中空注浆锚杆在软弱破碎围岩山岭隧道中的应用

2018-01-03许晓毅

科技创新与应用 2018年33期

许晓毅

摘要：以密兴路改建工程（巨各庄～市界）火郎峪隧道为例，阐述了中空注浆锚杆在软弱破碎围岩中的应用，介绍了中空注浆锚杆的施工工艺、质量控制要点及实际效果，为类似工程提供借鉴。

关键词：中空注浆锚杆；软弱破碎围岩；施工工艺

中图分类号：U455.7+1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）33-0118-03

Abstract： Taking Huolangyu Tunnel of the reconstruction project of Mixing Road （from Jugezhuang to the city boundary） as an example， this paper expounds the application of hollow grouting bolt in the weak and broken surrounding rocks， and introduces the construction technology， quality control points and practical results of the hollow grouting bolt， which can be used for reference for similar projects.

Keywords： hollow grouting bolt； weak broken surrounding rock； construction technology

1 概述

近年來随着国家基础设施建设力度的加大，山岭隧道的数目日渐增多，在山岭隧道的设计中，通常采用系统锚杆对围岩进行支护及加固。普通的砂浆锚杆因成本低廉、施工简便等特点得以广泛应用，但是由于工艺自身的缺陷如注浆不饱满等经常使砂浆锚杆在软弱破碎围岩无法达到设计要求的效果，降低了支护体系的安全系数，影响了施工安全和工程质量。中空注浆锚杆解决了普通砂浆锚杆的诸多缺陷，提高了施工的安全性，在密兴路改建工程火郎峪隧道施工中使用取得良好效果。

2 工程概况

密兴路改建工程火郎峪隧道地处北京东北部山区，围岩等级为Ⅳ级和Ⅴ级，Ⅳ级围岩多为中等风化（黑云母）斜长浅粒岩、斜长浅粒岩，岩芯呈短柱状～柱状，局部呈碎块状，节理发育。Ⅴ级围岩段为强风化（黑云母）斜长浅粒岩、斜长浅粒岩～中等风化（黑云母）斜长浅粒岩、斜长浅粒岩，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状～柱状，局部呈碎块状。

隧道采用新奥法原理设计，Ⅴ级围岩段初期支护设计为系统锚杆（中空注浆锚杆）、喷射混凝土及钢架组合的柔性支护体系。中空注浆锚杆长3.5米，环向间距1米，纵向间距0.75米。中空注浆锚杆分为普通中空注浆锚杆、自进式中空注浆锚杆和迈式中空自进式注浆锚杆。经过洞口段钻孔试验及经济比选，最终采用了图强RD25N普通中空注浆锚杆，该锚杆由中空锚杆杆体、硬质塑料锚头、止浆塞、垫板和螺母组成（见图1），具体规格参数见表1。采用YT28风动凿岩机42型十字钻头钻孔。

3 中空注浆锚杆作用机制及特点

3.1 作用机制

普通砂浆锚杆施工通常采用先注浆后插锚杆的施工工艺，起拱线以上的锚孔，在浆液自身重力和流动性作用影响下，锚孔底部浆液填充不饱满，注浆管拔出时易造成浆液流失；锚杆插入时居中效果差，杆体未被浆液均匀包裹，影响了锚杆的受力。

中空注浆锚杆通过锚杆中空孔注入浆液至杆体端头，浆液再沿杆体与孔壁空隙填充，由于锚杆外端止浆塞和托板作用，能有效地防止浆液外溢，使浆液充满锚孔，保证了沿锚杆全长传递应力；在止浆塞和托板的作用下，可以实现封闭压力注浆，使浆液向围岩空隙和空隙中扩散与锚孔中浆液固化后形成树状体系，进一步提高锚固作用及改良围岩[1]（见图2）；托板力和预应力的存在使锚杆由被动承载转变为主动承载，锚杆端部形成了压应力区，有利于控制围岩变形，提高围岩的稳定性。

