李洪泉
(河北省高速公路京衡管理處,河北 衡水 053020)
近年來我國公路建設(shè)正處于一個(gè)快速發(fā)展的階段。隧道工程作為公路的主要組成部分,往往是高速公路的控制型工程,其施工安全對整個(gè)高速公路建設(shè)的安全、質(zhì)量、進(jìn)度與成本具有重大影響。
我國現(xiàn)行公路隧道的設(shè)計(jì)與施工都遵循新奧法的原則和理念[1]。在新奧法當(dāng)中,錨桿是隧道圍巖的主要支護(hù)手段,對圍巖穩(wěn)定能發(fā)揮重要的支護(hù)作用[2],主要表現(xiàn)有懸吊作用、組合梁作用、減跨作用和整體加固作用等。
然而,以山嶺公路隧道的工程實(shí)踐來看,錨桿的施工質(zhì)量存在一定的問題,主要表現(xiàn)在:錨桿數(shù)量少;錨桿長度不夠;錨桿安插角度不能與巖壁垂直或與主要結(jié)構(gòu)面大角度相交;錨桿注漿不飽滿或不注漿;錨桿缺乏托盤與螺母等重要配件。
關(guān)于錨桿的施工質(zhì)量問題,早已引起相關(guān)人員的重視[3~5]。本文通過對錨桿支護(hù)作用的闡述,結(jié)合公路隧道施工當(dāng)中錨桿出現(xiàn)的常見質(zhì)量問題,對這些問題的后果進(jìn)行了分析,希望引起相關(guān)工程技術(shù)人員和管理人員的重視并采取切實(shí)可行的措施加以改進(jìn)。
按照新奧法理論,隧道的主要支護(hù)手段是錨噴支護(hù),其中錨桿的支護(hù)作用主要有懸吊作用、減跨作用、組合梁作用和整體加固作用等。
錨桿的懸吊作用是指將不穩(wěn)定巖層懸吊在堅(jiān)固巖層上,阻止圍巖的移動(dòng)滑落,如圖1所示。
圖1 錨桿懸吊作用示意圖
錨桿的減跨作用是指在隧道頂板巖層中打入錨桿,相當(dāng)于在頂板上增加了支點(diǎn),使隧道跨度減小,從而使頂板巖體內(nèi)的應(yīng)力減小,如圖2所示。
圖2 錨桿減跨作用示意圖
錨桿的組合梁作用是指在巖層中打入錨桿,將若干薄弱巖層錨固在一起,類似將疊合的板梁變成組合梁,提高巖層的承載力,如圖3所示。
圖3 錨桿組合梁作用示意圖
錨桿的整體加固作用是指錨桿群錨入圍巖后,其兩端附近巖體形成圓環(huán)形壓縮區(qū),按照一定間距排列的錨桿在錨固力作用下構(gòu)成一個(gè)均勻的壓縮帶,即承載環(huán),如圖4所示。
圖4 錨桿整體加固作用示意圖
公路隧道相關(guān)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[6]對錨桿的施工質(zhì)量均有比較嚴(yán)格的要求,如錨桿長度要大于圍巖的松動(dòng)圈,錨桿的角度要與巖壁垂直或者與主要結(jié)構(gòu)面呈大角度相交,全長粘結(jié)型錨桿要求整個(gè)桿體長度范圍內(nèi)注漿飽滿,錨桿必須配有托盤等。若達(dá)不到上述要求,則錨桿的初錨力及長期錨固效果將受到非常嚴(yán)重的影響。
然而在隧道工程的實(shí)際施工當(dāng)中,由于種種原因,錨桿的施工質(zhì)量往往存在一定問題,與規(guī)范規(guī)定的施工要求相差很遠(yuǎn)。圖5為某高速公路隧道常見的錨桿施工現(xiàn)狀,可見缺乏托盤與螺母等重要的配件,且其安插角度與圍巖巖壁的夾角過小。
圖5 無托盤的錨桿
另外,錨桿數(shù)量少,尤其是隧道開挖后最危險(xiǎn)部位的拱頂幾乎無錨桿、錨桿長度不夠、錨桿注漿不飽滿或不注漿也是現(xiàn)行山嶺公里隧道當(dāng)中常見的錨桿施工質(zhì)量問題。
