隧道錨桿施工

淺談隧道錨桿施工隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，交通能力不足日益突出，特別是高速鐵路的發(fā)展越來越快。我們都知道要想快速到達(dá)目的地，除了提高速度外，最重要的是不能走彎路，這就需要修建隧道。目前我國(guó)隧道普遍采用新奧法施工，新奧法實(shí)際就是錨桿噴射混凝土支護(hù)，其主要作用在于主動(dòng)加固圍巖發(fā)揮圍巖的自支承能力。錨桿在新奧法中起到重要作用，可以說錨桿施工的好壞，是衡量一個(gè)項(xiàng)目?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵。因此，探討錨桿在隧道施工中改進(jìn)方案，對(duì)于指導(dǎo)隧道施工、提高工程質(zhì)量、加快工程進(jìn)度、降低工程成本等有著非常重要的意義。一、錨桿施工中出現(xiàn)的問題錨桿施工是隧道施工過程中維護(hù)圍巖穩(wěn)定，保證施工安全的重要支護(hù)手段之一。施工完成后，在一定程度上還可作為永久支護(hù)的一部分發(fā)揮作用。因此，在施工中如何保證和檢查錨桿的施工質(zhì)量，是極為重要的，但從目前施工狀況看，雞公仔隧道仍采用傳統(tǒng)的早強(qiáng)水泥卷錨固錨桿施工，主要存在以下幾個(gè)問題：⑴、鉆孔困難：由于作業(yè)空間狹小，施工完成一個(gè)4m深的錨桿鉆孔，需要更換3次鉆頭或進(jìn)行3個(gè)循環(huán)，即先用2m長(zhǎng)度的鉆孔鉆進(jìn)2m后改用3m長(zhǎng)度的鉆桿，最后再用4m長(zhǎng)度的鉆桿終孔，不僅工作效率較低，而且孔內(nèi)掉渣問題無法克服。⑵、填塞早強(qiáng)水泥錨固卷困難：因隧道圍巖破碎，孔壁粗糙，早強(qiáng)水泥錨固卷吸水后強(qiáng)度降低，加之孔內(nèi)掉渣問題的困擾，很難填塞到位，而且錨固卷很容易破裂碎毀。⑶、錨桿安裝困難：因隧道圍巖破碎，加之填塞早強(qiáng)水泥錨固卷時(shí)的碰撞，-PAGE1-錨桿鉆孔內(nèi)很容易掉渣、掉塊，使錨桿安裝不到位或無法安裝。⑷、墊板安裝困難：因邊墻錨桿桿體多采用直徑為22mm的螺紋鋼筋，尾端不能直接安裝墊板，需要焊接專門加工的有絲扣的尾端，質(zhì)量難于保證。由以上的施工困難造成錨桿長(zhǎng)度不足、不配置墊板、布置不合理、砂漿充填不密實(shí)等諸多質(zhì)量隱患，甚至“長(zhǎng)錨短打”現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。造成這種現(xiàn)象的原因雖然是多方面的，但主要還是對(duì)錨桿在隧道施工中的作用認(rèn)識(shí)不足，仍停留在傳統(tǒng)的施工方法中，而且缺乏有效的檢測(cè)手段。二、錨桿在施工中的作用及效果1、支承圍巖錨桿限制約束圍巖變形，并向圍巖施加壓力，從而使處于二維應(yīng)力狀態(tài)的洞室內(nèi)表面附近的圍巖保持三維應(yīng)力狀態(tài)，因而能制止圍巖強(qiáng)度的惡化。見圖2-1。