公路隧道锚索施工技术质量控制要点

公路隧道锚索施工技术质量控制要点

四川省公路院工程技术有限公司 成都 610000

摘 要：：兰州至海口国家高速公路（G75）渭源至武都建设项目木寨岭特长隧道施工中，引入了普通预应力锚索替代中空锚杆来抑制隧道大变形，减少了初支变形和拱架拆换，保证了工程质量进度，取得显著效果。本文就普通预应力锚索施工质量控制要点，结合工程实例，从锚索加工、成孔、安装、张拉、质量检测、验收等方面开展质量控制经验总结。

关键词： 木寨岭隧道； 锚索施工； 质量要点；

1.概述

1.1工法简介

隧道锚索施工技术是由设置于钻孔内，前端嵌入稳定岩层中的钢绞线与尾端夹具固定形成受拉杆体，前端锚固段采用树脂锚固剂快速锚固，中部为自由端，采用黄油及橡胶包裹防腐，尾端通过钢带、钢垫板、锚夹具实施锚固，作用在围岩临空面上，协同钢拱架及喷射混凝土等措施组成初期支护结构的一种技术措施。通过施加高预紧力，对围岩进行反向约束，能够在隧道围岩发生大变形时抑制沉降、收敛变形，改善围岩受力状态，实现隧道软岩大变形可控目标。

普通预应力锚索施工技术主要设计参数为：锚索用普通防腐锚索，钢绞线直径21.8mm，强度等级1860Mpa ;钻孔直径32mm，锚索长度为5 m和10m两种，间排布设，环向间距100cm, 纵向间距160cm，正常断面每环25根，，采用树脂锚固剂端头锚固；w型钢带材质Q235，宽280mm、厚2.8mm,锚垫板为钢板，尺寸300*300*16mm；锚索张拉力不小于300KN，锚索抗拔力不小于350KN。

1.2项目概述

渭源至武都高速公路定西段木寨岭特长隧道全长15.2公里，设计有3个斜井，位于甘肃省定西市岷县与彰县交界。木寨领隧址区水文地质条件复杂，软质炭质板岩为主，最大埋深629.1m，全隧V级围岩，褶皱带活动强烈, 近东西走向断层发育；3个背斜、3个向斜构造、6处褶皱、12条断层；地应力主方向N34E，最大水平主应力18.86MPa。Rc/σmax值均小于4，属极高应力区；隧道融合了构造交汇部位地应力高度集中、活动断层、强震活动、深埋非均质软岩大变形等各类风险。围岩主要是薄层状灰黑色炭质板岩，大部分围岩扭曲严重，围岩破碎，节理裂隙发育；围岩软弱，断层构造明显，层理呈压扭性不规则状；整体性差，自稳能力弱，易掉块坍塌、且易发生顺层滑塌。

木寨岭隧道原设计按新奥法支护理论进行设计，采用台阶法开挖，因为围岩破碎松散、地应力极大，导致初支变形剥落，拱架扭曲变形并侵限，施工进度缓慢，其中2#和3#斜井总长3078m，施工期间共发生14处大变形，长度997m ,占总长度32.4%，初支拱架拆换率分别达到30%和36%。隧道最大拱顶沉降214-513mm,最大累计水平收敛值637-1224mm。施工难度大、风险高，项目施工进度缓慢，高频拆换也存在一定的安全隐患。

锚索设计方案取消环向Φ25 中空注浆锚杆，替换为普通预应力锚索。施作锚索后初支变形绝大部分均控制在300mm以内，极少数位于300～500mm，极大地扭转了原来高频初支拆换问题。

2.普通预应力锚索施工工艺流程及质量控制要点

2.1普通预应力锚索的施工工艺流程

普通预应力锚索的施工工艺流程：开挖后进行必要的安全防护（如初喷、采用液压支柱对掌子面进行临时支撑等）→确定锚索位置→钻机就位，进行钻孔→清孔→安装锚固剂→插入锚索→搅拌锚固→固定W型钢带→放置锚垫板→安装锚具→张拉锚固→切割外露端锚索。

