锚索结合锚杆处理隧道高陡边坡危岩体施工技术

张国庆

（中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 400700）

西商高速某隧道为分离式双洞隧，为全线控制性重点工程，隧道总长1132m，最大埋深约220m，最小埋深约14m。隧道进口洞门与大桥桥台为桥隧相连形式。隧道上方有一危岩体，危岩体距离隧道洞口正上方约80m。且在洞顶偏左有裂缝贯通，裂缝宽度2～3.5m。危岩体平均厚度8m，宽度30m，高度30m。危岩体里程范围约为DIK427+580～+650，横向处理范围左侧30m，右侧约75m。危岩体在爆破、降水等作用下易产生落石、崩塌等不良地质灾害，危及公路施工及运营安全，需对洞顶危岩进行处理，保证施工及运营的安全。

本工程位于自然保护区内，施工区周边400m内无村庄及民房建筑物，施工中主要保护的建筑为隧道及大桥，在桥下右侧50m和80m处各有2层施工临时房屋，在隧道进口左侧150m处有电力变压器，此外无其他建筑及设施。

1 危岩体处理要求及采取措施

1.1 对施工的要求

（1）清除危岩体前应完成明洞范围内的护拱或缓冲层，明暗交接处增设防护网，危岩体下部坡面根据需要设置被动防护网[1]。

（2）清除危岩体时应采取控制爆破，并做好控制爆破专项设计和安全防护措施。

1.2 危岩体处理主要工程措施

针对危岩体现状采取的主要工程措施[2]有：（1）危岩体上方土石按1∶1.25、石方按1∶0.75开挖削坡产，将坡顶土石方进行卸载；（2）黄土质边坡采用骨架护坡植草加固防护；（3）石质边坡采用长锚杆、挂网、喷射混凝土封闭防护；（4）边坡设布鲁克被动防护网防护；（5）坡顶平台设混凝土挡土墙防护；（6）坡顶及两侧设截水沟；（7）边坡平台设平台排水沟，并铺砌混凝土封闭。

2 危岩体控制爆破施工

2.1 采用有针对性的爆破施工方案、方法

根据本工点危岩体分布位置、现有安全状态、地形特点情况，采用不同的爆破、开挖措施。

（1）土方及松散石渣采用由上到下分层挖掘机直接开挖，配合装载机将土方推至线右侧50m以外的安全位置后放至山下施工平台上，运到弃土场。

（2）整体稳定石方采用大直径浅孔控制由上至下分层爆破，分层机械开挖、清理，推土机推运石渣到右侧安全地带后放至山下。

（3）靠近外侧开裂、节理发育的岩体或孤石采用小直径浅孔控制爆破配合机械凿岩的方法松动，挖掘机开挖，推土机推运石渣到右侧安全地带后放至山下。

（4）靠近陡崖外侧与山体脱离的危岩采用小直径风动凿岩机钻孔，孔内灌注静态破碎剂破碎，人工分层清理石渣。

2.2 控制爆破主要参数设计

2.2.1 小直径浅孔控制爆破

爆破时采用分层施工，爆破作业分层高度一般为0.8～2.0m，根据现场石层厚度来确定，对于小面积成片的岩体爆破时采用。对于风化岩体整体性不强时，或开挖高度0.8m以下的段落，尽量直接用机械凿除。

（1）爆破参数。

①爆破分层高度H≤2m；②钻眼直径D=42mm；③炮眼深度L=1.1～2.2m；④炮眼间距a=0.8～1.2m；⑤炮眼排距b=0.8～1.1m；⑥钻孔方式：三角形布置，垂直钻眼；⑦炮眼装药量Q=qabH。

式中q为单位岩石用药量，根据现场试验，取q=0.30kg/m3较为合适。若岩石完整性差、风化程度高时，由爆破工程师进行调整取更小值。

（2）炮孔布置。

炮孔一般采用梅花形布置，若现场不具备条件时则可采用矩形布置。

（3）爆破装药结构。

采用连续装药结构，炸药品种为φ32mm卷装乳化炸药，按设计药量从炮孔底部自下而上将炸药卷装入，每个炮孔均装1发非电毫秒雷管，采用反向起爆法将炸药卷装在孔底。炮孔堵塞采用略微潮湿的黄土，逐层捣实，堵满为止[3]。

