预应力对拉锚杆在小净距隧道加固中的应用

摘要：结合一座520m的双向六车道公路隧道的建设，介绍了预应力对拉锚杆在小净距隧道中央岩柱体加固的的设计计算和施工工艺。

关键词：小净距；对拉锚杆；设计；施工

Abstract: combined with a 520 m two-way six lanes of the road tunnel construction, this paper introduces the pre-stress to pull anchor in the small interval tunnel in the central rock reinforcement design and calculation of the cylinder of and construction process.

Keywords: small interval; To pull anchor; Design; construction

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

小净距隧道是介于普通分离式隧道与连拱隧道之间的一种结构型式，由于不受地形条件以及总体线路线型的限制，其较连拱隧道有施工工艺简单、造价较低的特点，愈来愈受到工程界的育睐。但山于小净距隧中间岩柱体厚度远小于普通分离式隧道，其围岩变形和支护结构受力较为复杂。中央岩柱体的稳定性是小净距隧道是否成功的关键，应根据情况对中夹岩柱体采用大吨位预应力锚索、对拉锚杆、无阽结钢绞线、小导管预注浆等技术进行加固。本文结合一座小净距隧道围岩的受力、变形特点，介绍了小净距隧道中间岩体加固中预应力对拉锚杆的设计与施工过程。

1工程概况

黄石山隧道为温州市龙湾区灵昆大道上的一座控制性工程，隧道按一级公路分离式双向六车道标准设计。隧道左线长度514m，右线为520m，隧道设计净宽14.0m，净高5.0m（断面开挖宽度达16.8m，开挖高度达11m）。隧道通过的地层为第四系粘土碎石和凝灰岩，洞身的围岩以微风化凝灰岩为主，隧道围岩为Ⅳ级和Ⅲ级，隧道双洞中间岩柱最小净宽为9.25m。

2设计计算

隧道在右线桩号k3+410至k3+470约60m长区间中间岩柱岩体较差，为保证岩体稳定，设计采用预应力水平对拉锚杆进行加固，采用型号为φ32mm的精轧螺纹钢筋，设计标准张拉应力为 100KN，水平对拉锚杆与16号工字钢拱架相间布置，初步拟定间距为80cmX80cm。

设计计算采用弹塑性本构模型，德鲁克－普拉格屈服准则，采用实体单元模拟岩体、二衬及初喷砼，锚杆采用杆单元。左右边界为距隧道边沿左右各30m，上部边界为真实地面，下部为距隧道底30m。

围岩、喷混凝土、锚杆和二次衬砌的物理力学参数根据地质勘察报告、有关规范和实际经验确定（见表1），

IV级围岩计算参数表表1

本隧道是小净距隧道，设计先行开挖洞是右洞，右洞开挖完毕后，中间岩柱的变形如图1，可以看出，在距隧道开挖线以外（边墙）5m的范围内，应力变化最为明显，最大挤压应力达869.47KPa,中间岩柱的挤压变形最大2.6mm，中间岩柱的变形图见图2。

图1 先行洞开挖后中间岩柱主应力云图

图2 先行洞开挖后中间岩柱变形图

左洞右边墙开挖后，对其中间岩柱进行了预应力水平对拉锚杆加固，加固后的主应力云图见图3，岩柱的挤压应力达1092KPa,最大变形量2.8mm见图4。虽然岩柱的变形量有所增大，但是变形区内没有塑性变形区出现，中间岩柱基本稳定，变形在可控范围之内。

图3中间岩柱加固后主应力云图

图4 中间岩柱加固后变形图

从以上的模拟计算可以看出，由于左洞（后行开挖）的施工，对右洞有扰动作用，从而出现了应力松弛，右洞因而产生的变形较左洞大。设计通过对破碎地带中间岩柱采取了预应力水平对拉锚加固，有效减少了先行开挖洞对后开挖洞室的影响，有利于洞室的整体稳定。

3施工方案

预应力对拉锚杆加固区间长度共计60米。采用的材料为φ32精轧螺纹钢筋，工程数量为2961米/183条。

3.1施工方法及主要施工机具、劳动力的配备

预应力对啦锚杆以机械为主、人工为辅的作业方法。施工机具及劳动力配备如下：24型潜孔钻1台、二次灰浆搅拌机1台、JZB-2型挤压式注浆机1台、千斤顶1台、压力表、技工5名、普工10名。

3.2施工时间

预应力对拉锚杆施工计划，计划工期80天。

3.3施工工艺流程

预应力对拉锚杆采用以下施工工艺流程：成孔安装预应力φ32精轧螺纹钢系统浇注垫墩待垫强度达到设计强度85%后进行预应力张拉孔内注浆封锚。

①施工测量放样

根据设计要求，首先对K3+410～K3+470进行施工测量放样。

②成孔

采用潜孔钻进行钻孔施工，根据围岩情况严格控制钻孔进尺进度，并随时检测钻孔倾斜度，允许偏差3%，孔径为φ10㎝。

③安装预应力精轧螺纹钢系统

在安装预应力精轧螺纹钢前，首先要进行清孔，用高压空气将岩粉和杂物清除干净，接着按编制的序号逐个安装已抽检试验合格后的对拉锚杆，沿锚杆轴线方向每隔1.5～2.0m设置一个对中器，并且连接用连接器加固好。

④浇注砼垫墩

砼垫墩采用C40现浇，布置两层φ10钢筋网片，其间距为5㎝，钢套管一端与垫墩预埋锚垫板进行焊接，确保注浆孔与孔内是相通的。

⑤预应力锚杆张力

待锚垫的强度达到设计强度85%后进行预应力张拉，张拉采用两端同时张拉，而且左右错开张拉，张拉时实际伸长值与理论计算伸长值之差控制在6%以内。张拉程序如下：0初始应力（10%δk）δk105%δk(持续2min锚固)

⑥孔道压浆

锚杆张拉锁定后，预应力锚杆压浆采用孔底返浆方法，即锚杆一端封闭，把φ1.0㎝注浆管从另一端伸入封闭端底部。注浆所用的浆液为水泥砂浆，水泥砂浆水灰比0.5，在张拉完毕后，孔道应尽早压浆，压浆施工应均匀、连续地进行，注浆压力不小于2.0Mpa，且最少维持2min，直到孔道的注浆端出口处冒出不含水沫气的浆液，且其稠度与压注的浆液稠度相同时即行停止（流出浆液的喷射时间不小于10秒），然后应将所有出浆口和孔眼封闭。

⑦封锚

孔道压浆完成后，用切割机切掉在锚具以外留的预应力锚杆，然后设置钢筋网，封锚砼采用C25喷射砼。

4结语

通过对一座小净距隧道中间岩体的加固，介绍了预应力对拉锚杆的设计和施工应用。截至目前，该隧道已经运营2年多，状态良好。本文介绍对拉锚杆的设计和施工方法，以供类似隧道参考。

参考文献：

[1] JTG D70-2004《公路隧道设计规范》.

[2] JTJ042-94《公路隧道施工技术规范》.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。