2.2技术质量控制要点

（1）材料准备

锚索规格型号、物理力学性能指标外委检测合格后，即可进行锚索加工，按设计长度加上锚固端长度进行下料，考虑到锚索张拉时千斤顶需要的自由工作长度，所以下料长度增加了30cm。钢绞线的切割必须用砂轮切割机，不得采用电焊或用氧炔焰切割，且保证端头平整，不得松散和滑丝。本项目锚索因中间端为自由端，且没有注浆，为了保证钢绞线耐久性，对钢绞线先采用黄油包裹然后加橡胶套进行保护的防腐工艺。为保证锚固质量，减少油脂对锚固剂和钢绞线连接影响，在下料切割后需对锚固端和张拉端进行剥去橡胶皮和除黄油工作，5m锚索剥除胶套长度1.2m ,10m锚索剥除胶套长度1.6m ,剥除端长度与设计的锚固端长度相符。随后采用油脂浸泡和人工用纱布擦除的方式去掉黄油。技术人员需要对下料长度、锚索外观质量、锚固端及张拉端剥皮长度、锚固端黄油去除质量进行尺量和目测验收。

（2）开挖后岩面存在部分松动、易掉块伤人，需要作业人员对岩面进行观察，排危，确保作业人员安全。对于危岩松散易掉块地段，采取必要的安全防护措施，如木支撑、挂网等防止钻孔掉块，技术人员应同时要求安全员需要加强观察和警界。隧道施工作业属地下高危作业，一切的作业必须以保证安全为前堤，

（3）初喷后，技术人员根据设计要求选择钻孔点位，并用红油漆进行标注。为使锚索更好的发挥锚固围岩作用，钻孔时应对岩层走向作出判断，对锚索的钻孔方向应尽量与岩面垂直或尽可能与岩层大角度相交。对于钻孔深度，允许误差范围为±100mm，钻孔直径为32mm，钻孔结束应进行清孔，用风枪吹掉浮渣和孔内明水，如果遇到股状或者线状水，也可以将锚孔作为引水孔，在旁边补打锚孔。锚固剂的安装由2-3人配合用偏硬的塑料圆管顶住锚固剂依次缓缓送入锚孔内，注意不能反复抽拉锚索划破锚固剂，确保锚固剂全部送到孔底。需注意锚固段长度和锚固剂数量关系，本项目1.2 m锚固段使用2360型锚固剂2只，1.5 m锚固段使用2360型锚固剂3只，然后用锚杆钻机，边推锚索边旋转搅拌，搅拌时间控制在30~50s，需保证锚固剂搅拌均匀。。

根据设计要求5m锚索锚固长度不小于1.2m, 10m锚索不小于1.5m,在钻孔安装阶段，技术人员主要是检查钻孔方向、现场清点锚索数量、钻孔深度、尺量锚索下料长度、锚固剂数量是否与设计要求相符；选择孔位尽岩面平整，有助于锚垫板和岩面紧贴，当遇围岩破碎有塌腔，打孔困难，或者孔位塌孔导至穿锚不成功，应要求施工单位在具备作业条件时进行补打孔，保证锚索施工数量与设计相符。

（4）张拉阶段 本项目设计锚索张拉力为300KN，张拉机为MQ22-500/60型矿用锚索张拉机，配合穿心式千斤顶使用，设备最大张拉力为600KN，动力源为风动。锚索与锚索间每三个或两个采用W型钢带串联； W型钢带布置与隧道掘进方向垂直。安装时钢带、钢板尽量与岩面紧贴，使用张拉设备对锚索进行预紧和张拉时，应预留出足够的锚固剂凝结时间，本项目在搅拌树脂药卷后15min上钢带、锚垫板再张拉锚索；张拉时，先对钢绞线进行预紧再张拉，直至张拉到大于设计力值并记录。设计预紧力为300KN。

施工完成后按规范频率进行锚索抗拔力检测，按锚杆数1%，不少于3根进行检测。检测结束用切割机进行锚固端切除，长度为小于10cm。张拉力值和抗拔力符合设计要求是锚索对围岩主动防护的关键，根据验收标准，对张拉力值不够、张拉时锚索移位失效的，在附近补打锚索，或者用张拉器将不合格的锚索拔出，然后用钻机将原来的钻孔清一遍，重新安装锚索。必须确保锚索施工数量和质量满足设计要求。

3.结束语

1、锚索施工后，根据监控量测数据，待初支沉降稳定符合规范要求后，方可施作二衬。

2、本项目对锚索力值检测，除了检测张拉力和抗拔力外，还抽检了部分锚索的锚下有效预应力，检测结果符合要求。

3、木寨岭隧道围岩地质条件复杂，在锚索施作后，局部段落仍存在初支剥落和钢拱架变形情况，为防止变形扩大，及时在变形位置补打10 m长锚索，对抑制变形仍然有效。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通运输部.《公路隧道施工技术规范》 JTG/T 3660-2020. 北京:人民交通出版社,2020.

[2]中交第一公路勘察设计研究院有限公司 王万平 李建裴《基于主动支护的高预紧力锚索处理高地应力软岩大变形隧道效果分析》2021