中空锚杆在隧道中的应用

郭健

摘 要： 锚杆在隧道工程中被大量使用，锚杆对围岩能起到一定的稳定作用。但是锚杆注浆仍然是一个问题，注浆效果不良的锚杆不但不会对围岩有稳定作用，甚至在围岩中留下空洞，更加破坏围岩的完整性和穩定性。为此，锚杆施工过程中的注浆工艺使重难点。本文主要介绍了商合杭14标太湖山隧道出口工区中空锚杆注浆工艺问题，通过理论和不断实践，将中空锚杆注浆工艺不断优化，从而达到注浆效果良好，质量把控合格，节省时间的目的。

关键词： 中空锚杆；注浆工艺；优化

1.前言

随着中国高铁的飞速发展，在铁路隧道的设计施工中，锚杆经常被大量采用作为对失稳围岩进行支护和加固的材料。理论和实践证明，隧道开挖过程中会对周围围岩产生一定影响，使其受力状况发生变化，在一定范围内容易使围岩松动，产生裂隙。由于围岩自稳能力较差，施工过程中易出现安全事故，且围岩失稳易对以后的衬砌结构产生不利影响。这种情况，我们通常使用锚杆来增加围岩的稳定性。在隧道拱部范围内，中空锚杆相对于砂浆锚杆更具有优势，能够最大限度的保证注浆时砂浆充填饱满密实。隧道的安全及质量得到有效控制，减少安全事故的发生，可以避免因安全和质量问题造成返工处理，延误工期。

2.工程概况

商合杭14标太湖山隧道全长3618m，最大埋深258m，隧道出砟总量52万方。出口工区长450m，表层覆盖粉质黏土，厚0～5m；粗角砾土，厚1～6m；下伏Kc砾岩，含砾砂岩，全～弱风化，其中全～强风化厚8～25m，其下为弱风化。本段隧道埋深较浅节理裂隙发育，岩体破碎，稳定性较差。地下水主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，较发育。

3中空锚杆施工

3.1中空锚杆特点及力学性能指标

中空锚杆由锚头、中空全螺纹锚杆体，止浆塞，垫板、螺母等组成。中空注浆锚杆安装方便，无需自己加工螺纹，锚杆的配件有效的保证锚杆在安装过程中处于居中，砂浆可以最大限度的包围整个锚杆体，，避免锚杆遇水锈蚀，起到长期支护作用。中空锚杆注浆可以在数十公斤力作用下将砂浆渗透进围岩裂隙，充分保证注浆饱满。

太湖山隧道拱部采用φ25*7普通中空锚杆，应满足以下力学性能指标（见表1）：

3.2锚杆施工注浆工艺

锚杆的施工和注浆是隧道施工支护的一种重要手段，它能有效的增强围岩的稳定性。隧道开挖由于爆破等施工方法会对围岩造成扰动，使围岩的受力状况发生改变，造成围岩的破碎松散，而中空锚杆良好的注浆效果可以使浆液渗透到围岩裂隙中，增强围岩的自稳性，从而达到即使衬砌厚度适中也不会引起结构开裂和位移。

3.2.1中空锚杆最初施工工艺

最初锚杆施工在立完钢拱架后进行。用钻机进行钻孔，孔径为50mm（锚头直径42mm，考虑安装方便，成孔孔径50mm）。钻进到设计长度以后，清孔，然后安装锚杆。在锚杆末端安装锚头，将锚杆装入锚杆孔后，安装垫板，拧紧螺母，孔口处用锚固剂及发泡剂封堵，锚杆外漏岩面10～15cm，然后连接注浆机进行注浆，注浆压力0.5～1MPa。经过观察几个循环的锚杆施工后，发现以下问题：