圖2-1錨桿支承作用2、加固圍巖由于系統(tǒng)錨桿的加固作用，使圍巖中，尤其是松動(dòng)區(qū)的節(jié)理裂隙，破裂面等得以聯(lián)結(jié)，因而增大了錨固區(qū)圍巖強(qiáng)度，錨桿對(duì)加固節(jié)理發(fā)育的巖體和圍巖松動(dòng)區(qū)是十分有效的，有助于裂隙巖體和松動(dòng)區(qū)形成整體，成為“加固帶”。見圖2-2。圖2-2錨桿的加固作用3、提高層間摩阻力，形成“組合梁”對(duì)于水平或緩傾斜的層狀圍巖，用錨桿群能把數(shù)層巖層連在一起，增大層里間摩阻力，從結(jié)構(gòu)力學(xué)觀點(diǎn)來看，就形成了“組合梁”。見圖2-3。圖2-3錨桿的“組合梁”作用4、“懸吊”作用所謂“懸吊”作用是指為防止個(gè)別危巖掉落或滑落沒，用錨桿將其同穩(wěn)定圍巖聯(lián)結(jié)起來，這種作用主要表現(xiàn)在加固局部失穩(wěn)的巖體。見圖2-4。圖2-4錨桿的“懸吊”作用三、解決措施及途徑針對(duì)錨桿在隧道施工中出現(xiàn)的問題，在充分了解錨桿在施工中的作用和效果后，尋求合理的解決途徑及改進(jìn)措施。1、加強(qiáng)完善錨桿的拉拔力試驗(yàn)拉拔力試驗(yàn)一般采用全長(zhǎng)錨固型錨桿，錨桿是因圍巖位移產(chǎn)生軸力而發(fā)揮作用的，因此為了充分發(fā)揮錨桿的支護(hù)效果就必須要確保有必要的錨固力。錨桿的錨固力受到錨桿和錨固材的附著力和錨固材和圍巖的附著力兩方面的影響。具體地說，就是受到錨桿的材質(zhì)和表面形狀、錨固材的強(qiáng)度、圍巖強(qiáng)度、孔壁的狀況及錨固材的充填狀況等得影響。錨桿拉拔力試驗(yàn)?zāi)康木褪窃谑┕で盎蚴┕こ跗陔A段，為了確認(rèn)圍巖能夠具有充分的錨固力而進(jìn)行的，并根據(jù)拉拔承載力來選擇錨桿的種類和錨固方式。所以要通過加強(qiáng)和完善錨桿的拉拔力試驗(yàn)來選擇合適的錨桿種類和錨固方式，這是很重要的。2、確定在什么情況下采用錨桿能夠發(fā)揮錨桿效果的圍巖條件，就是能夠發(fā)揮支護(hù)效果的圍巖。為此，要具備以下條件：錨桿和圍巖間要有適當(dāng)?shù)腻^固力；在不連續(xù)圍巖中錨桿要橫切不連續(xù)面設(shè)置；在連續(xù)性圍巖中，在設(shè)置錨桿的范圍內(nèi)，圍巖位移差要大。不滿足這些條件的圍巖，錨桿的作用是比較小的，甚至沒有效果。例如以下條件的圍巖：在含水的粘性土中，錨固材和圍巖間產(chǎn)生滑動(dòng)，錨固力有時(shí)不充分；松砂等因圍巖的強(qiáng)度小，也不能獲得錨固力，但如對(duì)圍巖進(jìn)行改良，也有可能產(chǎn)生效果；在連續(xù)性圍巖中，變形小，幾乎不產(chǎn)生塑性變形的圍巖。但在這種圍巖中，因主要是不連續(xù)面支配圍巖的動(dòng)態(tài)，作為不連續(xù)的對(duì)策，也會(huì)產(chǎn)生一定的效果；塑性區(qū)域超過錨桿設(shè)置范圍以外（見圖3-1）。但此時(shí)可加長(zhǎng)錨桿長(zhǎng)度；圖3-1錨桿設(shè)置在塑性區(qū)內(nèi)圍巖破壞，在產(chǎn)生的滑面內(nèi)設(shè)置錨桿（見圖3-2）；錨桿產(chǎn)生壓力；在不連續(xù)性圍巖中，錨桿沒有橫切不連續(xù)面（見圖3-3）。