预应力锚杆在高速公路大跨度隧道中的应用

【前言】预应力锚杆在高速公路大跨度隧道中的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。2.工程概述 湖北沪蓉西高速公路第二十合同段漆树槽隧道出口大拱段开挖跨度近25米，高度12米多，该段属风化灰岩，呈浅灰色―褐色，性脆、中硬、层状构造，层厚：2―8cm，裂隙发育且充填泥质物体，总体属Ⅱ―Ⅲ围岩。隧道开挖断面这么大且围岩情况不好的情况下，如何避...

摘要： 在高速公路大跨度隧道中，采用预应力锚杆能充分地发挥围岩的承载能力，减少开挖过程中的坍塌事故。预应力锚杆施工技术要求高，工艺复杂，施工周期长，尤其是在洞内施工空间狭窄，施工干扰大，工期很难确保。

关键词：漆树槽隧道预应力锚杆施工

中图分类号：U45文献标识码： A

1.前言

预应力锚杆是利用预应力筋自由段的弹性伸长，对锚杆施加预应力，以提供所需要的主动支护拉力的长锚杆，由锚头、预应力筋、锚固体三部分组成。它是在普通砂浆锚杆和中空注浆锚杆的基础上改良的结果，是近年来工程界大力推荐的锚杆形式。

2.工程概述

湖北沪蓉西高速公路第二十合同段漆树槽隧道出口大拱段开挖跨度近25米，高度12米多，该段属风化灰岩，呈浅灰色―褐色，性脆、中硬、层状构造，层厚：2―8cm，裂隙发育且充填泥质物体，总体属Ⅱ―Ⅲ围岩。隧道开挖断面这么大且围岩情况不好的情况下，如何避免开挖过程中发生坍塌事故是至关重要的。本隧道初期支护采用预应力锚杆和普通锚杆交叉分布的形式，成功地解决了这个问题（见图1）。

图1 预应力锚杆设计图（尺寸单位：cm）

大拱段隧道施工顺序为上导坑开挖及初支边墙两侧落底开挖及初支浇筑大拱二衬混凝土开挖中部核心土浇筑三衬混凝土及中隔墙。由于受这种特大跨径公路隧道施工方法决定，并且隧道内空间有限导致二衬混凝土无法及时施作，在较长时间内荷载将全部作用于初期支护上，这样，隧道开挖后对初期支护是个极大的考验。结合大拱段结构受力分析及相关科研成果，初期支护别设置了６m长￠２５预应力锚杆形式。由于锚杆的预应力作用，将大大减少洞室周边岩体的收敛变形，更有利于在锚杆作用范围内形成稳定的承载拱，更好地发挥围岩的承载能力，从而避免了开挖过程中发生坍塌事故。

3.设计参数

设计采用φ25mm预应力锚杆（20Mnsiφ25Ⅱ级钢筋），长为6m，间距为200cm×100cm(环×纵)，梅花形布置。杆体抗拉强度约为170 KN, 在Ⅳ类围岩地段一般施加80―100KN的预应力，局部围岩较完整地段施加30―50KN的预应力。其结构见图2所示。

图2 预应力锚杆施工结构图 （尺寸单位：cm）

4.施工程序及工艺

4.1 施工程序

预应力锚杆主要施工程序见图3所示。

图3预应力锚杆施工程序框图

4.2 成孔

造孔前应根据设计图纸要求对锚杆孔孔位测量放样，定出孔位，并用红油漆标识，定好孔位后，利用风钻进行钻孔。钻孔时要求钻杆垂直岩面，钻孔平直，孔轴方向偏差为1°～3°；孔深6m,孔深允许偏差±50mm。

4．3内锚段及锚杆安装

根据围岩完整性好坏内锚段分别采用：涨壳锚头和环氧树脂锚头。涨壳锚头施工方便且不需等待锚固时间，安装好可马上施加预应力。但对于围岩较破碎区域，由于涨壳锚头锚固段较短，锚头与围岩的锚固力不够，在设计的拉拨力作用下锚杆就被拉出来。根据现场实验结果，采用环氧树脂（20―40cm）锚头，杆体在锚头之后包裹70―100cm的锚固药卷。当然，环氧树脂锚头施工要求相对较高，且间歇时间长，锚头安装后要等到锚固药卷充分发挥作用后才能进行拉拨，一般需24―30小时。