3.2 特点

与普通的砂浆锚杆相比，中空注浆锚杆具有以下的特点：

（1）中空注浆锚杆兼具锚杆与注浆管功能，避免了砂浆锚杆施工时注浆管拔出造成浆液流失。

（2）中空注浆锚杆采用先锚后灌的施工方式及排气注浆工艺，有压注浆使杆体与孔壁间的空隙内注浆饱满、质量可靠。

（3）由于配置了锚头、止浆塞及连接套，可使杆体在锚孔内居中，杆体被均匀的和有足够厚度的水泥浆包裹，具有良好的锚固效应和耐久性[2]，达到长期支护的目的。

（4）中空注浆锚杆实现了工厂化生产，各配件配套进场，产品质量把控好，施工质量易于保证，同时不需要现场对钢筋进行螺纹加工，即可安设垫板和螺母。

（5）在破碎易塌孔的地层中，采用自进式锚杆可一次实现钻孔和锚杆安装，解决了锚杆无法安装或长度无法达到设计要求的状况。

4 施工工艺

4.1 孔位测量放样

根据设计图纸放样，按照设计间距布孔，用红漆做出标记确定位置。

4.2 钻孔

利用初衬台车施钻，采用YT28风动凿岩机、4米钻杆、42型十字钻头成孔，钻孔方向垂直于开挖轮廓线（或岩石面）。锚杆孔径、孔深满足设计图纸及规范要求。

4.3 清孔

成孔后采用高压风清孔，清除钻孔内的泥浆、碎石，清空应彻底。

4.4 锚杆安装

安装前应检查锚杆体中空孔及锚头是否畅通，发现堵塞应及时处理。锚头安装后，将锚杆插入孔内，杆体插入孔内长度不应小于设计规定的95%，外露长度控制在10～15cm，以便连接注浆管；然后依次安装止浆塞、垫板和螺母，止浆塞距孔口3～5cm，螺母受力即可，安装时通过调整锚头和止浆塞尽可能使锚杆居中。

4.5 锚杆注浆

根据地质条件可选用水泥单液浆、水泥砂浆等，一般采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比一般为0.4～0.5；水泥砂浆水泥与砂之比宜为1：1～1：2（重量比），水灰比宜为0.38～0.45[3]。

注浆前检查注浆设备，向上注浆时应加大流量，控制好排气防止注浆不连续；向下注浆要连续进行。注浆采用注浆量和注浆压力双控制，当注浆压力达到设计终压，注浆量达到设计量80%以上或注浆压力未达到设计终压注浆量达到设计量且无漏注现象时[4]，即可关闭注浆泵停止注浆，待压力降低到安全值后，拆除注浆管堵头堵塞注浆孔。注浆结束后要进行检查是否有漏孔现象，通过分析注浆记录查看是否达到设计要求，如注浆效果未达到实际要求时，应补孔再注浆；隧道开挖后检查断面注浆效果，及时反馈以便调整技术参数。

4.6 调整垫板拧紧螺母

注浆结束24小时后，上紧杆端螺母，使其产生一定的预应力，为保证杆体轴向受力，孔口采用快硬水泥找平，垫板与喷混面密贴，与杆体垂直，螺母务必拧紧。

5 工程应用效果及施工控制点

5.1应用效果

火郎峪隧道Ⅴ级围岩段采用Ф25中空注浆锚杆，Ⅳ级围岩段采用Ф22水泥砂浆锚杆，两种锚杆使用效果见表2。

通过对比表可以发现：

（1）中空注浆锚杆的抗拔力为普通砂浆锚杆的1.5倍，锚固能力得到改善。

（2）中空注浆锚杆每延米造价比普通砂浆锚杆高，但

施工质量、可靠性及安全性提高，性价比比较高。

5.2 施工控制点

对于中空注浆锚杆，在施工过程中应注意以下几点：

（1）浆液采用合理的配合比是保证注浆质量的关键