（1）没有排气装置，注浆时易把孔口处封堵冲开；

（2）孔口封堵时间短，不能达到有效强度；

实际施工中由于这些问题造成锚杆注浆不饱满，容易在围岩内形成空洞，不能有效的起到加强围岩稳定的作用，反而破坏围岩稳定性。

3.2.2中空锚杆施工工艺第一次优化

针对以上问题，我们对锚杆的钻孔和安装及封堵进行了优化。锚杆外漏设计湿喷表面5～8cm安装一根φ16mmPVC管作为排气孔，外漏湿喷设计表面5～8cm。锚杆钻孔及安装在立完钢拱架结束后进行，然后PVC管与锚杆固定在钢架或连接钢筋上，用土工布和透明胶带将锚杆口和PVC管口封闭，锚杆注浆在湿喷施工结束后进行。此次优化相对于最初锚杆施工有些进步，但仍存在问题：

（1）PVC管在湿喷过程中容易受到损坏；

（2）透明胶带和土工布容易在湿喷过程中损坏，造成锚杆口和PVC管口封堵；

3.3中空锚杆施工工艺第二次优化

针对前两次锚杆施工的经验和总结，此次对锚杆施工进行以下优化：

（1）锚杆钻孔及安装施工在本循环湿喷结束后进行；

（2）锚杆注浆在锚固剂封堵达到强度后进行；

（3）锚杆注浆采采用φ16mmPVC管作为注浆孔，长度30cm左右，中空锚杆作为排气孔；

锚杆口封堵达到一定强度后进行注浆。注浆孔为PVC管口，用中空锚杆作为排气孔。PVC管外套10～20cm塑料软管，一端用细铁丝与PVC管绑紧，另一端与注浆管连接。待中空锚杆排出浆液后再持续注浆30s～60s，然后快速将与注浆管连接的软管取下，用细铁丝绑到PVC管上。若在软管中未能注浆成功，可能是由于锚头堵塞，这时将注浆管与中空锚杆连接，然后注浆，利用注浆压力使锚头通畅。通畅后在软管中注浆，达到注浆效果。

4.锚杆施工优化前后质量分析及经济效益分析

锚杆施工优化前在立架结束后进行。由于围岩较差，4m长锚杆钻孔时间约为30min，六部CD法中①部有锚杆5根，由于工作面较小，只能用一把风枪打钻，合计用时2.5h，再加上注浆等时间，约用时3h。这样导致开挖面暴露时间过长，存在安全隐患。而且锚杆注浆效果差（见图2），失去了锚杆本该发挥的作用，反而使围岩稳定性变差。第一次优化稍有改进，但存在同样问题，开挖面暴露时间长。而且由于湿喷过程中湿喷砼在风压的作用下的强大冲击力，容易使PVC管损坏，达不到预期效果。

第二次锚杆施工优化的结果是在湿喷结束后进行钻孔，这样开挖面暴露时间减短，对隧道安全性有显著提高。锚杆可以在2～3个循环后集中打设，然后集中注浆，这样有利于减少劳动力的消耗，也有利于循环时间的缩短。优化后注浆效果有了显著提高（见图3和图4）

时间就是金钱，尤其是对于隧道来说，工序衔接紧凑，循环时间缩短，减少了劳动力的消耗，也缩短了隧道开挖的时间。从经济效益上来说，每循环的时间减短就意味着能够快速进入下一循环的施工，综合来说，锚杆的优化平均每循环时间减少1.5h，优化前六部CD法施工按两天三循环进尺，每循环0.6m，即平均每天进尺0.9m，每循环16h，一月总进尺27m。时间缩短后每循环14.5h，理想情况下一月共进行50循环，总进尺30m。隧道进尺每延米按8万元计算，平均每月多创造24万元的经济效益。

5.总结

锚杆施工在隧道支护中起到很重要的作用，而且锚杆是很多人忽视的一个细节，认为不重要，所以对原有的施工方法不进行分析和优化。锚杆注浆效果好，能够使浆液填充到围岩破碎裂隙处，增强围岩稳定性。围岩稳定，不至于用增加衬砌厚度的办法来加强衬砌的承载力，节省了成本，也缩短了工期时间，为工程带来一定的经济效益。

参考文献

[1]马治国.中空锚杆在隧道工程中的应用[J].山东交通科技，2002（1）：1-2.