预应力锚杆在隧道开挖支护中的应用

1、预应力锚杆在隧道开挖支护中的应用二滩国际 谢长平摘要:预应力锚杆顾名思义就是通过张拉锚杆对被锚固物体施加预应力进 行加固的支护手段。在边坡施工中时是一种常用的比较成熟的施工方法,但在 长河坝水电站隧道开挖支护中应用很少。本文结合长河坝水电站场内交通工程 金康隧道 K3+100mK3+148m段预应力锚杆的施工实例, 介绍一种简易适用的预 应力锚杆支护方案,为类似工程提供参考。关键词:隧道、预应力锚杆、施工工艺。一、工程概况长河坝水电站场内交通工程 1#公路为地下厂房进厂交通洞和大坝填筑的 主要干线通道, 全长 8205.18m ; 主要由金康隧道 (全长 4530m 和金汤隧道 (全 长 25

2、20m 组成。二、工程地质金康隧道 K3+100mK3+148m洞段, 岩性:浅灰色灰白色块状花岗岩为主, 夹少量灰色石英闪长岩,偶见深灰色辉长岩团块,微弱,局部夹层中风化,饱 水,软硬相间;地下水大面积渗水,局部呈线流;构造:f17小断层穿过该洞 段, f17 SN/E 70小断层与洞轴线小角度相交,岩石挤压破碎带及短小密集 节理带相当发育,节理面锈染,微张,充填断续石英脉,岩体结构破坏严重。 金康隧道 K3+100mK3+148m洞段, 以岩石挤压破碎带及岩石破碎密集带为 主, V 级围岩。三、预应力锚杆设计1、预应力锚杆现场试验根据现场情况拟采用预应力锚杆加钢支撑以及挂网喷混凝土进行初期

3、支 护,预应力锚杆各技术参数根据现场试验确定。2、预应力锚杆设计拟定锚杆设计张拉力为 60KN (依据设计锚杆抗拔力 6t , 锚杆总长为 6.0m , 锚固段长 2.0m ,锚固段采用高强锚固剂材料, 28d 不小于 35Mpa ,锚杆孔口承 压垫座尺寸为 150mm 150mm 10mm ,高强螺栓锁定,自由段采用水泥浆灌浆,灌浆管1.6PE 管,回浆管浆1.2 PE管,锚杆孔设计钻孔直径为64mm ,锚 杆材料采用直径28mm 螺纹钢筋,梅花型布臵,间排距 1m ,共计 1130根预应 2、工程材料设计预应力锚杆材料采用直径28mm 螺纹钢筋,钢筋采用符合设计要求的 级 20MnSi 螺

4、纹钢筋,且无锈、顺直的整根钢筋加工,不得采用焊接加长。锚杆孔口承压钢垫座、高强螺栓必须符合五金技术规范技术要求;水泥采 用鹅塔牌水泥,标号为 42.5;高强锚固剂选用郑州兰瑞的 MSJK3型。四、施工工艺1、工艺流程张拉预应力锚杆施工工艺流程见如下框图预应力锚杆施工工艺流程图 2、施工方法1 、测量放线测量人员根据设计图纸进行放线:(1 放出预应力锚杆施工区域的起止桩号 和基准高程,要求桩号每间隔 10m 做一个标记,根据需要,部分洞段桩号可适当 加密。 (2按支护参数进行预应力锚杆孔位放样,用红油漆做好标识。放样时对孔位进行编号,方便后续张拉施工,编号方法根据情况自定编号, 但应遵循以下原则

5、:(1预应力锚杆应该按同样的方法编号,以保持一致性,如顶拱预应力锚 杆编号方法应相同并同边墙预应力锚杆相区别。(2各次施工的预应力锚杆编号应该具有连续性,最好能同预应力锚杆所 在桩号位臵相结合。2 、造孔(1预应力锚杆钻孔采用两臂凿岩台车钻孔,钻孔角度根据所放出的方向 线严格控制,造孔时应避让已埋设的永久观测仪器和电缆。根据设计要求,结合钻孔设备的实际技术参数,选用64mm 球齿合金钻头, 钻孔直径为65mm 。(2 施钻时钻头要对准岩壁上预应力锚杆孔孔位标识下钻, 开孔偏差不应 大于 50mm ,开孔应用小功率缓慢钻进,钻进约 500mm 后,校正钻孔方向,全功 率钻进。孔深 5800mm