由錨桿的工作原理知,錨桿的末端應(yīng)深入隧道松動(dòng)圈之外的穩(wěn)定圍巖之中并與其牢固結(jié)合,當(dāng)松動(dòng)圈圍巖發(fā)生變形或松動(dòng)時(shí),錨桿才能發(fā)揮錨固作用。如果錨桿長度太短,當(dāng)其長度小于圍巖松動(dòng)圈的厚度時(shí),整個(gè)錨桿會(huì)隨著松動(dòng)圍巖的移動(dòng)而移動(dòng),無法發(fā)揮作用(如圖6中錨桿a)。即使錨桿長度滿足要求,但其角度若與圍巖巖壁夾角過小,則錨桿末端也不能深入到松動(dòng)圈之外,從而發(fā)揮不了作用。圖6中,錨桿b末端伸入到松動(dòng)圈之外的穩(wěn)定圍巖中,能發(fā)揮錨固作用,而錨桿c的長度與錨桿b的長度相等,但錨桿c的角度與圍巖夾角過小,導(dǎo)致其末端不能伸入到松動(dòng)圈之外,從而不能發(fā)揮作用。
圖5 錨桿長度與角度對錨固功能的影響示意圖
系統(tǒng)錨桿支護(hù)是隧道工程施工中不可或缺的組成部分。系統(tǒng)錨桿的施工質(zhì)量直接影響到隧道工程的施工及使用安全、隧道工程的使用壽命。為了避免在系統(tǒng)錨桿施工過程中出現(xiàn)以上問題,建議做好以下工作:
(1)加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理,增強(qiáng)參建各方的質(zhì)量意識(shí),并采取相應(yīng)的獎(jiǎng)罰機(jī)制,真正將“質(zhì)量第一”的思想落到實(shí)處。
(2)改變錨桿的檢測方法,目前將錨桿抗拔力作為對錨桿質(zhì)量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)是不科學(xué)的。試驗(yàn)表明,對于桿體為螺紋鋼的錨桿,只要桿體長度達(dá)到桿體直徑的42倍時(shí),握裹力將不再隨錨固長度的增加而增加。也就是說,對于常用的Φ22砂漿錨桿,錨固長度不足1m就能滿足要求。
(3)所有錨桿均使用錨墊板。
(4)將錨桿桿體基本參數(shù)、砂漿飽滿程度、錨桿防腐性能作為對錨桿評(píng)定的主要標(biāo)準(zhǔn)。
(5)推廣使用可以直接檢測錨孔內(nèi)砂漿飽滿程度的方法和儀器,以解決施工后錨桿質(zhì)量評(píng)定難點(diǎn)。
總之,錨桿施工質(zhì)量問題出現(xiàn)的原因是多方面的,有對錨桿的重要作用不能充分認(rèn)識(shí)和重視的因素,有監(jiān)管方面的因素,有施工技術(shù)方面的因素等。不管何種因素,錨桿的施工質(zhì)量若達(dá)不到要求,則錨桿就不能很好地發(fā)揮支護(hù)作用,為隧道施工埋下安全隱患甚至引起重大安全事故。因此,在今后的山嶺公路隧道施工中,需要參建各方充分重視錨桿的支護(hù)作用,加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)督與管理水平,提高施工技術(shù)水平,使錨桿最大限度地發(fā)揮支護(hù)作用。
[1] 王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2000.
[2] 關(guān)寶樹.地下工程[M].北京:高等教育出版社,2007.
[3] 李文濤.提高軟弱圍巖隧道錨桿施工質(zhì)量[J].西部探礦工程,2005,(1):117-118.
[4] 王慧峰.公路隧道錨桿施工及超聲波無損檢測[J].科學(xué)之友,2010,(9):45-47.
[5] 李紅,陳衛(wèi)平,宋振欣.公路隧道錨桿支護(hù)施工質(zhì)量控制[J].中外公路,2012,(S1):125-128.
[6] JTG F60—2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].