论文部分内容阅读
【摘 要】 左岸进厂交通洞K1+433～K1+465洞段开挖断面尺寸为13.1×10.8，围岩为震旦系上统灯影组（Z/2d）灰色厚层、巨厚层微晶白云岩，岩体中微裂隙很发育，沿裂隙岩体多风化、溶蚀，围岩类别属Ⅳ2类，主要支护措施为钢支撑+锚喷支护，开挖支护后一个月内，喷射砼有明显的裂缝，钢支撑出现了较大的变形，日变形量最大值达到5mm，30日累计变形量超过10cm，根据现场揭露的地质和实际施工情况，对产生变形的洞段，采取增设预应力锚杆进行加固，有效地控制了围岩变形。本文主要介绍预应力锚杆在隧道软弱围岩加固中的应用。
【关键词】 隧道；围岩变形；预应力锚杆；施工工艺；位移收敛
一、工程概况
乌东德水电站左岸进厂交通洞为左岸进入地下厂房的主要交通通道，全长1.98km，采用隧洞净宽8.4m，净高8.8m的城门洞衬砌断面，隧洞平均纵坡为2.27%，最大纵坡为6.01%。
左岸进厂交通洞K1+433～K1+465洞段开挖断面尺寸为13.1×10.8，岩体为炭泥质薄层白云岩且遇水软化，主要支护措施为钢支撑+锚喷支护，开挖支护后一个月内，喷射砼有明显的裂缝，钢支撑出现了较大的变形，日变形量最大值达到4mm，30日累计变形量超过10cm，根据现场揭露的地质和实际施工情况，对产生变形的洞段，采取增设预应力锚杆进行加固。
二、工程地质条件
左岸进厂交通洞K1+433-K1+465段围岩为震旦系上统灯影组（Z/2d）灰色厚层、巨厚层微晶白云岩，岩体中微裂隙很发育，沿裂隙岩体多风化、溶蚀，围岩属Ⅳ2类，断层F7及其影响带宽约8m～10m，岩体较破碎，围岩为Ⅳ2类。
三、预应力锚杆设计
3.1设计参数
采用端头锚固型张拉锚杆，锚杆张拉力为5t，32（Ⅲ级钢）钢筋，长度9m，孔径不低于76mm；锚杆间距为1.0m×1.0m。锚固段长3.0m，采用高强锚固剂材料，其初、终凝时间在30～100分钟，5小时强度不小于20MPa，28d强度大于30MPa；锚杆孔口承压垫座尺寸为200mm×200mm×10mm，高强螺栓锁定；自由段采用水泥浆灌浆，灌浆管φ16mmPE管，回浆管φ12mmPE管。
3.2工程材料设计
锚杆材料采用高强度螺纹钢筋，强度等级HRB400，钢筋材料要求无锈、顺直的整根钢筋加工，不得采用焊接加长。
锚杆端部工丝长度为20cm，孔口承压钢垫座、高强螺栓必须符合五金技术规范技术要求；水泥采用轿子山牌水泥，标号为P.O42.5；高强锚固剂选用邢台的JN1229-M药卷式高强快速锚固剂。
四、施工技术
4.1工艺流程
锚杆间距为1.0m×1.0m，分两批实施，先按2.0m×2.0m间距布置，再按1.0m×1.0m实施第二批加密锚杆，应避免与已实施的系统锚杆和拱架发生矛盾。
张拉预应力锚杆施工工艺：施工准备→钻孔→清孔→内锚段速凝型锚固药卷灌注→杆体安装→封口→孔口垫座安装→张拉→自由段注浆→外露锚杆杆体保护。
4.2施工方法
4.2.1造孔
本工程采用潜孔钻QZJ-100B。该类型钻机轻便灵活，便于上下钻机，有利于施工安全。由于岩层破碎，容易塌孔，经过多种工法比较，决定采用潜孔锤跟管技术钻孔解决塌孔问题。
潜孔钻QZJ-100B潜孔钻采用Ф115mm偏心钻头配套Ф108mm导管，采用CZ90型冲击器，φ60mm钻杆。
由于预应力锚杆布置在洞内侧墙，锚杆施工时为利于灌浆，可向上或向下倾斜5°～10°，尽可能与岩层呈较大交角，钻孔深度9m，钻孔完成后及时洗孔，利用潜孔钻洗孔，当孔内不再有浊水流出时，结束冲洗。
4.2.2注高强锚固剂
注装高强锚固剂时，先根据孔内锚固段的长度在注浆管上做出标记，使用GTMQ28型锚枪将高强锚固剂打入孔内，拔管时要缓慢，每次不大于5cm。