6、(50mm 。(3 洗孔,利用两臂凿岩台车洗孔,当孔内不再有浊水流出时,结束冲 洗。3 、注高强锚固剂选用郑州兰瑞的 MSJK3型高强锚固剂,注装高强锚固剂时,先根据孔内锚 固段的长度在注浆管上做出标记,使用 GTMQ28型锚枪将高强锚固剂打入孔内, 拔管时要缓慢,每次不大于 5cm 。张拉预应力锚杆内锚固段设计长度以 2.0m 计,高强锚固剂正常用量 40支 左右(大约 1010.5kg 。4 、预应力锚杆制作预应力锚杆、垫板、垫圈等加工在专门的加工厂按照设计要求制作成型, 然后用汽车运至施工现场。预应力锚杆杆体采用无锈、顺直的整根钢筋加工,不得采用焊接加长。在预应力锚杆杆体上每 2.0m

7、处焊接6mm 的圆环作为对中 装臵。杆体端部加工为螺栓段,长度为 300mm 。加工好的杆体按规范要求进行 检查验收,验收合格的杆体,及高强螺母必须与杆体丝牙配套。5 、预应力锚杆安装预应力锚杆安装采用人工安装,采用预应力锚杆平台车(自制或其它登 高设备,将杆体缓慢推至要求位臵。杆体送至要求位臵时,停止推送,然后用 木楔临时固定杆体。在安装垫板前,撤出木楔。为了防止二次注浆浆液流失, 孔口应采用棉纱封闭保护。预应力锚杆必须在高强锚固剂初凝前安装到位。 MSJK3型高强锚固剂的理 论初凝时间为 30min 。6 、安装托板、垫筋和螺帽高强锚固剂初凝后,开始安装预应力锚杆托板、垫圈和螺帽,并调整托

8、板 位臵使之与预应力锚杆轴线垂直。采用高强锚固剂快速垫平,每次约需要 35卷锚固剂处理垫板。7 、张拉锁定在内锚段锚固剂灌浆完毕后 24小时左右开始进行锚杆张拉。张拉设备采用 TG -1000型扭力扳手。锚杆张拉前,对扭力扳手进行率定。 张拉前将钢垫板套入锚杆,调整垫板与锚杆垂直后紧锁螺帽。锚杆正式张 拉前,取 20%的设计张拉荷载(即 1.2t ,对其预张拉 12次,使其各部位接 触紧密。张拉力施加值顺序依次为:第一次张拉力为设计值的 50%(3t ,持荷 5 10分钟后进行第二次张拉, 张拉力为设计值的 100%(6t , 最后一级张拉力达 到设计值后稳压 30min 结束张拉平锁定。每张

9、拉一次均应量测锚杆杆体的伸长 值,并作好原始记录。张拉工效为 1根 /2025min 左右。锚杆锁定后 48小时内,若发现预应力损失大于锚杆拉力设计值的 10%时, 应进行补偿张拉。预应力锚杆的张拉锁定应在高强锚固剂强度达到 20Mpa 进行。根据选用的 锚固剂的初、终凝时间以及张拉预应力锚杆生产性试验结果。最早张拉时间为 高强锚固剂注装后 6小时。张拉前应对扭力扳手进行率定,然后根据率定得出的换算曲线或换算表格 将扭力扳手的读数(N M 换算成对应的张拉力(KN 。张拉时一次加载到张拉力的 100%(60KN ,扭力扳手读数约为 580, ,然后 锁定杆体。8 、自由段灌浆张拉结束后开始对锚

