史東志 王建光 烏呢日

(中交路橋華東工程有限公司，上海 201203)

1 概述

巴基斯坦KKH項(xiàng)目位于巴基斯坦北部克什米爾地區(qū)，處于帕米爾高原腹地，區(qū)內(nèi)重巒疊嶂，峽谷深切，雪峰林立，地貌以高山峽谷為主。在巴基斯坦KKH堰塞湖改線(xiàn)項(xiàng)目隧道施工中，路橋2號(hào)隧道進(jìn)洞口段地質(zhì)較為特殊。該段長(zhǎng)110 m，為第四系崩坡積塊石夾碎石，厚度較大，整體松散，物探測(cè)試波Vpl=500～1 400 m/s，Vml=240 ～600 m/s。地下水不發(fā)育，主要為基巖裂隙水，水量較貧乏。圍巖穩(wěn)定性極差，易產(chǎn)生大的坍塌和冒頂。

這種地質(zhì)主要由塊石、碎石、堆積土及流沙組成，開(kāi)挖時(shí)應(yīng)盡量減小擾動(dòng)，主要采取局部爆破輔助機(jī)械開(kāi)挖的方法進(jìn)行開(kāi)挖施工，開(kāi)挖成形后需立即進(jìn)行支護(hù)施工。新奧法施工中，初期支護(hù)采用錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土組合在一起的噴錨支護(hù)形式。但在該種地質(zhì)中，鉆孔困難，易卡鉆且難以成孔，傳統(tǒng)的全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿及超前小導(dǎo)管等無(wú)法施工。

該段原設(shè)計(jì)采取先從原地表進(jìn)行鉆孔，嵌入隧道設(shè)計(jì)路面高程以下8 m，下φ89注漿鋼管進(jìn)行預(yù)注漿，后進(jìn)行開(kāi)挖。但施工過(guò)程中證明，由于孔深過(guò)長(zhǎng)，部分孔深達(dá)到40 m以上，無(wú)法及時(shí)掌握松散體漿液滲透、擴(kuò)散情況，所以地表預(yù)加固措施對(duì)于這種大體積松散堆積體固化效果并不理想，造成開(kāi)挖支護(hù)施工異常艱難。針對(duì)這種情況，在超前支護(hù)和噴錨施工中采取了自進(jìn)式錨桿代替超前注漿小導(dǎo)管及中空注漿錨桿施工的方法，取得了良好的效果。

圖1 自進(jìn)式錨桿的組成示意

2 自進(jìn)式錨桿施工技術(shù)原理

自進(jìn)式錨桿由釬尾、釬套、錨桿桿體和合金鉆頭組成，如圖1所示。釬套一端沿錨桿桿體螺紋旋緊，另一端與釬尾相連，錨桿桿體端頭安裝合金鉆頭。釬尾與釬套是連接錨桿桿體與鑿巖機(jī)的傳動(dòng)裝置，裝卸都十分便捷，可重復(fù)使用。自進(jìn)式錨桿結(jié)合了鉆桿與中空注漿錨桿的功能，錨桿桿體為中空，按梅花形設(shè)置，有注漿孔，并配備注漿接頭，可進(jìn)行注漿加固施工，固化軟弱、松散巖層，加強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性。同時(shí)，桿體表面的連續(xù)螺紋加強(qiáng)了錨桿自身的黏結(jié)阻力，保證錨固效果。

自進(jìn)式錨桿代替超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)施工時(shí)，可按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后進(jìn)行注漿，自進(jìn)式錨桿注漿擴(kuò)散范圍根據(jù)圍巖密實(shí)程度而有所變化，在松散堆積體中其擴(kuò)散范圍約0.5 m，故錨桿應(yīng)按環(huán)向間距小于0.5 m設(shè)置，當(dāng)圍巖過(guò)于松散或漿液擴(kuò)散范圍較小時(shí)可進(jìn)行加密或雙層交錯(cuò)設(shè)置，確保漿液滲透，使圍巖固結(jié)為一體，與錨桿結(jié)合形成環(huán)向殼體，為下一循環(huán)開(kāi)挖施工的順利進(jìn)行提供保障。