张拉预应力锚杆内锚固段设计长度以3.0m计，高强锚固剂正常用量60支左右（大约15～15.5kg）。
4.2.3预应力锚杆制作和安装
预应力锚杆、垫板、垫圈等加工在专门的加工厂按照设计要求制作成型，然后用汽车运至施工现场。在预应力锚杆杆体上每2.0m处焊接φ6mm的圆环作为对中装置。杆体端部加工为螺栓段，长度为200mm。加工好的杆体按规范要求进行检查验收，验收合格的杆体，及高强螺母必须与杆体丝牙配套。
预应力锚杆安装采用人工安装，采用预应力锚杆平台车（自制）或其它登高设备，将杆体缓慢推至要求位置。杆体送至要求位置时，停止推送，然后用木楔临时固定杆体。在安装垫板前，撤出木楔。为了防止二次注浆浆液流失，孔口应采用棉纱封闭保护。
4.2.4安装托板、垫筋和螺帽
高强锚固剂初凝后，开始安装预应力锚杆托板、垫圈和螺帽，并调整托板位置使之与预应力锚杆轴线垂直。采用高强锚固剂快速垫平，每次约需要3～5卷锚固剂处理垫板。
4.2.5张拉锁定
预应力锚杆的张拉锁定应在高强锚固剂强度达到20Mpa进行。根据选用的锚固剂的初、终凝时间以及张拉预应力锚杆生产性试验结果。最早张拉时间为高强锚固剂注装后12小时。
张拉前将钢垫板套入锚杆，调整垫板与锚杆垂直后紧锁螺帽。张拉设备采用TG-1000型扭力扳手，须对扭力扳手进行率定后方可使用。
张拉时一次加载到张拉力的100%（50KN，扭力扳手讀数约为580，），然后锁定杆体。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，应进行补偿张拉。
4.2.6自由段灌浆
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，浆液采用水灰比为0.5：1，灌浆压力为低压（0.1～0.2MPa）或无压。 灌浆前确认排气管畅通后，才能进行孔内自由段注浆，自由段注浆应饱满，当排气孔不再排气，出浆浓度与进浆浓度一致时，可结束自由段注浆。浆体凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔杆体。
五、质量检查和验收
5.1无损检测
预应力锚杆验收方式主要有无损检测试验，无损检测应在预应力锚杆注浆14天后进行。在不同作业区按3%比例进行随机抽查，其检测成果见表2。
交通洞K1+433～K1+465段预应力锚杆共完成434根，无损检测抽检14根，查明了其密实度和长度，满足施工检测要求，检测锚杆质量全部合格。
5.2位移监测
交通洞K1+433～K1+465段按照5m间距在钢拱架上布设了8个监测断面，每个断面布设3个点，观测位移收敛成果，根据围岩收敛效果采取进一步措施进行处理，确保岩层均处于稳定状态。测点布置示意图见图2。
六、结束语
乌东德水电站左岸进厂交通洞K1+433～K1+465洞段围岩变形后，采用预应力锚杆加固技术进行处理，及时控制了围岩的进一步变形和破坏，加固效果明显，满足设计和规范要求。该预应力锚杆施工工艺简单，工效高，施工质量有保障，推广在大型隧道软弱围岩加固中广泛应用。
参考文献：
[1]铁道部经济规划研究院.《铁路隧道施工技术指南》[S]（TZ 204-2008）.中国铁道出版社，2008.
[2]崔玖江.《隧道与地下工程修建技术》[M].科学出版社，2005.
[3]长江勘测规划设计研究有限责任公司.《关于明确左岸进厂交通洞软岩洞段支护要求和变形洞段处理的设计通知》（长乌设枢（左电）通字[2012]第4-02号），2012.6.
[4]中华人民共和国行业标准.SL212-98，水工预应力锚固设计规范[S]，1998。
[5]中国岩土锚固工程协会.岩土锚固工程技术.人民交通出版社，2002.
