隧道洞口巨型危巖貫通裂縫的預應力加固施工技術

王法來

(中鐵十四局集團 第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 危巖狀況

宜昌至巴東高速公路是《國家高速公路網規劃》中上海至成都高速公路重要組成部分。易家壩隧道位于宜昌市夷陵區黃花鄉，隧道走向約332°，呈南東 ～北西向展布，為分離式隧道，最大埋深約190 m。

易家壩隧道位于霧渡河斷裂帶附近，該斷裂帶規模較大，次級斷層發育。線路段為一單斜構造，地層傾向南東，產狀平緩，變化不大，斷裂構造欠發育。隧道出口端至左側百余米以陡壁為界，下方均為巖堆。巖堆有一定程度的膠結，目前處于穩定狀態。左、右幅出口各20 m棚洞，端墻式洞門設計。

施工過程中發現隧道左洞出口位置有一塊高約50 m，寬約45 m，厚度15～25 m巨型危巖體，與崖面間存在約30 cm寬橫向俯斜貫通裂縫，且危巖體下部成倒削角構造，溶蝕嚴重，節理裂隙發育。

在地質條件如此復雜的情況下，如不采取有效措施，洞口開挖勢必切割危巖體下部，引起失穩坍塌。如采用爆破清除危巖體，對山體擾動極大，且清除后形成的倒角形山體崖面對運行安全影響嚴重。經過專家論證，針對本工程復雜的地質條件，需要探索解決的技術難題是避免爆破危巖體造成對山體的擾動，確定合理可行的危巖體加固方案，有效解決出洞施工引起危巖體坍塌的難題。

考慮原危巖體處于穩定狀態，隧道施工后頂部危巖體重力估算達275 MN。最終確定的加固方案為:采用70束錨索施加預應力，每束錨索6根鋼絞線，錨固體截面積為0.058 4 m2。洞口上部為7排預應力錨索及下部2排錨桿結構加固危巖體及巖面，橫向、豎向間距3 m網格形布置，見圖1，錨索具體數量如表1。

圖1 危巖體錨索布置示意

表1 錨索布置

2 施工

2.1 工藝流程圖(見圖2)

2.2 施工方法

1)腳手架搭設、封閉裂縫

圖2 工藝流程

搭設腳手架之前先對地面進行處理，該處為坡積巖堆，且級配較好，用壓路機在整個支撐地面上碾壓密實，沉降部分用碎石補平，直至不發生明顯沉降方可停止。在支架四周開挖底寬30 cm的排水溝引至場外排水系統內，以防地基被雨水浸泡。在地面設測量標志點，每次雨后，觀測其沉降量。

采用6 m長鋼管搭設雙排腳手架，鋼管外徑φ48 mm，壁厚δ=3 mm。橫向步距及豎向步距均為1.5 m，2排腳手架間距2 m，確保相鄰立桿接頭不在同一步距內。立桿采用對接方式連接，縱橫桿與巖面頂緊，立面設剪刀撐落地。腳手架每隔2層步距滿鋪腳手板，腳手板用10#鋼絲綁牢，腳手架外側滿布密目安全網。

支架搭設好后，首先采用φ42 mm注漿小導管將M30水泥漿注入裂縫土石填充物內，小導管插入填充物深度不小于1 m，注漿壓力控制在0.4 MPa。頂面采用M30水泥砂漿封閉裂縫，防止雨水滲入，導致裂隙繼續發育。

2)鉆孔

鉆孔順序自上而下進行，即先鉆孔第九排。該危巖體為白云巖，溶蝕孔洞較發育，為確保鉆孔效率和保證鉆孔質量，鉆孔設備選用潛孔沖擊式鉆機，跟管鉆進工藝。鉆機鉆孔時，按錨索或錨桿設計長度將鉆孔所需鉆管擺放整齊，鉆管用完，孔深也恰好到位，鉆孔深度要超出設計長度0.5 m左右。

鉆孔結束，首先拔出離心鉆頭和鉆桿，跟進鉆管暫不拔出。用一根聚乙烯管復核孔深，并以高壓風吹孔，待孔內粉塵吹干凈，且孔深不少于錨索設計長度時，拔出聚乙烯管，塞好孔口。

特殊情況的處理:①滲水的處理，從孔中吹出的都是一些小石粒和團粒而無粉塵，說明孔內有滲水，巖粉多貼附于管壁。這時，若孔深已夠，則注入清水，以高壓風吹凈，直至吹出清水;若孔深不夠，雖鉆機工作，仍有進尺，也必須立即停鉆，拔出鉆具，洗孔后再繼續鉆進，如此循環，直至結束。有時孔內滲水量大，有積水，吹出的是泥漿和碎石，這種情況巖粉不會糊住孔壁，只要鉆機工作，就可繼續鉆進。如果滲水量太大，以至淹沒了沖擊器，沖擊器會自動停止工作，用高壓風吹出孔內積水后，再繼續鉆進。②塌孔、卡鉆的處理，當鉆孔穿越強風化巖層或巖體破碎帶時，往往發生塌孔。塌孔的主要標志是從孔中吹出黃色巖粉，夾雜一些原狀的(非鉆頭碎的、非新鮮的、無光澤的)石塊，這時，不管鉆進深度如何，都要及時進行跟管作業，跟管緊跟鉆頭。