（4）小直径浅孔爆破起爆网路。

采用塑料导爆管非电微差起爆网路。每个炮孔内均装1发非电毫秒雷管，所装雷管段别为10段以上，可以根据一次起爆数量多少将每排分成1个或数个段别，实现逐排或每排数段微差间隔起爆。

同段别起爆雷管可采用四通管连接在一起，不同段别起爆微差采用3段非电毫秒雷管接力连接来完成。

2.2.2 大块孤石爆破

对于部分与主体分离形成大块孤石的危石，若机械破碎不便时，采用小直径风钻垂直钻孔，其装药量与爆破破碎岩石体积成正比。施工时所有的炮孔内均装高段别的毫秒雷管（10段以上），孔外用2～3段毫秒雷管每2个孔连接在一起，组成孔外微差起爆网路，保证爆破振动安全，同时利用前后炮孔起爆微差相互挤压、碰撞，有效减小爆破石块粒径。最后用电雷管起爆。为减少爆破松散岩块向隧道口方向下落，起爆方向要避开隧道口方向，一般向隧道进口右侧方向（西侧）起爆。

2.2.3 静态破碎开挖

静态破碎是对靠近山崖边部已经与主体完全脱离、受较大振动或冲击可能失稳或坍塌的岩石进行解体的较为安全的方法。施工时，在待开挖岩体上采用φ42mm风钻进行钻孔，孔间距0.3m，孔内灌注无声破碎剂，待6～8h后岩体破碎解体成小块，然后采用人工清理。

本危岩体处理区域位于隧道进口上方，此处山高坡陡、上部危岩体松散开裂，山体随时可能发生落石、崩塌的危险，施工难度和安全防护要求都非常高，做好施工期间的安全防护是一切工作的重心。施工中采用主动和被动防护措施、随时调整爆破设计参数、局部改变施工方法、严格施工过程控制等方法做到施工安全万无一失。

2.2.4 采取的主动防护措施

（1）爆破区覆盖防护。为避免爆破个别飞石距离超过50m，对公路隧道及桥梁或附近施工既有设备、设施产生损坏，采用胶皮炮被密排覆盖在产生飞石的所有炮孔上，胶皮炮被间用8#铁丝前后左右相互连接在一起不留缝隙，炮被相邻连接点距离不超过30cm。同时在胶皮炮被上压事先装好黄土的塑料编织袋，每个土袋重量不少于30kg。一般土袋应压盖在炮孔正上方，以保证防护效果。

（2）陡岩易塌落区主动网覆盖。在爆破前对隧道口上方中线左右各30m区域陡崖段上部靠近边缘、岩石裂隙发育张开、破碎不稳定的部分，在施工期间容易滑落。根据现场条件，采用主动布鲁克网加固防护。在山上稳定的岩体上钻孔，安装锚杆，灌注水泥浆，然后将布鲁克网挂在锚杆上，将不稳定的岩体全部罩住，收紧网边缘，固定在锚杆上。锚杆长3.0m，间距约0.5m，布鲁克网选用高强度的主动防护网。

（3）开裂岩体预处理措施。对于靠近陡崖外部已与山体脱离的岩块体，爆破前先用静态破碎、人工凿除、风镐机械破碎、液压锤破碎等方法进行预处理，将不安全隐患提前消除。

（4）消除大岩块措施。爆破后对产生的大岩块采用浅孔爆破或机械破碎方法进行二次破碎，隧道口上方掉落岩块直径不超过0.5m。

3 预应力锚索设计与施工

3.1 边坡长锚杆施工

对钻孔深度17～25m锚杆孔，则采用潜孔钻机成孔，可使用履带式潜孔钻机在下层工作面上钻进上层锚杆孔。现场采用阿特拉斯836型高风压空压机配合宣化产液压潜孔钻机进行锚杆钻孔。钻孔直径115mm，每钻进行3m加1根钻杆连续钻进成孔。对于岩体破碎地段，采用偏心钻头跟进钢套管钻孔，钻孔直径146mm，钢套管直径130mm，每钻进1.5m加1根钻杆及钢套管，直到达到设计长度，再逐段拔出钢套管和钻杆，进行锚杆安装施工。