作者简介：游小川，男，年龄：32岁，工作单位全称：长江三峡勘测研究院有限公司（武汉）[Three Gorges Geotechnical Consultants Co.， Ltd. （Wuhan）]，職称：工程师，学历：大学本科，研究方向：主要从事水利水电工程、岩土工程施工项目管理
【关键词】 隧道；围岩变形；预应力锚杆；施工工艺；位移收敛
一、工程概况
乌东德水电站左岸进厂交通洞为左岸进入地下厂房的主要交通通道，全长1.98km，采用隧洞净宽8.4m，净高8.8m的城门洞衬砌断面，隧洞平均纵坡为2.27%，最大纵坡为6.01%。
左岸进厂交通洞K1+433～K1+465洞段开挖断面尺寸为13.1×10.8，岩体为炭泥质薄层白云岩且遇水软化，主要支护措施为钢支撑+锚喷支护，开挖支护后一个月内，喷射砼有明显的裂缝，钢支撑出现了较大的变形，日变形量最大值达到4mm，30日累计变形量超过10cm，根据现场揭露的地质和实际施工情况，对产生变形的洞段，采取增设预应力锚杆进行加固。
二、工程地质条件
左岸进厂交通洞K1+433-K1+465段围岩为震旦系上统灯影组（Z/2d）灰色厚层、巨厚层微晶白云岩，岩体中微裂隙很发育，沿裂隙岩体多风化、溶蚀，围岩属Ⅳ2类，断层F7及其影响带宽约8m～10m，岩体较破碎，围岩为Ⅳ2类。
三、预应力锚杆设计
3.1设计参数
采用端头锚固型张拉锚杆，锚杆张拉力为5t，32（Ⅲ级钢）钢筋，长度9m，孔径不低于76mm；锚杆间距为1.0m×1.0m。锚固段长3.0m，采用高强锚固剂材料，其初、终凝时间在30～100分钟，5小时强度不小于20MPa，28d强度大于30MPa；锚杆孔口承压垫座尺寸为200mm×200mm×10mm，高强螺栓锁定；自由段采用水泥浆灌浆，灌浆管φ16mmPE管，回浆管φ12mmPE管。
3.2工程材料设计
锚杆材料采用高强度螺纹钢筋，强度等级HRB400，钢筋材料要求无锈、顺直的整根钢筋加工，不得采用焊接加长。
锚杆端部工丝长度为20cm，孔口承压钢垫座、高强螺栓必须符合五金技术规范技术要求；水泥采用轿子山牌水泥，标号为P.O42.5；高强锚固剂选用邢台的JN1229-M药卷式高强快速锚固剂。
四、施工技术
4.1工艺流程
锚杆间距为1.0m×1.0m，分两批实施，先按2.0m×2.0m间距布置，再按1.0m×1.0m实施第二批加密锚杆，应避免与已实施的系统锚杆和拱架发生矛盾。
张拉预应力锚杆施工工艺：施工准备→钻孔→清孔→内锚段速凝型锚固药卷灌注→杆体安装→封口→孔口垫座安装→张拉→自由段注浆→外露锚杆杆体保护。
4.2施工方法
4.2.1造孔
本工程采用潜孔钻QZJ-100B。该类型钻机轻便灵活，便于上下钻机，有利于施工安全。由于岩层破碎，容易塌孔，经过多种工法比较，决定采用潜孔锤跟管技术钻孔解决塌孔问题。
潜孔钻QZJ-100B潜孔钻采用Ф115mm偏心钻头配套Ф108mm导管，采用CZ90型冲击器，φ60mm钻杆。
由于预应力锚杆布置在洞内侧墙，锚杆施工时为利于灌浆，可向上或向下倾斜5°～10°，尽可能与岩层呈较大交角，钻孔深度9m，钻孔完成后及时洗孔，利用潜孔钻洗孔，当孔内不再有浊水流出时，结束冲洗。
4.2.2注高强锚固剂
注装高强锚固剂时，先根据孔内锚固段的长度在注浆管上做出标记，使用GTMQ28型锚枪将高强锚固剂打入孔内，拔管时要缓慢，每次不大于5cm。
张拉预应力锚杆内锚固段设计长度以3.0m计，高强锚固剂正常用量60支左右（大约15～15.5kg）。
4.2.3预应力锚杆制作和安装
预应力锚杆、垫板、垫圈等加工在专门的加工厂按照设计要求制作成型，然后用汽车运至施工现场。在预应力锚杆杆体上每2.0m处焊接φ6mm的圆环作为对中装置。杆体端部加工为螺栓段，长度为200mm。加工好的杆体按规范要求进行检查验收，验收合格的杆体，及高强螺母必须与杆体丝牙配套。