3)錨索、錨桿制作

錨索的制作:預應力錨索采用1 860 MPa級高強度低松弛鋼絞線。錨固長度9 m，分3段組成復合型錨索的錨固段。錨索在鉆孔的同時于現場進行編制，鋼絞線下料長度為錨索設計長度、錨頭高度、千斤頂長度、工具錨和工作錨的厚度以及張拉操作余量的總和。鋼絞線截斷余量取100 mm。將截好的鋼絞線平順地放在作業臺架上，量出內錨固段和錨索設計長度，分別作出標記。在錨固段的范圍內穿對中隔離環，間距2 m一個，最后，在錨索端頭套上導向帽，見圖3。

圖3 預應力錨索示意

錨桿的制作:錨桿采用 φ32高強精軋螺紋鋼筋，錨固長度5 m，在錨桿錨固段每隔2 m設置一處鋼筋支架作為定中件。錨桿應伸出鋼墊板50 mm以上，見圖4。錨桿的連接采用連接器接長(不得焊接)。

4)錨索安裝、錨固段注漿及錨墩

向錨索孔裝索前，要核對錨索編號是否與孔號一致，確認無誤后，再以高壓風清孔一次，即可著手安裝錨索。錨桿自由段采用桿體表面除銹、刷瀝青船底漆二度后繞扎塑料布，在塑料布上再涂潤滑油，最后裝入PVC管中，形成雙層防腐。

圖4 錨桿構造示意

注漿采用排氣注漿法施工。注漿材料用水泥砂漿，水灰比 0.45 ～ 0.50，灰砂比 1∶1，砂漿強度≥40 MPa，注漿壓力不低于 0.6～0.8 MPa。錨索在孔中心處設φ25 PVC注漿管，插至孔底，砂漿由孔底注入，空氣由錨索孔排出。錨桿注漿通過錨頭處φ20鋼管注漿孔注入，通過φ50 PVC管外側流入孔底。為避免漿液滲入自由段，自由段PVC管端部用瀝青麻絮封閉。

注漿后，立即利用孔口安裝的反向千斤頂將鉆孔時跟進鋼管拔出，并及時補漿，如發現孔內漏漿，可采取多次延時的方法進行補漿，并適當將水泥砂漿濃度調高，直至錨固段注漿密實為止。

錨墩的作用是把錨具的集中荷載傳遞到巖面并調整巖面受力方向。錨索張拉端鋼質承載板采用45號鋼材加工制作，厚度為2 cm，其后澆筑錨墩混凝土。注漿及澆筑錨墩混凝土時制作試塊，以確定張拉時間。

5)錨索的張拉

待砂漿體及錨索錨墩混凝土達到設計強度后方可進行錨索拉張，設計張拉力為800 kN，張拉錨索前需對張拉設備進行標定。預應力錨索施工時，施加預應力值為設計值的1.1倍，依次按中、上、下的次序(兩根錨索則先上后下)分兩次進行張拉。每次張拉值為總張拉值的一半，必須待每根錨索張拉完第一次后，再依次按中、上、下的次序進行第二次張拉，且每次張拉應分級進行。

6)封孔注漿及封端

補償張拉后，立即進行封孔注漿。注漿管從預留孔插入，直至管口進到錨固段頂面約50 cm，孔中的空氣經由設在定位止漿環處的排氣管排出。

封孔注漿后，從錨具量起留100 mm鋼絞線，其余的部分截去，在其外部包覆封錨混凝土，錨索封閉保護層厚度不小于20 cm。

3 施工注意事項

1)隧道掌子面距離危巖體約50 m處停止開挖，避免對危巖體產生擾動。

2)腳手架的搭設必須穩定，對緊固件的緊固必須有人復核。

3)按設計孔口坐標在腳手架上安裝鉆機專用鋼管，將鉆機放在專用鋼管上，用全站儀按邊坡方向放出基線，然后用方向架放出錨索方位角，測角儀調整傾角，到滿足設計要求為止。將緊固件緊牢后，再核查一遍鉆機孔位坐標、方位及傾角。

4)若遇坍孔，應立即停鉆，及時進行跟管作業。

5)錨索的編制要確保每一根鋼絞線始終均勻排列、平直、不扭不叉，銹、油污要除凈。對有死彎、機械損傷及銹坑者應剔出。

6)錨固段的隔離環應嚴格按設計要求安裝在錨索上，安放錨索要保證錨索孔壁有不少于1 cm的注漿厚度，錨索安放要平直，張拉段要放在錨孔中央。

7)錨索的張拉要在錨固段砂漿及錨墩混凝土達到設計強度后，方可進行。

8)張拉段注漿必須待漿液溢出孔口穩定1～2 min，方可停止注漿，24 h后還需進行補漿，以確保注漿飽滿。

4 結語

易家壩隧道左洞出口危巖體經過預應力加固后，隧道順利貫通。對危巖體位移觀測點進行跟蹤測量，隧道貫通1周后趨于穩定，對危巖體變形及地下水狀況進行監測，均未發現異常。本文著重對錨索施工工藝、方法及注意事項進行了介紹，可為類似危巖體加固施工提供借鑒和參考。

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