隧道工程系統錨桿施工關鍵技術

熊小鋒

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，西安 710038）

1 工程概況

新建成都至蒲江鐵路工程是一條城際客運專線，設計時速200km/h，東起成都西，西至成都市蒲江縣，線路東連成都樞紐，是四川省快速鐵路網絡中的一段，是西部路網中的重要部分。我部施工的蒲江隧道緊鄰蒲江縣城北側，全長425m，隧道最大埋深約27.57m，隧道頂有西藏干休所、民政局烈士陵園，表層覆土較淺，土質松軟。隧道圍巖為強風化卵石土，有少量地表水，全屬弱五級圍巖；洞口段采用超前大管棚支護，洞內采用超前小導管與中管棚相結合支護；初期支護采用錨桿、鋼筋網、鋼架、噴射混凝土相結合防護；襯砌形式為雙層鋼筋混凝土結構。

根據《成蒲鐵路蒲江隧道設計施工圖》，蒲江隧道邊墻采用ф22 砂漿錨桿（間距1.0m×1.2m/環）每延米7 根，每根4m；隧道拱部采用ф22 組合中空錨桿（間距1.0m×1.2m/環）每延米15 根，每根4m。為保證其順利施工，嚴格控制施工技術，保證施工安全，特編寫“隧道工程系統錨桿施工關鍵技術”。

2 施工工藝

2.1 工藝原理

錨桿是現今隧道初期支護施工過程中保持圍巖穩定、保證施工安全、推進施工進展的重要手段之一（特殊結構形式的錨桿對特殊不良地質隧道防止圍巖變形起特殊重要作用，相對應的施工機具在特殊不良地質隧道施工中應予考慮配備）。隧道中常用的系統錨桿使用方式為砂漿錨桿和中空注漿錨桿兩種，錨桿施工完成后作為永久支護的一部分成為隧道本身的支撐結構體系。錨桿的主要作用是將不受約束、松散的等不同狀態的圍巖和穩固的基巖聯系起來，使之共同受力，另外還可以對錨桿施加預應力來控制圍巖的節理、裂隙問題，增強隧道圍巖的整體性以及承受荷載能力。因此，錨桿施工的技術關鍵是解決系統錨桿與背后圍巖的充分貼合，防止錨桿在灌漿過程中產生的不密實、脫空等質量問題。

2.2 工藝流程

2.2.1 砂漿錨桿施工工藝流程

砂漿錨桿施工工藝流程見圖1。

圖1 砂漿錨桿施工工藝流程圖

2.2.2 中空錨桿施工工藝流程

中空錨桿施工工藝流程見圖2。

圖2 中空錨桿施工工藝流程圖

3 施工方法

錨桿施工以兼顧開挖使用的多功能作業臺架為施工作業平臺，采用氣動式風鉆鉆孔，人工安裝錨桿，對部分特殊不良地質需采用長錨桿進行加固處理（中空注漿錨桿），采用多功能液壓錨桿鉆機進行施工，以提升施工速度和提高施工質量。隧道錨桿施工鉆孔機具應根據具體錨桿類型、規格及圍巖狀況等情況配備相適應的錨桿鉆機。一般情況下，孔徑小于48mm，孔深小于4m 的錨桿鉆孔，可用多功能鑿巖機或多功能錨桿臺車成孔；孔徑較大、孔眼較深的錨桿鉆孔應選用大型支架式鉆機、鑿巖臺車、工程地質鉆機等機械成孔。

3.1 定位

系統錨桿按照相應工程設計間距參數，一般按梅花形布置；鎖腳類錨桿在鋼架拱腳處，分不同圍巖等級有不同設置參數；另外，當鋼架按不同高度進行單元支護時，相對應的區域需設置系統錨桿。根據對應工程相關設計，在已進行初噴需要施工系統錨桿的區域內的巖面上，按照相關設計參數采用尺量方式進行錨桿孔定位，并作出對應標記。

3.2 鉆孔及清孔

鉆孔采用與錨桿類型相匹配的鉆機進行鉆孔，根據不同深度的錨桿孔配置長、短鉆頭，實際采用的鉆頭直徑需比錨桿直徑大10mm 左右，根據錨桿孔在已初噴的巖面定位打設錨孔，施工過程中要嚴格控制鉆孔方向。當施工的錨孔深度較深時，先用短鉆頭，當鉆達到一定深度后，更換為長鉆頭，直至鉆至設計深度。鉆孔完成后還需對已完成施工的錨孔采用高壓風或高壓水進行吹渣、沖洗等清孔工序，確保孔內無殘留。

3.3 錨桿安裝

施工前需再次檢查孔位、鉆孔方向及深度是否滿足要求，檢查孔內是否干凈無殘留；根據不同部位、不同功能和類型的錨桿形式，采用人工或機械設備等方式將錨桿裝入錨孔內，并設置止漿閥，固定孔口。安裝錨墊板和錨固螺母，安裝完成后需逐個檢查錨桿的錨墊板與背后巖面充分貼合無空隙，防止漏漿和受力損失。