10、杆自由段回填灌浆施工,灌浆采用纯水泥浆,浆液采 用水灰比为 0.5:1,灌浆压力为 0.51.0MPa 。预应力锚杆注浆采用 2SNS 型注 浆泵进行灌注,注浆时将注浆管管口锯成 45度坡口并插至距孔底 50100mm , 随浆液的注入缓慢匀速拔出,保证注浆饱满。注浆开始或中途停止超过 30min , 用水或稀水泥浆润滑注浆罐及其管路。灌浆前确认排气管畅通后,才能进行孔内自由段注浆,自由段注浆应饱满, 当排气孔不再排气,出浆浓度与进浆浓度一致时,可结束自由段注浆。浆体凝 固前,不得敲击、碰撞和拉拔杆体。自由段灌浆应在锚杆张拉完成后尽早进行,一般为一批(3050根锚杆 张拉完成后集中进行,可实现

11、规模化施工。五、质量检查1、无损检测预应力锚杆验收方式主要有无损检测试验。预应力锚杆无损检测:按不同作业分区在每 300根预应力锚杆中随机抽查 1组(3根进行无损检测,无损检测是通过测试得到的波形图来判断预应力锚杆 注浆的密实度(饱满程度 。无损检测应在预应力锚杆注浆 14天后进行。 根据锚杆喷射混凝土支护技术规范 (GB50086-2001的规定,依据规范 要求, 并参照国内其它工程的标准, 将预应力锚杆的注浆密实度检测结果按如下 标准进行分级评价:注浆密实度质量等级表 金康隧道 K3+100mK3+148m段预应力锚杆无损检测成果表 金康隧道 K3+100mK3+148m段预应力锚杆共完成

12、 1130根,无损检测抽检 12根,查明了其密实度和长度,各桩号抽检比例满足施工检测要求,抽检锚杆 质量全部合格。2、监控量测金康隧道 K3+100mK3+148m段布设了 K3+110m、 K3+130m两个监测断面, 根据规范和要求进行了严格的观测,收敛成果及分析,岩层均处于稳定状态。 测点布臵示意图及收敛观测成果如下:测点布臵示意图 六、结束语预应力锚杆在长河坝水电站金康隧道 K3+100K3+148段隧道开挖支护中的 应用,通过锚杆的无损监测和收敛监控量测,完全满足设计和规范要求。该预 应力锚杆加工制作方便,工效高,施工质量易得到保证,且施工工期短,适用 于强卸荷、破碎以及渗水较大岩层

13、等不良地质地段,同时在开挖过程中或开挖 到位后,当发现潜在的不稳定岩体或拉裂蠕变岩体时可采用预应力锚杆处理方 案。参考资料:1、 锚杆喷射混凝土支护技术规范 (GB50086-20012、 水电水利工程预应力锚索施工规范 (DL/T5083-20043、 长河坝水电站场内交通工程两阶段施工设计文件 (金康段 K0+858K4+400 注:谢长平,男, 1968年生,高级工程师,道路桥梁工程专业,从事监理工作。建议:命题是 “预应力锚杆在隧洞开挖支护中的应用” , 是 “实例介绍” 。 由于 “ 隧 道开挖支护中应用很少” ,结论自然应该是推荐在隧洞工程中应用。但是, 结束 语则是广泛推荐 “

14、适用于强卸荷、 破碎以及渗水较大岩层等不良地质地段、 潜在的不稳定岩体或拉裂蠕变岩体时可采用预应力锚杆处理方案。 ” 前后呼应不 够。并且, “事物是相比较而存在的” , “没有比较就没有鉴别” 。所谓“ 该预应 力锚杆加工制作方便,工效高,施工质量易得到保证,且施工工期短” 的结论 不知何从而来。“预应力锚固”是处理不良地质条件或岩体(围岩、边坡、基础稳定性 问题的“一种”支护设计方案、方法(作者将它定义为“施工技术”似乎不严 谨 。而“可供选择”的设计方案很多。所以,选择“预应力锚杆”必有其选择 的理由和条件,而作者在阐述“三、预应力锚固设计”中并没有交待,读者也 不好借鉴。作者的定位是什么?是设计?施工?还是监理?通读全文可知, “设计” 、 “施工”并非作者的强项。所以,建议作者以监理