预应力锚杆安装采用人工安装，采用预应力锚杆平台车（自制）或其它登高设备，将杆体缓慢推至要求位置。杆体送至要求位置时，停止推送，然后用木楔临时固定杆体。在安装垫板前，撤出木楔。为了防止二次注浆浆液流失，孔口应采用棉纱封闭保护。
4.2.4安装托板、垫筋和螺帽
高强锚固剂初凝后，开始安装预应力锚杆托板、垫圈和螺帽，并调整托板位置使之与预应力锚杆轴线垂直。采用高强锚固剂快速垫平，每次约需要3～5卷锚固剂处理垫板。
4.2.5张拉锁定
预应力锚杆的张拉锁定应在高强锚固剂强度达到20Mpa进行。根据选用的锚固剂的初、终凝时间以及张拉预应力锚杆生产性试验结果。最早张拉时间为高强锚固剂注装后12小时。
张拉前将钢垫板套入锚杆，调整垫板与锚杆垂直后紧锁螺帽。张拉设备采用TG-1000型扭力扳手，须对扭力扳手进行率定后方可使用。
张拉时一次加载到张拉力的100%（50KN，扭力扳手讀数约为580，），然后锁定杆体。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，应进行补偿张拉。
4.2.6自由段灌浆
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，浆液采用水灰比为0.5：1，灌浆压力为低压（0.1～0.2MPa）或无压。 灌浆前确认排气管畅通后，才能进行孔内自由段注浆，自由段注浆应饱满，当排气孔不再排气，出浆浓度与进浆浓度一致时，可结束自由段注浆。浆体凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔杆体。
五、质量检查和验收
5.1无损检测
预应力锚杆验收方式主要有无损检测试验，无损检测应在预应力锚杆注浆14天后进行。在不同作业区按3%比例进行随机抽查，其检测成果见表2。
交通洞K1+433～K1+465段预应力锚杆共完成434根，无损检测抽检14根，查明了其密实度和长度，满足施工检测要求，检测锚杆质量全部合格。
5.2位移监测
交通洞K1+433～K1+465段按照5m间距在钢拱架上布设了8个监测断面，每个断面布设3个点，观测位移收敛成果，根据围岩收敛效果采取进一步措施进行处理，确保岩层均处于稳定状态。测点布置示意图见图2。
六、结束语
乌东德水电站左岸进厂交通洞K1+433～K1+465洞段围岩变形后，采用预应力锚杆加固技术进行处理，及时控制了围岩的进一步变形和破坏，加固效果明显，满足设计和规范要求。该预应力锚杆施工工艺简单，工效高，施工质量有保障，推广在大型隧道软弱围岩加固中广泛应用。
参考文献：
[1]铁道部经济规划研究院.《铁路隧道施工技术指南》[S]（TZ 204-2008）.中国铁道出版社，2008.
[2]崔玖江.《隧道与地下工程修建技术》[M].科学出版社，2005.
[3]长江勘测规划设计研究有限责任公司.《关于明确左岸进厂交通洞软岩洞段支护要求和变形洞段处理的设计通知》（长乌设枢（左电）通字[2012]第4-02号），2012.6.
[4]中华人民共和国行业标准.SL212-98，水工预应力锚固设计规范[S]，1998。
[5]中国岩土锚固工程协会.岩土锚固工程技术.人民交通出版社，2002.
作者简介：游小川，男，年龄：32岁，工作单位全称：长江三峡勘测研究院有限公司（武汉）[Three Gorges Geotechnical Consultants Co.， Ltd. （Wuhan）]，職称：工程师，学历：大学本科，研究方向：主要从事水利水电工程、岩土工程施工项目管理