固段注漿密實(shí)為止。

錨墩的作用是把錨具的集中荷載傳遞到巖面并調(diào)整巖面受力方向。錨索張拉端鋼質(zhì)承載板采用45號鋼材加工制作，厚度為2 cm，其后澆筑錨墩混凝土。注漿及澆筑錨墩混凝土?xí)r制作試塊，以確定張拉時(shí)間。

5)錨索的張拉

待砂漿體及錨索錨墩混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行錨索拉張，設(shè)計(jì)張拉力為800 kN，張拉錨索前需對張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定。預(yù)應(yīng)力錨索施工時(shí)，施加預(yù)應(yīng)力值為設(shè)計(jì)值的1.1倍，依次按中、上、下的次序(兩根錨索則先上后下)分兩次進(jìn)行張拉。每次張拉值為總張拉值的一半，必須待每根錨索張拉完第一次后，再依次按中、上、下的次序進(jìn)行第二次張拉，且每次張拉應(yīng)分級進(jìn)行。

6)封孔注漿及封端

補(bǔ)償張拉后，立即進(jìn)行封孔注漿。注漿管從預(yù)留孔插入，直至管口進(jìn)到錨固段頂面約50 cm，孔中的空氣經(jīng)由設(shè)在定位止?jié){環(huán)處的排氣管排出。

封孔注漿后，從錨具量起留100 mm鋼絞線，其余的部分截去，在其外部包覆封錨混凝土，錨索封閉保護(hù)層厚度不小于20 cm。

3 施工注意事項(xiàng)

1)隧道掌子面距離危巖體約50 m處停止開挖，避免對危巖體產(chǎn)生擾動(dòng)。

2)腳手架的搭設(shè)必須穩(wěn)定，對緊固件的緊固必須有人復(fù)核。

3)按設(shè)計(jì)孔口坐標(biāo)在腳手架上安裝鉆機(jī)專用鋼管，將鉆機(jī)放在專用鋼管上，用全站儀按邊坡方向放出基線，然后用方向架放出錨索方位角，測角儀調(diào)整傾角，到滿足設(shè)計(jì)要求為止。將緊固件緊牢后，再核查一遍鉆機(jī)孔位坐標(biāo)、方位及傾角。

4)若遇坍孔，應(yīng)立即停鉆，及時(shí)進(jìn)行跟管作業(yè)。

5)錨索的編制要確保每一根鋼絞線始終均勻排列、平直、不扭不叉，銹、油污要除凈。對有死彎、機(jī)械損傷及銹坑者應(yīng)剔出。

6)錨固段的隔離環(huán)應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求安裝在錨索上，安放錨索要保證錨索孔壁有不少于1 cm的注漿厚度，錨索安放要平直，張拉段要放在錨孔中央。

7)錨索的張拉要在錨固段砂漿及錨墩混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可進(jìn)行。

8)張拉段注漿必須待漿液溢出孔口穩(wěn)定1～2 min，方可停止注漿，24 h后還需進(jìn)行補(bǔ)漿，以確保注漿飽滿。

4 結(jié)語

易家壩隧道左洞出口危巖體經(jīng)過預(yù)應(yīng)力加固后，隧道順利貫通。對危巖體位移觀測點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測量，隧道貫通1周后趨于穩(wěn)定，對危巖體變形及地下水狀況進(jìn)行監(jiān)測，均未發(fā)現(xiàn)異常。本文著重對錨索施工工藝、方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行了介紹，可為類似危巖體加固施工提供借鑒和參考。

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