施工時錨桿深入錨孔內的長度不得小于對應工程設計錨固長度的95%，且應位于錨桿空位中心。

3.4 孔道注漿

3.4.1 砂漿錨桿注漿

錨桿安裝過程中可能對錨孔內周邊圍巖形成擾動，可能形成錨孔內再次遺留殘渣，影響錨桿質量，因此，錨桿安裝完成后采用注漿管插入孔底吹風或壓水的方式對錨桿孔內再次進行清孔，再次清孔完成后，將對應錨桿的注漿管管口插入距離孔底3cm～5cm 位置，按配合比配制注漿漿液，啟動配套注漿機進行注漿，根據注漿機壓力表讀數控制孔口壓力不大于0.4MPa；隨著注漿機持續注漿的進行緩慢抽拔注漿管，直至錨桿孔口有與制備漿液同等稠度的漿液溢出為止，停止注漿，同時迅速插入砂漿錨桿。當注漿施工方式為采用早強錨固藥包時，施工前需先將藥包浸濕潤，根據對應砂漿錨桿孔深，將藥包拆除包裝后塞入孔內一定長度（具體塞入藥包的數量根據經驗確定，當錨桿錨孔深度為4m 時，塞入的錨固藥包為10 節），再采用多功能液壓錨桿機或人工捶打將砂漿錨桿送入孔內，并將孔口進行封堵。

3.4.2 中空錨桿注漿

中空錨桿在孔內安裝完成后，同樣需要對錨桿孔內進行再次清孔，清孔完成后檢查和分開確定注漿孔和排氣孔，在孔外露出部分錨桿頭的注漿口連接注漿嘴和注漿管，在排氣孔連接排氣管，并按設計配合比配制注漿漿液，完成后啟動注漿機進行注漿，根據注漿機壓力表讀數控制注漿壓力不大于0.4MPa，直到排氣孔和錨桿孔口有與配制漿液同等稠度的漿液溢出為止，關閉止漿閥，注漿完成。

3.4.3 關鍵事項

系統錨桿注漿完成后，同條件漿液試塊強度達到設計強度70%前，要避免人員、設備敲擊或碰撞，不得懸掛重物或作為支撐著力點。注漿漿液必須嚴格安裝設計配合比配制，并需進行強度檢驗檢測，滿足相關要求后方可使用；施工過程中各道工序驗收需由相關技術人員嚴格按照相關規范要求進行驗收，注漿漿液需隨用隨制，避免浪費。

4 關鍵技術要求

結合成蒲鐵路實際，根據《高速鐵路隧道工程施工技術指南》及《中空錨桿技術條件》，隧道系統錨桿施工有以下關鍵技術要求。

4.1 一般技術要求

①現場施工前，需對進場使用的錨桿原材料進行性能檢驗檢測、工藝檢測及力學性能試驗，滿足相關規范要求方可使用。②錨桿由桿體、錨墊板、錨固螺母等主要部件構成，錨桿材料的性能要符合規范及設計要求，并進行以下檢驗：1）錨桿各部件及組裝后外觀質量檢驗：桿體直徑均勻、一致、無損壞，無銹蝕、彎折及肉眼可見的缺陷；2）錨桿進行強度抗拉試驗滿足設計與工程規范要求；3）砂漿錨桿采用自加工方式成型，加工后的錨桿桿體結構尺寸及材質型號要符合設計要求，錨桿端頭絲扣部分無偏心，絲扣數量及長度滿足規范要求，需進行焊接時焊縫表面飽滿、牢固，并敲除焊渣。③錨桿施工應在開挖基巖巖面完成初噴混凝土后進行，以保證錨桿墊錨墊板與背后基面貼合。

4.2 鉆孔關鍵技術要求

①鉆孔要按照相應工程設計間距參數進行定位，并進行標記，按標記位置實施，孔位允許偏差為±100mm。②鉆孔方向要與圍巖所在基面或其所在施工部位巖層的主要施工面相垂直。③施工成型后的鉆孔孔內要保證垂直度，砂漿錨桿成孔直徑要大于桿體直徑10mm 左右，中空錨桿鉆孔的成孔直徑要與中空錨桿桿體外徑大小相當，避免因鉆孔直徑不足引起錨桿無法安裝。④為保證錨桿對周邊圍巖的錨固作用和錨桿的錨固深度，鉆孔成孔深度需適當大于錨桿的設計長度，大于錨桿設計長度10cm 為宜。

