安亞丁

北京鐵城建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司 北京 100855

低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂中空錨桿適合于各類(lèi)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的隧道支護(hù)工程，能夠起到理想的支護(hù)強(qiáng)度，同時(shí)兼具注漿及排氣功能，適合各類(lèi)巖層隧道的臨時(shí)支護(hù)或永久支護(hù)工程[1]。但在應(yīng)用之前，需要進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)確定錨桿參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，錨桿試驗(yàn)主要是針對(duì)錨固段長(zhǎng)度、藥卷長(zhǎng)度及注漿等參數(shù)的確定。但若是地質(zhì)非常復(fù)雜的地段，應(yīng)在常規(guī)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓寬試驗(yàn)范圍，為更多錨桿施工細(xì)節(jié)做出指導(dǎo)。

1 工程概況

以某高原鐵路某隧道為例，全隧為雙洞單線隧道，左右線線間距為30～40m，左線隧道進(jìn)口里程DK659+700，出口里程DK675+225；右線隧道進(jìn)口里程DYK659+705，出口里程DYK675+315.445，左線隧道全長(zhǎng)15525m，右線隧道全長(zhǎng)15610.445m，隧道設(shè)計(jì)錨桿主要為低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂中空注漿錨桿、藥卷錨桿、低預(yù)應(yīng)力漲殼式錨桿等，其中在低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂中空錨桿施工前，選擇某隧道1號(hào)斜井X1DK0+660.0～X1DK0+640.0段，開(kāi)展工藝試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)段的長(zhǎng)度為1.2m，共設(shè)置15個(gè)錨桿。在該實(shí)驗(yàn)中，其錨桿長(zhǎng)度為3m，襯墊板規(guī)格為15×150×6mm。

2 試驗(yàn)?zāi)康募胺秶?/h2>

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

(1)根據(jù)工藝性試驗(yàn)，確定該廠家生產(chǎn)的錨桿在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)預(yù)應(yīng)力達(dá)到60KN時(shí)螺母的扭矩控制值。

(2)確定施工參數(shù)，主要確定錨桿實(shí)心段長(zhǎng)度、樹(shù)脂藥卷裝填量、樹(shù)脂錨固劑的靜置時(shí)間、注漿漿液配比等參數(shù)；

(3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，用以指導(dǎo)后續(xù)低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂錨桿施工。

2.2 試驗(yàn)范圍

根據(jù)標(biāo)段情況，在樹(shù)脂錨桿大規(guī)模施工前，選取一段做工藝性試驗(yàn)，本次樹(shù)脂 錨桿工藝試驗(yàn)段選在高原鐵路某隧道1號(hào)斜井X1DK0+660.0～X1DK0+640.0區(qū)間縱向長(zhǎng)度1.2m，按照環(huán)縱向間距1.2*1.2m 布設(shè)，共計(jì)錨桿15根，確定施工參數(shù)；按照環(huán)縱向間距1.2*1.2m，在 試驗(yàn)段上臺(tái)階開(kāi)挖初噴后(前置法)及鋼架架設(shè)復(fù)噴完成后(后置法)各打設(shè)5環(huán)，共計(jì)75根，對(duì)比分析兩種施工方法的優(yōu)劣，確定合理的施工方法。錨桿參數(shù)：本次試驗(yàn)采用長(zhǎng)3m低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂中空注漿錨桿，錨桿長(zhǎng)3m。墊板為15×150×6mm。

3 試驗(yàn)一：扭力—扭矩試驗(yàn)

此次試驗(yàn)的內(nèi)容主要包括了三個(gè)方面，一是根據(jù)本標(biāo)段中錨桿的實(shí)際情況，開(kāi)展針對(duì)扭力-扭矩的測(cè)試，可以用來(lái)指導(dǎo)后續(xù)的測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)施工[2]。二是針對(duì)錨固段長(zhǎng)度、藥卷長(zhǎng)度及注漿等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)；三是在前期工作基礎(chǔ)上，比較先置法還是后置法兩種試驗(yàn)技術(shù)的支護(hù)效果，最終確定最佳錨桿支護(hù)方案。

低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂中空注漿錨桿試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂中空注漿錨桿試驗(yàn)流程圖

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1)制作穿心型套管，長(zhǎng)度為50cm，直徑108mm鋼管，兩端通過(guò)d為16 mm的鋼板進(jìn)行滿焊，并在鋼板的中央開(kāi)一個(gè)28 mm的圓形孔洞。

