自進式錨桿在松散堆積體隧道施工中的應用

史東志 王建光 烏呢日

(中交路橋華東工程有限公司，上海 201203)

1 概述

巴基斯坦KKH項目位于巴基斯坦北部克什米爾地區，處于帕米爾高原腹地，區內重巒疊嶂，峽谷深切，雪峰林立，地貌以高山峽谷為主。在巴基斯坦KKH堰塞湖改線項目隧道施工中，路橋2號隧道進洞口段地質較為特殊。該段長110 m，為第四系崩坡積塊石夾碎石，厚度較大，整體松散，物探測試波Vpl=500～1 400 m/s，Vml=240 ～600 m/s。地下水不發育，主要為基巖裂隙水，水量較貧乏。圍巖穩定性極差，易產生大的坍塌和冒頂。

這種地質主要由塊石、碎石、堆積土及流沙組成，開挖時應盡量減小擾動，主要采取局部爆破輔助機械開挖的方法進行開挖施工，開挖成形后需立即進行支護施工。新奧法施工中，初期支護采用錨桿、鋼筋網和噴射混凝土組合在一起的噴錨支護形式。但在該種地質中，鉆孔困難，易卡鉆且難以成孔，傳統的全長黏結型錨桿及超前小導管等無法施工。

該段原設計采取先從原地表進行鉆孔，嵌入隧道設計路面高程以下8 m，下φ89注漿鋼管進行預注漿，后進行開挖。但施工過程中證明，由于孔深過長，部分孔深達到40 m以上，無法及時掌握松散體漿液滲透、擴散情況，所以地表預加固措施對于這種大體積松散堆積體固化效果并不理想，造成開挖支護施工異常艱難。針對這種情況，在超前支護和噴錨施工中采取了自進式錨桿代替超前注漿小導管及中空注漿錨桿施工的方法，取得了良好的效果。

圖1 自進式錨桿的組成示意

2 自進式錨桿施工技術原理

自進式錨桿由釬尾、釬套、錨桿桿體和合金鉆頭組成，如圖1所示。釬套一端沿錨桿桿體螺紋旋緊，另一端與釬尾相連，錨桿桿體端頭安裝合金鉆頭。釬尾與釬套是連接錨桿桿體與鑿巖機的傳動裝置，裝卸都十分便捷，可重復使用。自進式錨桿結合了鉆桿與中空注漿錨桿的功能，錨桿桿體為中空，按梅花形設置，有注漿孔，并配備注漿接頭，可進行注漿加固施工，固化軟弱、松散巖層，加強圍巖穩定性。同時，桿體表面的連續螺紋加強了錨桿自身的黏結阻力，保證錨固效果。

自進式錨桿代替超前注漿小導管進行超前支護施工時，可按設計要求進行鉆進，鉆進到設計長度后進行注漿，自進式錨桿注漿擴散范圍根據圍巖密實程度而有所變化，在松散堆積體中其擴散范圍約0.5 m，故錨桿應按環向間距小于0.5 m設置，當圍巖過于松散或漿液擴散范圍較小時可進行加密或雙層交錯設置，確保漿液滲透，使圍巖固結為一體，與錨桿結合形成環向殼體，為下一循環開挖施工的順利進行提供保障。

自進式錨桿代替中空注漿錨桿進行徑向錨桿施工時，沿鋼拱架按設計環向間距進行鉆進，并進行注漿。注漿可以將已開挖圍巖進行固結，并與拱架、鋼筋網片、噴射混凝土結合為一體，形成支護體系，保證隧道的穩定性。

3 自進式錨桿施工工藝及流程

3.1 施工準備

根據工程數量、隧道規模選擇機械設備及材料數量，以滿足施工需要為宜。下面以一循環自進式錨桿代替超前注漿小導管進行超前支護為例進行介紹。

(1)機械設備

鉆進設備:自進式錨桿可采用手持風動鑿巖機，也可采用全液壓鑿巖臺車進行施工，可根據工程量及施工需要進行選擇。

注漿設備:電動拌漿機一臺、雙液注漿機一臺、注漿接頭及注漿管等。

(2)主要材料

φ32自進式錨桿、水泥、水玻璃、速凝劑、水等。

3.2 施工方法

(1)鉆進

首先將自進式錨桿進行組裝，釬尾與釬套相連，釬套沿錨桿桿體螺旋旋緊，在錨桿端頭安裝合金鉆頭。在鉆進前進行測量放樣，沿拱架外側環向40 cm設置孔位，放樣結束后以10°外插角進行鉆進。