4.3 錨桿安裝關鍵技術要求

①錨桿安裝錨桿深入錨孔內的長度不得小于對應工程設計錨固長度的95%，且應位于錨桿空位中心位置。②當錨桿施工地段基巖巖面有水時，要將錨桿孔內積水引出后再行安裝；當錨桿孔內有集中出水時，則需在施工巖面附近選取無水處另選位置進行鉆孔，再安裝錨桿。③錨桿桿體及附件安裝完成后，必須安裝端頭錨墊板及錨固螺母，錨墊板要與噴射混凝土基面嚴格貼合，當錨桿施工基面不平整時，需人工進行處理平整后進行安裝。④錨桿安裝完成后的尾端外露頭長度控制在小于隧道初期支護噴射混凝土層厚度，且不小于錨固外露長度。

4.4 砂漿錨桿注漿關鍵技術要求

①砂漿錨桿使用前進行檢查，銹蝕、油污等缺陷要及時清理，無法清理或修復時不得使用。②用于注漿的水泥砂漿強度不得低于M20 標準，砂膠重量比宜為1∶1～1∶2，水膠比宜為0.38～0.45。采用中細砂或細沙，細沙最大粒徑不應大于2.5mm，細沙使用前要進行過篩處理，避免堵塞。③水泥砂漿要拌制充分且均勻，過程中嚴格控制混入雜物、石塊等，砂漿錨桿孔內灌注砂漿必須灌注飽滿密實。④孔內注漿壓力控制在0.4MPa。

4.5 中空錨桿注漿關鍵技術要求

①中空錨桿注漿料采用水泥凈漿或1∶1 水泥砂漿，水灰比為0.4～0.5。②注漿開始前要檢查和分開確定注漿孔和排氣孔，在孔外露出部分錨桿頭的注漿口連接注漿嘴和注漿管，在排氣孔連接排氣管。③中空錨桿注漿必須灌注飽滿，當排氣孔和錨桿孔口有與配制漿液同等稠度的漿液溢出時，及時關閉止漿閥。④注漿時根據注漿機壓力表讀數控制注漿壓力不大于0.4MPa。

4.6 注意事項

①在實際施工過程中，錨桿鉆孔方向要結合實際地層圍巖節理、裂隙及分層和走向，最大限度地考慮垂直結構面進行鉆孔，以最大限度地發揮錨桿錨固周邊圍巖達到穩定圍巖的作用，提高實際錨固功效。②實踐表明，在特殊不良地質、地層施工錨桿過程中，要更加重視錨桿注漿工序的注漿質量效果，錨桿注漿工序通過漿液能很好固結周邊圍巖，對周邊圍巖的穩定和加強有著關鍵作用，并為隧道結構穩定提供強度支撐，從而大幅度提高現場施工的安全和結構穩定。③錨墊板是錨桿施工完成后錨固端，對錨桿整體結構受力起到支點性的至關重要的作用，施工過程中必須保證錨墊板與圍巖基面密切貼合，錨固螺母擰緊并快速完成。

5 質量控制

根據《高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準》及《錨桿噴射混凝土支護技術規范》，錨桿在實際施工過程中要進行各道工序的質量檢查檢驗，并符合以下要求：

①需對進場使用的錨桿原材料進行性能檢驗檢測、工藝檢測及力學性能試驗，滿足相關規范要求方可使用。②錨桿各部件及組裝后桿體直徑均勻、一致、無損壞，無銹蝕、彎折及肉眼可見的缺陷。③錨桿端頭絲扣部分無偏心，絲扣數量及長度滿足規范要求，需進行焊接時焊縫表面飽滿、牢固，并敲除焊渣。④鉆孔方向要與圍巖所在基面或其所在施工部位巖層的主要施工面相垂直，必須保證錨墊板與圍巖基面密切貼合。⑤當錨桿施工地段基巖巖面有水時，要將錨桿孔內積水引出后再行安裝；當錨桿孔內有集中出水時，則需在施工巖面附近選取無水處另選位置進行鉆孔，再安裝錨桿。⑥錨桿安裝過程中可能對錨孔內周邊圍巖形成擾動，可能形成錨孔內再次遺留殘渣，影響錨桿質量，因此，錨桿安裝完成后采用注漿管插入孔底吹風或壓水的方式對錨桿孔內再次進行清孔。⑦錨桿安裝錨桿深入錨孔內的長度不得小于對應工程設計錨固長度的95%，且應位于錨桿空位中心位置。⑧錨桿注漿漿液要拌制充分且均勻，過程中嚴格控制混入雜物、石塊等，砂漿錨桿孔內灌注砂漿必須灌注飽滿密實。⑨錨桿的粘結強度通過錨桿抗拔試驗檢驗確定，按不少于4%進行拉拔試驗，拉拔值不得小于設計值，同時滿足規范要求。

6 結束語

隧道工程系統錨桿施工工序復雜，各工序環環相扣，注意事項較多，出不得半點差錯，所以事前需做好充分的準備和施工組織設計工作，特別是關鍵工序的技術控制，必須經多方論證，精心計算，合理部署，嚴格施工，才能造出優良的工程來。