迈式注浆钻进锚杆在盘道岭隧洞加固施工中的应用

王竹青

(甘肃省引大入秦工程管理局，甘肃永登 730300)

1 工程简介

引大入秦工程总干渠盘道岭隧洞长15.732km，隧洞围岩岩性软弱、地下水丰富，围岩主要为中细砂岩，成岩性差，胶结不良易风化，遇水软化并崩解。施工中根据不同洞段的地层岩性、地质条件和地下涌水状况，采用了全断面法、短台阶法、插板法、管棚法等多种施工方法。初期支护采用喷混凝土、挂钢筋网、锚杆、钢插板等多种手段控制围岩变形;二次衬砌采用混凝土和钢筋混凝土两种衬砌形式。隧洞建成后，二次衬砌现浇混凝土产生了较大范围纵斜向裂缝，当时采取了回填灌浆、增补3m和6m预应力系统锚杆、局部洞段增设钢拱架，以增强衬砌结构的整体承载能力;同时对裂缝进行封缝修补，防渗止水。

盘道岭隧洞输水运行十几年来，通过普查测量和变形观测，对6110条裂缝(纵向缝2713条，环向缝3397条)和隧洞变形情况进行了观测监视。定点观测的裂缝40条，包括:纵向缝38条，环向缝2条。其中:纵向缝最大缝宽δ=8.16mm，δ≥1mm的裂缝10条，0.25mm≤δ＜1mm的裂缝20条，δ＜0.25mm的8条;环向缝:δ为0.48mm、0.56mm。

2 存在问题

桩号CH79+435～79+475段长40m，地质岩性为桔红、桔黄、淡黄、灰白色厚层砂岩，含砾砂岩，砾质砂岩;泥质砂岩和砂质泥岩夹薄层灰蓝色细砂岩，淡黄、灰白色砂岩，含砾砂岩、砾质砂岩，以泥质为主的钙泥质胶结结构疏松、强度低，遇水易软化崩解，以层状结构为主，有地下水出露。1996年、1999年分别进行了处理。2000年在79+447左侧1.2m处建立了定点观测点，经2000～2009年连续观测，裂缝一直处在微变化状态，从2000年时的1.2mm发展至2009年时的2.94mm。目前该段隧洞左右侧墙纵斜向裂缝分布密集，大部分裂缝再次开裂，渗水量较大，析出结晶物多，右侧墙衬砌混凝土有向隧洞内隆起趋势，存在较大安全隐患。

桩号CH85+091～85+113.6段长22.6m，地质岩性为褐红色厚层砂质泥岩夹灰蓝色薄层细砂岩，局部地段夹淡黄色厚层砂岩或含砾砂岩，砂岩、含砾砂岩的胶结物以泥质为主，结构疏松，强度低。结构类型以层状结构为主。2000年在CH85+094右侧1.8m处和CH85+096左侧1.8m处建立裂缝定点观测点，经2000～2009年连续观测，裂缝一直处在微变化状态，CH85+094右侧1.8m处裂缝从2000年时的4mm发展至2009年时的5.85mm，CH85+096左侧1.8m处裂缝从2000年时的3.8mm发展至2009年时的8.66mm，存在较大安全隐患。

3 处理方案

采用6m长迈式注浆钻进锚杆及回填灌浆加强围岩的稳定性。CH79+435～79+475段长40m和桩号CH85+091～85+113.6长22.6m段，原则上沿裂缝方向布孔，垂直裂缝向间距1.5m(距裂缝0.75m)，平行裂缝向间距2.0m，共222根(其中40m长段142根，22.6m长段80根)，基本是梅花形布置。锚杆布置示意图如下。

加固断面图(单位:mm)