鉆進至桿體尾部10 cm，將鑿巖機卸下，取下釬尾及釬套，安裝止漿塞和錨墊板后，用螺栓鎖緊，開始下一循環的鉆進。若單節錨桿不能達到設計深度，可將錨桿采用連接套進行加長后繼續鉆進。

(2)注漿

鉆進完成后，卸掉釬尾和釬套，在錨桿尾端旋緊注漿接頭，開始注漿。注漿材料為水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。如果地下水較大時采用水泥—水玻璃漿液，采用雙液注漿機進行注漿。水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5，水玻璃濃度35波美度，水玻璃模數為2.4。

注漿應遵循由兩側向中間依次注漿的原則，兩側錨桿進行注漿時，可按水泥重量的2% ～3%摻加速凝劑，使兩側孔內漿液盡快凝固形成帷幕，防止漿液由兩側邊墻流失。注漿壓力應由高到低逐級變換，待注漿壓力達到1.0 MPa時，可觀察壓力表指針是否穩定，待指針穩定在1.0 MPa時，關掉注漿機，完成注漿。在注漿過程中，注意觀察是否有漿液從相鄰錨桿內或開挖工作面流出，如有出水則立即停止注漿，采取封堵措施后，再進行注漿。也可先進行下一錨桿的注漿，待所有錨桿注漿完成后，再對有漏漿情況的錨桿進行二次注漿，以保證水泥漿的擴散范圍，確保整個桿體被水泥漿包裹。

自進式錨桿施工工藝流程如圖2所示。

圖2 自進式錨桿施工工藝流程

自進式錨桿施工注意事項:

①錨桿組裝前應檢查釬尾、釬套、錨桿體注漿孔和鉆頭的水孔是否暢通，若有堵塞應及時清理。

②自進式錨桿屬剛性材料，運輸過程中應防止彎曲、扭轉，不得對其進行電焊、氧割等二次加工，避免因錨桿剛度受損造成鉆進過程中桿體發生變形或脆斷 ，甚至造成安全事故。

③自進式錨桿單節長度不宜超過300 cm，如設計長度較長，可逐節鉆進，管節間采用連接套進行連接。

④如果開挖工作面圍巖過于松散，在錨桿鉆進前應先對工作面進行噴射混凝土封閉施工，噴射混凝土厚度不小于5 cm，以避免注漿過程中漿液外漏，影響注漿效果。

4 自進式錨桿的特點

4.1 多功能

自進式錨桿是集鉆進、注漿、錨固功能為一體的特殊型錨桿，一次鉆進到設計深度后進行注漿，同時達到固化圍巖和錨固的雙重作用，可以有效解決松散堆積體隧道噴錨施工中出現的不成孔、塌孔和難以成孔等問題，比其他全長黏結式錨桿更能發揮永久支護的作用。

4.2 快速經濟

自進式錨桿施工方法簡單快捷，對機械、人員的要求較低，一次性成孔注漿，可大大縮短作業時間，對于不穩定巖層起到快速支護的作用。

4.3 安全適應性強

自進式錨桿作為永久支護與圍巖結合為一體，形成固化殼體，可大大提高施工安全性，適用于各種松散、不穩定的地質地段。

經過巴基斯坦KKH堰塞湖改線項目2號隧道進口110 m長大體積松散堆積體隧道施工中自進式錨桿的應用，證明自進式錨桿是目前解決此類圍巖初期噴錨支護問題最為高效、可靠、經濟的施工方法。

5 自進式錨桿的適用范圍

特殊地質地段隧道的施工為隧道工程中的難點，主要包括松散堆積體、斷層破碎帶、溶洞、膨脹性圍巖、流沙、黃土和凍土等。在進行開挖、支護和襯砌施工過程中，都可能因各種因素的綜合影響而發生圍巖土石坍塌、受壓支撐變形、襯砌結構斷裂以及各種特殊施工問題，嚴重影響施工進度、安全和質量。在隧道通過這些地段時，都可采用自進式錨桿代替超前注漿小導管、砂漿錨桿、中空注漿錨桿等進行施工，起到快速支護、穩定圍巖的作用。特別是松散堆積體、斷層破碎帶、流沙等難以施做其他全長黏結型錨桿的地段，應優先采用自進式錨桿施工工藝。

對于處理隧道冒頂、坍塌、治理病害及止水處理等問題時，自進式錨桿施工亦可發揮較為高效的作用。

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