圖3-2錨桿設(shè)置在滑動(dòng)面內(nèi)圖3-3錨桿沒有橫穿不連續(xù)面3、發(fā)揮錨桿的群錨作用錨桿是屬于點(diǎn)狀支護(hù)類型。除了隨機(jī)配置的錨桿外，絕大多數(shù)都應(yīng)呈網(wǎng)狀配置，以便發(fā)揮群錨的作用，這是非常重要的。因此，錨桿的配置參數(shù)（長(zhǎng)度，間距）要注意符合群錨的工作原則。4、設(shè)置墊板要發(fā)揮錨桿的效果，墊板的設(shè)置是十分重要的。在施工中，多數(shù)是不設(shè)置墊板的，這是因?yàn)樵黾訅|板，不僅增加了施工成本，對(duì)工期也有一定影響。但從效果上看，這是得不償失的。經(jīng)試驗(yàn)研究：設(shè)墊板比不設(shè)墊板，加載應(yīng)力提高了2.5倍；墊板面積越大，頭部軸力提高也越多。其次，有墊板時(shí)，錨桿軸向應(yīng)變的最大值的位置，向內(nèi)部移動(dòng)。這說明錨桿的三維約束效果得以發(fā)揮。由此可見，墊板的作用是不容忽視的。在錨桿施工中，必須設(shè)置墊板。墊板的形式是多種多樣的，應(yīng)根據(jù)圍巖條件和錨固力的要求決定。5、掌握圍巖種類與錨固材附著力的關(guān)系⑴、硬巖和中硬巖：一般產(chǎn)生錨桿屈服破壞形式。這說明錨固材與圍巖間錨固力很充分。⑵、軟弱圍巖：錨固力是由錨固材和圍巖間的抗剪阻力決定的，在產(chǎn)生塑性區(qū)域的場(chǎng)合，抗剪阻力是比較小的，錨固材與圍巖間的附著力也降低了。因此，在錨桿設(shè)計(jì)中，要預(yù)先判定塑性區(qū)域，在決定錨桿長(zhǎng)度。⑶、土砂地層：錨固材與圍巖間的附著力是相當(dāng)小的。應(yīng)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)確定錨固力。一般來說，錨固材有砂漿、水泥漿、樹脂等，在砂漿和水泥漿中，為了獲得早期附著力，要加速凝劑或采用早強(qiáng)水泥，要求的單軸抗壓強(qiáng)度的目標(biāo)值在30MPa以上。6、解決錨桿長(zhǎng)期耐久性問題錨桿的材料是鐵，鐵會(huì)因氧化而生銹，同時(shí)除生銹以外，也會(huì)因與圍巖某些化學(xué)成分反應(yīng)而腐蝕。腐蝕后錨桿段面積會(huì)減小，承載力會(huì)降低，與錨固材的附著力也會(huì)降低。所以系統(tǒng)錨桿作為永久支護(hù)的一部分，應(yīng)采用防腐劑，阻止其生銹、腐蝕，發(fā)揮長(zhǎng)期支護(hù)作用。7、加快錨桿的商品化進(jìn)程在許多國(guó)家，錨桿已經(jīng)是一種商品，只要選擇合適，拿過來用就行了。而我國(guó)的錨桿，目前絕大多數(shù)是就地用鋼筋自制的。因此，質(zhì)量的離散性相當(dāng)大，施工工藝也不能標(biāo)準(zhǔn)化，不能充分發(fā)揮錨桿的支護(hù)效果，有時(shí)成為一種計(jì)價(jià)的“擺設(shè)”。由于商品錨桿的成本高，有些已經(jīng)商品化的錨桿并沒有完全得到業(yè)主、設(shè)計(jì)和施工人員的認(rèn)可。因此，大力降低錨桿的制造成本，提高商品化的速度，徹底改變錨桿施工現(xiàn)狀。8、合理進(jìn)行錨桿的配置圍巖條件是各種各樣的，錨桿的配置