裂缝用新型材料CN2000进行封堵。

4 迈式注浆钻进锚杆的施工

迈式注浆钻进锚杆集钻、注、锚于一体，是一种先进的锚固体系，能够保证复杂地质(软岩、土层、断裂带等)条件下的注浆效果。在抗弯、抗剪和表面粘结等方面明显优于截面相同的常规砂浆锚杆，可以任意切割、连接、施加预应力和释放荷载，并可作注浆管使用，所需的机具设备、材料，没有特殊要求，工艺简单，具有很大的应用价值。迈式注浆钻进锚杆由杆体(中空全螺纹杆件)、连接套、一次性钻头、拱形垫板、螺母组成。注浆时锚杆尾部可加设橡胶止水浆塞。钻进时，锚杆尾部通过连接套加设钎尾(钎尾外形与普通钻杆相同)。

4.1 迈式注浆钻进锚杆性能及特点

a.自带钻头，可自行钻进。迈式锚杆兼有钻杆和锚杆两种功能，取消了退钻杆插锚杆的工序，可避免因坍孔而导致返工的现象。

b.锚杆杆体可延续接长，具有多种规格，使用方便。盘道岭隧洞险段加固采用6m长、R25N型自进式锚杆，用连接套接长(杆体外表面为国际标准波形螺纹)，钻进时钻入一段接长一段，优点是拆装方便、抗剪力强。

c.与相同截面积的实心杆相比，中空杆有更大的抗拉、抗弯及表面粘结力。

d.锚杆中空，可通过锚杆对地层注浆。通过空腹及中空钻头，从锚杆前端溢出，由里向外进行注浆，可保证完全充填锚杆周围空隙，固结岩体，充分保证注浆及锚固质量。

e.锚杆配有拱形垫板及螺母，可对地层施加预应力。

f.可利用一般的钻孔机械钻进，如:手持风钻。

由于该锚杆三位一体的功能，使得它在各类围岩条件下施工时，不需采取套管护壁、预注浆等特殊措施也能形成锚孔，砂浆可以将锚杆体全长包裹，避免了锈蚀，并保证锚固与注浆效果。

4.2 钻孔

采用YGZ100导轨式独立回转风钻混合循环清水钻进。

4.3 灌浆材料

因隧洞地下水含有大量的硫酸根离子，对混凝土腐蚀大，因此，采用高抗硫酸盐水泥。

4.4 灌浆

该工程灌浆压力采用0.2MPa。

采用纯压式全孔一次灌浆法，浆液通过杆体中孔灌入。锚杆沿洞体裂缝分为上下二排，每排分二序灌浆。CH79+435～79+475段，在隧洞左右两侧沿裂缝上下布置两排，共142孔，其中Ⅰ序孔72个，单位注入量10.48kg/m，Ⅱ序孔70个，单位注入量9.65kg/m;CH85+091～85+113.6段，在隧洞左右两侧沿裂缝上下布置两排，共80孔，其中Ⅰ序孔40个，单位注浆量9.40kg/m，Ⅱ序孔40个，单位注浆量8.69kg/m。

4.5 灌浆水灰比及浆液变换

该工程灌浆浆液水灰比采用0.8∶1，0.5∶1两个比级。

为保证锚杆锚固质量，如果0.8∶1浆液耗浆量很小，后续灌浆可直接采用0.5∶1水灰比。当0.8∶1浆液注入量已达300L以上，或当注入率大于30L/min时，应改为浓度较高一级的水灰比。

4.6 灌浆结束和封孔

该工程各灌浆段的结束条件为:在该灌浆段最大设计压力下，当注入率不大于1L/min后，继续灌注10min，可结束灌浆。灌浆结束后，应迅速封堵杆尾中孔，以防浆液外溢。

5 加固效果质量检查

两险段共打锚杆222根，在79+435～79+475段79+441左、79+655.6右、79+468左3处取一组，在85+091～85+113.6段85+101右、85+104右、85+111左3处取一组，共6根锚杆进行拉拔试验，设计拉拔力62kN，现场平均拉拔力为68.3kN和70.9kN，锚杆牢固，未有松动现象。

2011年9月加固后，经过两年的运行观察、观测，该洞段裂缝基本稳定，没有发生进一步微变;封堵裂缝完好，无渗水、析出现象;达到工程除险加固预期目标，为工程后续加固除险进行了有益探索。