钻孔施工垂直坡面进行，钻孔完成后用专用吹管对每个锚杆孔逐一清孔，清除孔内的碎渣、粉尘、岩屑等杂物，提前切割好的长度不小于设计值的φ22带肋钢筋锚杆插入孔内。

锚索材料采用高强度、低松弛、无粘结6束φs15.2-4mm预应力钢绞线，极限抗拉强度860MPa，锚具采用OVM15型锚具。锚索按2m×2m梅花形布置，锚索孔径为φ130mm。钻孔为斜孔，下倾角250°。锚索预应力张拉力为700kN。

预应力锚索是一束状柔性受拉构件。张拉后对岩体产生直接抗滑力和正压力来增加抗滑阻力，达到加固滑坡体的目的。本工程设计采用预应力锚索，同时辅以现浇框架梁、三维网植草防护措施，以保证路基边坡的稳定。

3.2 预应力锚索施工

3.2.1 主要设备及材料

主要设备有潜孔钻机、穿心式预应力千斤顶、发电机、孔道注浆机和强制式搅拌机等。

主要材料有φs15.2-4mm钢绞线，OVMl5型锚具，φ90mmPVC管，C40号水泥浆，配套的架线环、承载体及导向帽等。

3.2.2 施工准备与布孔

首先，施工所用各类机具设备到位并安装就绪。选择有利的施工场地进行平整硬化，钢材、水泥、砂石料等分类堆放并明确标志。其次，施工前应进行锚索验证试验，试验数量为设计总数的3%，且不少于3根，试验选在与工作锚索相同的地层中进行。通过试验数据确定合理的施工工艺。

根据设计要求进行测量放样，严格按2m×2m梅花形布设孔位。局部高边坡上施工锚索时，考虑地基条件及承担荷载大小，搭建临时性脚手架作为施工平台。

3.2.3 钻孔

（1）钻孔精度由孔位、孔向、孔深3项技术指标控制。为保证孔位精度，应准确测量，严格控制相邻孔位轴线间距。钻孔均为下倾角250°的斜孔，实际钻孔深度比设计孔深超深0.5m。钻孔过程中用罗盘仪控制钻孔方向。

（2）该段滑坡体岩层破碎，断层裂隙发育，稳定性较差，因此采用无水钻进，防止水对周围岩体的软化作用，避免塌孔。

（3）钻孔穿过断层、破碎带时易出现卡钻、掉钻、塌孔等现象，施工中应遵循先固结、慢钻进、速清孔、快锚固的原则。应先在破碎层、断裂带压浆，使破碎的裂隙节理用净浆填充，形成整体结构，然后再钻孔。

3.2.4 锚束制作

（1）施工准备。

锚索材料采用ASTMA416-92型270级、直径φ=15.24mm、高强度、低松弛预应力钢绞线，锚具采用OVM15-4锚具。预应力锚索结构见图1。锚索编束前，要确保每一根钢绞线始终均匀排列，平直，不扭不叉，且需除锈，除油污，对有死弯、机械损伤及锈坑处应剔出。

（2）钻孔。

钢拄基础孔位和锚杆孔位、深度及间距必须严格按照设计和有关规范进行施工。孔深达到设计深度后，必须及时报请监理工程师进行检查和签认。

锚索钻孔不取岩芯，钻孔过程中禁止水冲，以确保锚索施工不至于恶化边坡岩体工程的地质条件。

锚孔下倾（与水平面夹角）15°，钻孔允许误差为-7°－+2°。为确保锚孔深度，实际钻孔深度要求大于设计深度0.2m。

钻进过程中应对每一孔地层变化（岩粉情况）、钻进情况（钻压、钻速等）、地下水情况以及一些特殊情况做现场记录。若遇坍孔，应立即停钻，进行固壁灌浆处理（灌浆压力0.1～0.2MPa）。注浆36h后，重新扫孔钻进。