清除钻孔内的石屑与岩粉后，将锚固端安装在杆体端头，用人工或辅以小型机具（如风钻顶在杆体垫片上）将锚杆送入孔内，杆体长度不够时用套筒将两根杆体连结起来后继续送入孔内，孔外预留安装拉拨器的长度40cm。

4.4 张拉与锁定

在内锚段锚固充分后开始进行锚杆张拉，张拉设备采用LM－150型锚杆拉拨仪。锚杆张拉前，对拉拨仪进行标定。施工中拉拨仪易损坏，要求每周标定一次。

张拉前将钢垫板（200mm×200mm×10mmA3钢板）套入锚杆，调整垫板与锚杆垂直后紧锁螺帽。在垫板后加工一支座，这样能保证一边张拉一边紧螺帽。锚杆正式张拉前，取20％的设计张拉荷载（即16KN），对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密。

为减小对邻近锚杆的影响，又不影响施工进度，采用 “隔二拉一，左右对称”的方法。 张拉采用分级加载，张拉力施加值顺序依次为：第一次张拉力为设计值的25％（30KN），持荷5分钟后进行第二次张拉，张拉力为设计值的50％（40KN），持荷5分钟后进行第三次张拉，张拉力为设计值的75％（60KN），持荷5分钟后进行第四次张拉，张拉力为设计值的100％（80KN），最后一级张拉力达到设计值后稳压30min结束张拉并锁定。每张拉一次均应量测锚杆杆体的伸长值，并作好原始记录。张拉工效为：2根/40～50min左右。锚杆锁定后48小时内，若发现预应力损失大于锚杆拉力设计值的10%时，要进行补偿张拉。

4.5 自由段注浆

张拉结束后开始对锚杆自由段回填灌浆施工，灌浆采用纯水泥浆，确认回浆管畅通后，才能进行孔内自由段注浆，自由段注浆应饱满。当回浆管不再排气，并有浆液溢出时，可结束自由段注浆。浆体凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔杆体。

自由段灌浆在一批（30～50根）锚杆张拉完成后集中进行，可实现规模化施工，单根锚杆在5～10min即可完成灌注。

5.施工要点

预应力锚杆施工工序复杂，技术要求严格，为确保施工质量，施工过程中严格按照施工程序施工，每道工序完成经检查验收后方可进入下道工序施工。除了严把程序检查验收关，对如下几个质量重点要严格控制：

（1）对锚杆（螺纹钢）、锚头、水泥等重要材料，要求材质优良。拉拨仪工作性能良好，且每周标定一次，确保张拉精度。

（2）造孔是质量控制的关键环节之一，孔位必须经测量放样，并用红油漆标识。开钻前要认真调整好钻孔方向，确保孔向垂直岩面才开钻。钻孔准确度高，不但确保了锚固效果，且确保锚杆与承压垫板安装及张拉施工。

（3）内锚段是否牢固是确保张拉成功的关键环节，要根据围岩情况多做试验，总结经验，而不能照搬教条。

（4）张拉是预应力锚杆施工最重要的环节，张拉严格按技术要求进行分级张拉，全过程严格监控，并做好详实细致的原始记录。

6.结束语

将预应力锚杆成功地应用于漆树槽隧道出口大拱段隧道施工，极其有效地发挥了围岩的自承载能力，施工过程中未发生坍塌事故。实现了预期的安全和进度目标，取得了良好的效果，是一种值得推广和应用的施工工艺。

参考文献：

[1]崔玖江.隧道与地下工程修建技术.科学出版社，2005.

[2]贾金青.深基坑预应力锚杆柔性支护法的理论及实践中国建筑工业出版社，2006.

[3]程良奎等.岩土锚固.中国建筑工业出版社，2003.

作者简介：

洪卫良（1974-），男,高级工程师， 1997年7月毕业于淮南工业学院，现同济大学土木工程学院工程硕士在读。曾担任浙江省隧道工程公司湖北沪蓉西高速公路第二十合同段项目部项目经理,现任浙江物产民爆公司副总经理兼浙江京安爆破工程有限公司总经理。