自進(jìn)式錨桿代替中空注漿錨桿進(jìn)行徑向錨桿施工時(shí)，沿鋼拱架按設(shè)計(jì)環(huán)向間距進(jìn)行鉆進(jìn)，并進(jìn)行注漿。注漿可以將已開(kāi)挖圍巖進(jìn)行固結(jié)，并與拱架、鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土結(jié)合為一體，形成支護(hù)體系，保證隧道的穩(wěn)定性。

3 自進(jìn)式錨桿施工工藝及流程

3.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)工程數(shù)量、隧道規(guī)模選擇機(jī)械設(shè)備及材料數(shù)量，以滿(mǎn)足施工需要為宜。下面以一循環(huán)自進(jìn)式錨桿代替超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)為例進(jìn)行介紹。

(1)機(jī)械設(shè)備

鉆進(jìn)設(shè)備:自進(jìn)式錨桿可采用手持風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，也可采用全液壓鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行施工，可根據(jù)工程量及施工需要進(jìn)行選擇。

注漿設(shè)備:電動(dòng)拌漿機(jī)一臺(tái)、雙液注漿機(jī)一臺(tái)、注漿接頭及注漿管等。

(2)主要材料

φ32自進(jìn)式錨桿、水泥、水玻璃、速凝劑、水等。

3.2 施工方法

(1)鉆進(jìn)

首先將自進(jìn)式錨桿進(jìn)行組裝，釬尾與釬套相連，釬套沿錨桿桿體螺旋旋緊，在錨桿端頭安裝合金鉆頭。在鉆進(jìn)前進(jìn)行測(cè)量放樣，沿拱架外側(cè)環(huán)向40 cm設(shè)置孔位，放樣結(jié)束后以10°外插角進(jìn)行鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)至桿體尾部10 cm，將鑿巖機(jī)卸下，取下釬尾及釬套，安裝止?jié){塞和錨墊板后，用螺栓鎖緊，開(kāi)始下一循環(huán)的鉆進(jìn)。若單節(jié)錨桿不能達(dá)到設(shè)計(jì)深度，可將錨桿采用連接套進(jìn)行加長(zhǎng)后繼續(xù)鉆進(jìn)。

(2)注漿

鉆進(jìn)完成后，卸掉釬尾和釬套，在錨桿尾端旋緊注漿接頭，開(kāi)始注漿。注漿材料為水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。如果地下水較大時(shí)采用水泥—水玻璃漿液，采用雙液注漿機(jī)進(jìn)行注漿。水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，水玻璃濃度35波美度，水玻璃模數(shù)為2.4。

注漿應(yīng)遵循由兩側(cè)向中間依次注漿的原則，兩側(cè)錨桿進(jìn)行注漿時(shí)，可按水泥重量的2% ～3%摻加速凝劑，使兩側(cè)孔內(nèi)漿液盡快凝固形成帷幕，防止?jié){液由兩側(cè)邊墻流失。注漿壓力應(yīng)由高到低逐級(jí)變換，待注漿壓力達(dá)到1.0 MPa時(shí)，可觀察壓力表指針是否穩(wěn)定，待指針?lè)€(wěn)定在1.0 MPa時(shí)，關(guān)掉注漿機(jī)，完成注漿。在注漿過(guò)程中，注意觀察是否有漿液從相鄰錨桿內(nèi)或開(kāi)挖工作面流出，如有出水則立即停止注漿，采取封堵措施后，再進(jìn)行注漿。也可先進(jìn)行下一錨桿的注漿，待所有錨桿注漿完成后，再對(duì)有漏漿情況的錨桿進(jìn)行二次注漿，以保證水泥漿的擴(kuò)散范圍，確保整個(gè)桿體被水泥漿包裹。

自進(jìn)式錨桿施工工藝流程如圖2所示。

圖2 自進(jìn)式錨桿施工工藝流程

自進(jìn)式錨桿施工注意事項(xiàng):