图1 预应力锚索结构图

钻孔完成之后必须使用高压空气（风压0.2～0.4MPa），将孔中岩粉及水全部清除出孔外，以免降低水泥砂浆与孔壁岩体的粘接强度。

3.2.5 锁定张拉

预先张拉锚索之前，先要确保符合框架梁以及锚孔砂浆的设计强度。标定并且调整张拉仪器之后，再进入具体的张拉过程。应当注意的是：钢绞线必须具备均衡的受力，同时也应当布置平直的锚索体。针对单根钢绞线，最好选择较小的千斤顶用来张拉。对于锚固体本身而言，应当确保各个部位都密切接触。针对多余的钢绞线，应当予以机械切除，但是不要用电切割。在切割过程中，最好留出10cm左右长度的钢绞线，防止钢绞线滑脱。完成张拉之后，就可以用碎石混凝土来封闭锚孔。

3.2.6 孔道注浆

预应力锚索孔道注浆采用一次常压注浆孔底返浆方式注浆，自由段套以塑料套管，注浆应密实，不能出现空洞。浆液采用C40水泥浆。浆液太稠时压浆困难，太稀时固结后收缩量大，易与孔壁脱离，锚固性能差，故应按现场试验参数严格控制水灰比。

注浆时通过锚索中间的注浆管，自孔底注浆直至孔口溢浆，注浆压力为1.5～2.5MPa。注浆管伸入孔底，浆液注入孔内1.5～2.0m时开始拔注浆管，以后边注浆边拔管，要始终控制管体埋入浆液深度不小于1.5m，严禁将注浆管抽离水泥浆面。如发现孔口浆面回落，应在30min内进行孔底压注补浆2～3次，确保孔口浆液充满。注浆量根据岩层裂隙发育情况估算，注浆完成后直至浆液固结期间，不得抽拔振动锚索。注浆完毕，浆液凝固收缩后，在孔口段补灌水泥浆。

在节理、裂隙发育的岩土体中注浆时，可能会出现无压力回升、浆液漏失严重的现象，此时应先停止注浆，分析原因，采取措施。如是间歇注浆，则加入早强剂、加大浆液浓度等进行处理。

张拉锁定完成后，通过锚垫板上的注浆孔补充浆液后，再用C25混凝土将锚头封闭保护。其水灰比由试验确定，水泥采用硅酸盐膨胀水泥，浆液由水泥灰浆搅拌机现场制备，随拌和随使用。注浆压力0.6～0.8MPa，砂浆灌注应饱满密实，若浆液流失则应进行第2次或第3次补注浆。注浆完毕水泥砂浆凝固收缩后，孔口应进行补充注浆。

4 结束语

高强预应力锚索结合锚杆在高边坡中大范围的应用，充分显示出工艺简便、施工灵活等特点，为类似工程的边坡加固提供了借鉴经验。在该工程施工中，严格按照相关规范和标准，采用预定的控制爆破和锚杆锚索施工方案，安全、优质、快速的完成了对山体的开挖。今后应进一步完善施工工艺和锚固机具，使之更能适应复杂环境下的施工，缩短高强预应力锚索的施工周期，及早对岩体施加预应力，才能充分体现其优越性。要坚持并确保“安全第一，质量第一，预防为主”的安全质量思想，切实搞好环境保护，对废水、废碴治理有效。

［1］ 潘友敏. 高速公路高边坡土石方开挖技术探索[J]. 中国市政工程, 2014,(04):45-47.

［2］ 顾晶彪, 王路. 高边坡地质灾害原因机理分析[J]. 北方交通, 2015,(08):82-85.

［3］ 吴正宁. 边坡的防治[J]. 江西建材, 2017,(04):34-37.