客专隧道预应力注浆锚杆应用分析

摘要： 文章对预应力注浆锚杆的技术、工艺、特点等进行了简要分析。结合相关工程经验和体会，对预应力注浆锚杆如何在客专隧道中进行应用，从优化施工组织，采用合理手段，加强协调管理，充分利用大型机械设备等角度入手进行了探讨。

【关 键 词】 隧道预应力锚杆技术应用

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

随着铁路客运专线隧道施工越来越多的重视起隧道承载的主体——围岩，在这种情况下，随着预应力锚固技术的发展，预应力注浆锚杆应运而生，预应力注浆锚杆凭早期承载、支护强度高、应力持久、价格低廉、可调控支护参数和支护组合等优点，在大断面客专隧道初期支护结构施工中开始大面积应用[1]。

支护体系的施工控制，最主要的问题一是如何确保整个工程施工过程的人员、设备安全以及工程结构本身的安全，二是在保证安全施工的前提下如何加快施工进度，缩短作业循环周期。作为支护体系的三大组成部分：锚杆、挂网、喷混凝土，后两项可以通过传统的人海战术和大兵团策略解决，而锚杆施工，由于受到环境条件、作业空间、地质状况等等多重因素的制约，如何实现系统支护锚杆的快速施工，是我们在支护体系施工过程中必须高度重视的关键问题。

目前客专隧道施工过程中受操作空间狭窄，多作业面同步相互干扰大，循环周期紧等影响，普遍存在弱化锚杆的悬吊、锚固功效，多采用“后跟进”的做法，锚杆支护滞后掌子面十几米甚至几十米。从施工控制，现场管理，组织大型机械化施工等角度入手，研究分析落实预应力注浆锚杆的机械化快速施工势在必行。

1、工作机理分析

把预应力锚杆埋入隧道围岩内部，再进行预加应力的施工技术，是传递系统支护结构的支护应力，至深部稳定岩层的主动支护锚固体系。锚杆的一端与初支结构（钢支撑、钢筋网、喷射混凝土等）相连，另一端锚固在隧道深层岩体内，并对其施加预应力，用以维护围岩或系统支护结构的稳定。锚杆的作用功效有3种：

第一、叠合作用。通过对杆体穿过的岩层施加预应力，使岩层各个层面和层理之间的摩擦力增大，增强围岩的整体性，阻止岩层间的分离、位移，提高岩层的抗弯强度。

第二、锚固作用[2]。沿隧道开挖轮廓径向分部锚杆，在预应力作用下，通过初支结构对围岩产生挤压，在弹性压缩下形成“自承拱”。同时通过对杆体实施的高压注浆，浆液在泵压的作用下，从而使松散围岩由二向应力状态转变为三向应力状态，降低岩体的孔隙率，提高围岩的力学性能，增大岩体的抗压强度、弹性模量、c和φ值，阻止岩块的相对滑动，有效控制围岩的有害变形发展，增大围岩的稳定程度。

第三、悬吊作用。悬吊作用就是锚杆把不稳定岩块吊挂在稳定岩体上，限制不稳定岩块的位移，既防止其掉落，更避免因新的应力集中而引发次生灾害。

2、关键控制点

锚杆作为初期支护体系中的重要组成部分，即要求安全，更要求快速。而在造孔、锚固、张拉锁定、注浆等系列工序中，除造锚杆孔外，各道工序仅需数人借助小型机具，在数分钟内完成，造孔无疑是重中之重。

若按常规采取搭设脚手架施工平台，排架搭拆周期长，对洞室交通干扰大，对洞内环境污染严重，且效率低下，工期不能确保。则成本较高，搬移不便，不能形成规模化施工，同样效率低下[3-4]。作业空间狭小还必须要保证交通顺畅、地质条件复杂自身稳定性较差还必须要保证安全快速施工是关键。

应用大型液压凿岩台车（Atlas系列、Sandvik系列等）实现快速造孔，同时利用台车配备的液压升降平台作为锚杆安装、张拉、注浆等操作平台，省略了固定施工平台，灵活方便，能够实现规模化施工，确保作业安全及交通畅通。

3、施工过程控制

（1）施工材料

①.锚杆：按施工图纸的要求选用热扎II级或III级螺纹钢筋或精扎高强钢筋（带垫板）；

②.水泥：采用水泥强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥；

③.砂：采用天然砂，要求细度模数≤2.8，最大粒径≤2.0mm的中细砂；

④.水泥砂浆：预应力锚杆的锚固砂浆抗压强度等级要求不小于30MPa；

⑤.外加剂：按施工图纸要求，在注浆锚杆水泥砂浆中添加的速凝剂和其它外加剂，其品质不得含有对锚杆产生腐蚀作用的成分。

（2）机械化造孔

由于客专隧道普遍采用的是4.5m、3.0m长锚杆，极少数锚杆采用6.0m长，适合组织液压台车实施机械化造孔。钻机就位后，在3～4分钟左右，就可以完成单孔造孔，造孔效率相当高。