2)從入場(chǎng)的Φ25中空錨桿中，任意選擇3個(gè)，從3個(gè)中空錨桿段處每一個(gè)都隨機(jī)地截取1m長(zhǎng)的空心錨桿。

3)準(zhǔn)備數(shù)顯穿心型壓力環(huán)和數(shù)顯扭矩扳手。

3.2 測(cè)試步驟

1)在自行制作的工作臺(tái)上緊固穿心型套管。

2)取錨桿一端用螺絲帽將其與套管一端焊在一起，另一端依次穿過(guò)套管、壓力傳感器和墊板，并用螺絲帽進(jìn)行預(yù)緊。

3)用數(shù)字顯示扭矩扳手?jǐn)Q緊螺帽，分別按設(shè)計(jì)值350 N*m、400 N*m、450 N*m、500 N*m、550 N*m，600 N*m、650 N*m、700 N*m、750 N*m，800 N*m進(jìn)行扭動(dòng)，并觀察各扭力的壓力傳感器顯示的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行記錄。

4)對(duì)其余兩套螺栓，按以上方法進(jìn)行測(cè)試，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

利用扭力實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，對(duì)錨桿的扭矩作出分析，根據(jù)各扭力以及對(duì)應(yīng)的壓力繪制扭力-壓力的曲線，結(jié)果看到當(dāng)錨桿的扭力從350N*m到800N*m的時(shí)候，壓力傳感的數(shù)值呈現(xiàn)出了一個(gè)遞增的趨勢(shì)，由此可以將扭力與壓力傳感的數(shù)值聯(lián)系起來(lái)，即壓力=扭力* K，帶入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到的K值為0.094，按照設(shè)計(jì)的要求，錨桿的預(yù)應(yīng)力為60 KN，根據(jù)計(jì)算式：壓力=扭力* K，得出扭力為635 N*M。

4 試驗(yàn)二：錨桿施工參數(shù)試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

在本次試驗(yàn)中，使用的樹(shù)脂錨固劑是一種超快速樹(shù)脂錨固劑，其型號(hào)為 CKa型。在對(duì)該樹(shù)脂錨固劑的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行查找，了解到這種錨固劑的凝膠時(shí)間為8～25s，在5 min齡期的錨固力不少于匹配錨桿屈服力值的1.2倍（157.2 KN)，也就是在攪拌停止后等到5 min樹(shù)脂膠漿與固化劑的反應(yīng)就基本停止，并能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)二主要是針對(duì)錨固段長(zhǎng)度、藥卷長(zhǎng)度和灌漿參數(shù)作為試驗(yàn)對(duì)象，共分成7個(gè)小組：

第一套錨本體節(jié)段長(zhǎng)24cm，裝藥筒長(zhǎng)30cm，試驗(yàn)用2支錨，兩支錨的灌漿配比為0.35:1及0.45:1；

第二套錨本體節(jié)段長(zhǎng)32cm，裝藥卷段長(zhǎng)40cm，試驗(yàn)用2支錨，兩支錨的灌漿配比為0.35:1及0.4:1；

第三套錨本體節(jié)段長(zhǎng)40cm，裝藥筒長(zhǎng)50cm，試驗(yàn)用2支錨，兩支錨的灌漿配比為0.4:1，另一支錨為0.45:1；

第四套錨桿體節(jié)段長(zhǎng)48cm，藥卷長(zhǎng)60（30+30）cm，一共試驗(yàn)了3個(gè)錨桿，其中三個(gè)錨的灌漿配比為0.35:1、0.4:1及0.45:1；

第五套錨本體節(jié)段長(zhǎng)56cm，藥卷長(zhǎng)70（30+40）cm，試驗(yàn)用兩支錨，兩支錨的灌漿率為0.35:1和0.4:1；

第六套錨本體節(jié)段長(zhǎng)64cm，藥筒長(zhǎng)80（40+40）cm，試驗(yàn)用兩支錨，一支錨的灌漿配比為0.4:1，另一支錨的灌漿配比為0.45:1；

第七套錨本體節(jié)段長(zhǎng)72cm，藥盤(pán)90（40+50）cm，試驗(yàn)用兩支錨，兩支錨的灌漿配比一支為0.35:1，另一支錨為0.45:1。

在X1DK0+666.6～X1DK0+665.0處，共打15根錨桿，分為兩個(gè)部分，第一部分7根，第二部分8根，以下為各錨桿的編號(hào)：

表1 試驗(yàn)錨桿編號(hào)及相關(guān)參數(shù)