①錨桿組裝前應(yīng)檢查釬尾、釬套、錨桿體注漿孔和鉆頭的水孔是否暢通，若有堵塞應(yīng)及時(shí)清理。

②自進(jìn)式錨桿屬剛性材料，運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)防止彎曲、扭轉(zhuǎn)，不得對(duì)其進(jìn)行電焊、氧割等二次加工，避免因錨桿剛度受損造成鉆進(jìn)過(guò)程中桿體發(fā)生變形或脆斷 ，甚至造成安全事故。

③自進(jìn)式錨桿單節(jié)長(zhǎng)度不宜超過(guò)300 cm，如設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，可逐節(jié)鉆進(jìn)，管節(jié)間采用連接套進(jìn)行連接。

④如果開(kāi)挖工作面圍巖過(guò)于松散，在錨桿鉆進(jìn)前應(yīng)先對(duì)工作面進(jìn)行噴射混凝土封閉施工，噴射混凝土厚度不小于5 cm，以避免注漿過(guò)程中漿液外漏，影響注漿效果。

4 自進(jìn)式錨桿的特點(diǎn)

4.1 多功能

自進(jìn)式錨桿是集鉆進(jìn)、注漿、錨固功能為一體的特殊型錨桿，一次鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行注漿，同時(shí)達(dá)到固化圍巖和錨固的雙重作用，可以有效解決松散堆積體隧道噴錨施工中出現(xiàn)的不成孔、塌孔和難以成孔等問(wèn)題，比其他全長(zhǎng)黏結(jié)式錨桿更能發(fā)揮永久支護(hù)的作用。

4.2 快速經(jīng)濟(jì)

自進(jìn)式錨桿施工方法簡(jiǎn)單快捷，對(duì)機(jī)械、人員的要求較低，一次性成孔注漿，可大大縮短作業(yè)時(shí)間，對(duì)于不穩(wěn)定巖層起到快速支護(hù)的作用。

4.3 安全適應(yīng)性強(qiáng)

自進(jìn)式錨桿作為永久支護(hù)與圍巖結(jié)合為一體，形成固化殼體，可大大提高施工安全性，適用于各種松散、不穩(wěn)定的地質(zhì)地段。

經(jīng)過(guò)巴基斯坦KKH堰塞湖改線(xiàn)項(xiàng)目2號(hào)隧道進(jìn)口110 m長(zhǎng)大體積松散堆積體隧道施工中自進(jìn)式錨桿的應(yīng)用，證明自進(jìn)式錨桿是目前解決此類(lèi)圍巖初期噴錨支護(hù)問(wèn)題最為高效、可靠、經(jīng)濟(jì)的施工方法。

5 自進(jìn)式錨桿的適用范圍

特殊地質(zhì)地段隧道的施工為隧道工程中的難點(diǎn)，主要包括松散堆積體、斷層破碎帶、溶洞、膨脹性圍巖、流沙、黃土和凍土等。在進(jìn)行開(kāi)挖、支護(hù)和襯砌施工過(guò)程中，都可能因各種因素的綜合影響而發(fā)生圍巖土石坍塌、受壓支撐變形、襯砌結(jié)構(gòu)斷裂以及各種特殊施工問(wèn)題，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、安全和質(zhì)量。在隧道通過(guò)這些地段時(shí)，都可采用自進(jìn)式錨桿代替超前注漿小導(dǎo)管、砂漿錨桿、中空注漿錨桿等進(jìn)行施工，起到快速支護(hù)、穩(wěn)定圍巖的作用。特別是松散堆積體、斷層破碎帶、流沙等難以施做其他全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿的地段，應(yīng)優(yōu)先采用自進(jìn)式錨桿施工工藝。

對(duì)于處理隧道冒頂、坍塌、治理病害及止水處理等問(wèn)題時(shí)，自進(jìn)式錨桿施工亦可發(fā)揮較為高效的作用。

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