台车钻孔施工选用5～6m长钻杆，Φ64球齿合金钻头[5]，锚杆孔造孔时一定要控制径向方向与岩面垂直，竖直方向根据锚杆展示图上标注的角度，采用台车进行自动控制。钻进时要求钻孔平直，孔轴方向偏差不大于30，局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角大于450。液压凿岩台车要选用经验丰富，责任心强的操作手，开钻前要认真调整好钻臂方向，确保孔向垂直岩面在开钻，钻杆匀速钻进，并不断加水冲洗岩粉。钻孔准确度高，不但确保了锚固效果，且确保插杆及承压垫板安装及张拉施工。

（3）张拉锁定与注浆

锚杆安装可采用台车自身配备的液压操作平台人工插杆，在人工扶杆的情况下，吊车液压升降臂将锚杆缓慢顶入，减轻作业人员劳动强度。在充分利用液压平台的情况下，在3分钟左右即可完成单根锚杆安装，工效较高。

对杆体的张拉锁定及自由段注浆，也可采用设备台车自身配备的液压操作平台，或小型升降平台。杆体自由段后注浆可安排在一批（30～50根）锚杆张拉完成后集中进行，以方便实现规模化施工，单根锚杆自由段灌注平均在3～5min即可完成。

4. 施工组织分析

预应力锚杆施工技术要求高，工艺复杂，作业循环周期长，特别是在洞内施工，空间狭窄，施工干扰大，工期很难确保。为保证安全、顺畅的组织流水作业，故在隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩地段采用喷锚支护紧跟开挖，做到一循环一支护；Ⅱ、Ⅲ级围岩地段，为了加快开挖进度，开挖和支护拉开距离，实行平行流水作业，隧洞开挖后不进行支护或素喷混凝土，紧接着进行下一循环开挖，喷锚支护和开挖控制在2B（二倍开挖洞径）距离内，与隧道开挖同步组织集中进行喷锚支护，以减少工序循环时间，加快施工进度。

在与隧道掘进同步安排时，锚杆造孔安排在开挖钻孔时间段进行，出渣时间段不宜安排多臂台车预应力中空注浆锚杆造孔。造孔完成后，已造孔部位及时开始锚杆安装作业和张拉锁定，自由段回填注浆安排滞后张拉锁定作业之后1～2天进行[6]。

5、技术特点

（1）预应力锚杆在插杆完成后，可迅速对围岩施加单杆12t以上的锚固力，无论孔内是干燥、潮湿或有微渗水，对岩体均能获得可靠的锚固稳定作用。特别是对软弱围岩的支护效果十分显著。

（2）采用压力注浆。能确保钻孔浆液饱满，锚头和杆体被浆液包裹严密；能使部分浆液渗入围岩裂隙，使裂隙围岩的强度提高。

（3）预应力锚杆促使杆体与围岩连成一体，共同承担地层的压力；将锚杆施加的预应力长期封存在岩体中，使围岩受三向压力作用，从而提高联合支护体的承载力。

（4）预应力锚杆快速施工技术真正做到了“安全、快捷、速效、预应力损失小、可调控”，使保护和发挥围岩自身承载潜力的理念落到实处。

结语：预应力锚杆施工技术，是锚固技术、注浆加固技术、组合支护技术的有机结合，是扩大锚杆支护的应用范围，充分发挥锚杆支护作用的有效的技术措施，安全快捷的锚杆施工，有效提高了隧道循环效率，为顺畅完成支护作业提供了有力保障。为此，应当进一步加强对各支护机理和支护参数设计的研究工作，确定出科学、合理、可靠的支护技术措施，推动铁路客运专线隧道工程锚杆支护技术水平的不断发展。

参考文献：

[1] 邓良超溪洛渡水电站右岸泄洪洞预应力锚杆施工[J]人民长江2008(07)

[2] 孙海春非连续变形分析(DDA)方法中的预应力锚杆模拟[J]工程地质计算机应用2008(03)

[3] 贺红梅TZL预应力注浆锚杆施工技术[J]铁道建筑 2008 (08)

[4] 杨明龙潭隧道洞口浅埋、偏压段施工技术[J]石家庄铁路职业技术学院学报2008(02)

[5] 黄友德某基坑工程中的预应力锚杆施工技术探析[J]科技资讯2008(24)

[6] 吴诤溪洛渡水电站左岸地下厂房岩壁吊车梁施工[J]中国三峡建设2008(05)