①根據(jù)試驗(yàn)尺寸進(jìn)行錨桿制作。

②根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃的規(guī)定，對(duì)初始澆筑的混凝土進(jìn)行放樣，并根據(jù)要求標(biāo)號(hào)。

③編號(hào)1-1,1-7的實(shí)體段為24cm，放置一根30cm長(zhǎng)的炸藥卷，之后用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)迅速打入桿體，充分?jǐn)嚢韬蟮却?min靜置，期間嚴(yán)禁接觸樁身。待安裝完畢后，馬上安裝墊片和螺母，開(kāi)始張拉，待張拉至60 KN時(shí)，并作好記錄。應(yīng)用0.35:1水泥漿對(duì)1-1號(hào)錨進(jìn)行灌漿，應(yīng)用0.45:1水泥漿對(duì)1-7號(hào)錨進(jìn)行灌漿，并對(duì)其灌漿充盈情況進(jìn)行測(cè)試。

④1-2,1-6兩孔實(shí)體段為32cm，放置一根40cm長(zhǎng)的藥卷，用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)迅速打入樁身，攪拌均勻，放置5min，放置過(guò)程中嚴(yán)禁接觸樁身。待安裝完畢后，馬上安裝墊片和螺母，開(kāi)始張拉，待張拉至60 KN時(shí)，并作好記錄[3]。應(yīng)用0.35:1水泥漿對(duì)1-2號(hào)錨進(jìn)行灌漿，應(yīng)用0.35:1水泥漿對(duì)1-6號(hào)錨分別進(jìn)行灌漿，并測(cè)試灌漿充盈程度。

⑤1-3,1-5兩孔實(shí)體段為40cm，放置一根50cm長(zhǎng)的炸藥，用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)錨桿進(jìn)入鉆孔，攪拌均勻，放置5min，放置過(guò)程中不得接觸到炸藥。待安裝完畢后，馬上安裝墊片和螺母，開(kāi)始張拉，待張拉至60 KN時(shí)，并作好記錄。在完成了預(yù)應(yīng)力的施加之后，對(duì)1-3的錨桿，使用0.4:1的水泥注漿，對(duì)1-5的錨桿使用0.45:1的水泥注漿，并測(cè)試灌漿充盈程度。

⑥在1-4、2-4、2-5三個(gè)孔洞實(shí)體段都是48cm，放置兩根60cm長(zhǎng)的炸藥卷，用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)迅速打入樁身，攪拌均勻，放置5min，放置過(guò)程中不得接觸樁身。待安裝完畢后，馬上安裝墊片和螺母，并開(kāi)始張拉，待張拉至60 KN時(shí)，并作好記錄。在預(yù)應(yīng)力施加完畢后，對(duì)1-4號(hào)錨桿進(jìn)行0.35:1的水泥灌漿，對(duì)2-4號(hào)錨桿進(jìn)行0.40:1的水泥灌漿，對(duì)2-5號(hào)錨桿進(jìn)行0.45:1的水泥灌漿，并測(cè)試灌漿充盈程度。

⑦2-1,2-8兩孔的實(shí)體段為56cm，放置2個(gè)70cm長(zhǎng)的炸藥卷，用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)錨桿進(jìn)入鉆孔，攪拌均勻，放置5min，放置過(guò)程中嚴(yán)禁接觸樁身。待固定完畢后，馬上安裝墊片和螺母，開(kāi)始張拉，待張拉至60 KN時(shí)，并作好記錄。在完成了預(yù)應(yīng)力施加之后，對(duì)2-1錨桿使用0.35:1水泥注漿，對(duì)2-8錨桿使用0.40:1水泥注漿，并測(cè)試灌漿充盈程度。

⑧2-2,2-7兩孔的實(shí)體段為64cm，放置2根80cm長(zhǎng)的炸藥卷，用用三臂鑿巖臺(tái)車(chē)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)錨桿進(jìn)入鉆孔，攪勻后放置5min，放置過(guò)程中嚴(yán)禁接觸樁身。待固定完畢后，馬上安裝墊片和螺母，開(kāi)始張拉，待張拉至60 KN時(shí)，并作好記錄。應(yīng)用0.4:1水泥漿對(duì)2-2號(hào)錨進(jìn)行灌漿，用0.45:1水泥漿對(duì)2-7號(hào)錨進(jìn)行了灌漿，并測(cè)試灌漿充盈程度。

4.3 檢驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)7個(gè)系列的測(cè)試，分別對(duì)錨桿的錨固長(zhǎng)度、藥卷長(zhǎng)度及灌漿率進(jìn)行了測(cè)試，得到了以下幾個(gè)方面的結(jié)論：

第一套錨在灌漿完畢后放置5 min，然后使用錨桿拉伸器對(duì)其進(jìn)行拉伸測(cè)試，在1-1號(hào)錨上加了380N*M的扭力后，錨桿被拉出，在1-7號(hào)錨上加了395N*M的扭矩后，錨被拉出；

第二套錨在灌漿完畢后放置5 min，然后使用錨桿拉伸器對(duì)其進(jìn)行拉伸測(cè)試，在1-2個(gè)錨上加了420N*M的扭力后，錨被拉出，在1-6個(gè)錨上加了435N*M的扭矩后，錨被拉出；

第三套錨在進(jìn)行灌漿時(shí)，放置5 min，然后使用錨桿拉伸儀器進(jìn)行拉伸測(cè)試，在1至3號(hào)的錨上，在460N*M的扭力作用下，1-5號(hào)錨被拉出，在475N*M的扭矩作用下，錨被拉出；

第七套錨固結(jié)束后，放置5 min，用拉伸器進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)2-3號(hào)和2-6號(hào)分別加了635牛的扭力，但都沒(méi)有將錨桿拉出來(lái)。

5 試驗(yàn)三：錨桿施作方式試驗(yàn)

錨桿施作方法有先置法和后置法兩種，試驗(yàn)三即選取最優(yōu)錨桿施作方法。

(1)根據(jù)試驗(yàn)一、試驗(yàn)二得到的錨桿施工參數(shù)，在后續(xù)要開(kāi)挖的12 m范圍里（10環(huán)）進(jìn)行試驗(yàn)三。

(2)在0～6m的范圍里（前5環(huán)）用后置法，在6～12m的范圍里（后5環(huán)）處采用前置法。

(3)后置法要在在初始澆筑之前，于需要初支的地方設(shè)置一個(gè)方形平臺(tái)，其頂部30×30cm，底部33×33cm，高10cm，尺寸為1.2×1.2m。

(4)在錨固結(jié)束后，對(duì)已預(yù)留的洞口重新噴射。

(5)在6～12m的區(qū)域開(kāi)挖并完成初次噴射后，進(jìn)行打錨。

(6)對(duì)比兩種施作方式的施工效果。

結(jié)果顯示，先置錨桿施工一個(gè)周期所需要的時(shí)間是9.3h，后置法施工錨桿一個(gè)周期所需要的時(shí)間是8.6h，后置法施工的時(shí)間可以節(jié)省42min。但是，與后置法施工相比，先置法施工在控制軟巖變形方面更占優(yōu)勢(shì)。此外，后置法施工需要預(yù)先預(yù)埋溝槽，還要對(duì)錨頭進(jìn)行處理，其操作過(guò)程會(huì)比較繁雜、較耗時(shí)，故此采用前置法更為理想。

6 質(zhì)量控制措施

(1)設(shè)立專(zhuān)門(mén)的質(zhì)量管理人員，健全質(zhì)量保障制度，將試驗(yàn)質(zhì)量層層把關(guān)。

(2)試驗(yàn)相關(guān)人員需要開(kāi)展崗前培訓(xùn)，每個(gè)試驗(yàn)相關(guān)人員都要經(jīng)過(guò)崗位培訓(xùn)及相關(guān)考核。

(3)強(qiáng)化試驗(yàn)作業(yè)的全程質(zhì)量監(jiān)管，嚴(yán)格控制施工作業(yè)的品質(zhì)。

(4)嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)檢體系，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)檢問(wèn)題，要明確責(zé)任，找出原因，制定整改措施。

7 總結(jié)

從試驗(yàn)一結(jié)果來(lái)看，60KN的低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂中空錨桿施加的最大扭力為635 N* M；從試驗(yàn)二數(shù)據(jù)中可以看出，錨桿靜置5min可以達(dá)到抗拔力的需求，注漿配合比應(yīng)選擇0.35:1～0.4:1；從試驗(yàn)三結(jié)果來(lái)看，采用先置法施工對(duì)于掌子面的施工安全、初期支護(hù)的平整度較好，因此錨桿宜采用先置法進(jìn)行施工?？傊こ掏ㄟ^(guò)以上試驗(yàn)并加強(qiáng)質(zhì)量控制，得出最佳錨桿參數(shù)及最佳支護(hù)方法，為低預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂中空錨桿在復(fù)雜地質(zhì)下鐵路隧道施工中發(fā)揮最佳作用，并為后續(xù)正常施工提供可靠的施工指導(dǎo)，可為同類(lèi)工程借鑒。