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WT中空注浆锚杆施工工法 (2002 19 工字 13 号) 中铁十九局集团有限公司 岳晓东张永治 柏威杨大林 一、前言 锚杆支护是隧道施工支护的重要形式，它能有效地控制由于爆破及其它手段开挖而使围岩产生的岩 体松动， 提高围岩的稳定性。WT中空注浆锚杆曾获得中国土木工程学会隧道及地下工程分会第十届年会 推荐产品的称号。在三线大跨度隧道的施工支护中，根据其跨度大、围岩破碎的特点，在既要保证施工 安全， 又要保证施工进度的情况下，我们选用了这种高强高效的WT中空注浆锚杆， 经总结提高形成本工 法。 二、工法特点 1、安装方便，不需现场加工螺纹，就可方便地安设垫板、螺母。 2、注浆饱满，并可实现压力注浆，提高工程质量。 3、由于各配件的作用，杆体的居中性很好，砂浆可以将锚杆体全长包裹，避免锈蚀的危险，达到长 期支护的目的。 4、技术容易掌握，利于推广和应用。 三、适用范围 1、 适用于隧道内地质较差、围岩破碎地段的锚固支护和超前支护。 2、 适用于隧道坍方、断层地段的整治。 四、施工工艺 （一） 、工艺原理 （插入相关内容） WT中空注浆锚杆 ( 见图 1) 是一种新型锚杆，锚杆直径为25mm ，表面带有螺纹，中间有一空孔，锚杆 插入已由凿岩机凿好的锚孔内，锚头上的倒刺立即将锚杆挂住。在一些特别破碎的围岩中，为防止锚头 上注浆被岩屑堵塞，保证砂浆流动顺畅，可以在杆体的前部相隔一定距离钻一些孔径为?6 的注浆孔， 然 后通过空孔注浆固结，固结后的围岩成一整体，在锚杆强大抗拔力的作用下，围岩有了充分的自承能力， 加大了围岩的稳定性。 带倒刺的锚头 止浆塞 螺母 岩面 注浆后的岩体 WT 中空注浆锚杆 注浆后扩散范围 垫板 6mm 孔径 图 1 WT中空注浆锚杆原理示意图 ( 二) 、工艺流程（见图2） 施 工 准 备 锚杆的组装钻孔、清孔 边墙锚杆施工 清 理 岩 面 支立脚手架 拱部锚杆施工 检 查 安装止浆塞垫板螺母 注浆 检 查 安装止浆塞垫板螺母 注浆 清 理 现 场 不合格 不合格 合格 合格 图 2 工艺流程 ( 三 )、操作要点 1、 施工准备 a)施工现场达到三通，即电通、水通、路通。 b)清理锚杆孔口岩面，使岩面与钻孔方向垂直，如不垂直，安装锚杆时可用特制垫板调整，使托 板密帖岩面。 c)准备好锚杆的各部件，准备好钻孔机具及配套设备。 d) 确定砂浆施工配合比。 e) 准备好各种质检记录表，格式见锚杆喷射混凝土支护技术规范。 2、 钻孔及清孔 a)根据设计所规定的孔位、孔径、长度与倾斜钻孔。钻机选用YT28气腿式风枪，钻头采用?51mm 梅花形合金钢钻头。 b)成孔后用高压风清孔，将孔内壁及根部残留废土清除干净，切忌用水清洗。 c) 成孔孔壁必须顺直、完整。 3、锚杆的施工 (1) 、锚杆的长度 ( 见图 3) 决定锚杆长度时，应了解坑道围岩情况(一般在施设锚杆2.5m 范围内 ) ，使锚杆的锚固段尽量锚固在 较好的岩层中，才能保证与围岩共同作用，对于层状或非层状岩石的锚杆长度可由下式计算。 L1=c1+h+c2 式中 L1层状岩石时，锚杆长度（m ） ； c1锚杆插入坚硬岩石内的深度一般为 250300mm ； h直接锚入围岩的厚度； c2锚杆外露长度。对金属锚杆，为垫板 及螺母高度再加50100mm 。 L 2(1/2 1/4)B 式中 L2非层岩石中锚杆长度（m ） ； B坑道宽度（m ） 。 (2) 、锚杆的间距与排距 锚杆的间距不宜大于锚杆长度二分之一，一 般为 0.5 1.2m，并不得大于1.25m。围岩较坚固 时可取上限值，围岩较弱时则用下限值。锚杆间距 排距 t 可用下式计算： t= Q/（1.5 1.8 ）krh (m) 式中 Q锚固力或杆体拉断的较小值； k安全系数 , 通常取 3； r顶板岩石容重（t/m 3） ； h被锚围岩层厚度（m ） 。 (3) 、锚杆布置 ( 如图 4) 锚杆按梅花形布设，纵向间距为2m ，横向间距为1m 。锚杆应与岩体主结构面成较大角度布置，当主 结构面不明显时，可与隧道周边轮廓垂直布置。 内轨顶面 垫板 WT 中空注浆锚杆 梅花形布置 锚杆纵断面图 L=5.0m 图 4 锚杆在岩面的布置 C1 h C2 图 3 锚杆长度组成 (4) 、锚杆施工工艺对支护效果的影响( 见表 1) 表 1 锚杆施工工艺对支护效果的影响 序 号 现象主要原因影响 1 眼孔不直钻孔时，凿岩机下端位移移动锚杆不易安装到孔底 2 钻孔过深或过浅钻孔直径过大或 过小 未按设计要求施工降低锚固能力 3 眼孔内有碎屑清孔风力不够安装锚杆、注浆均困难 4 灌浆时砂浆下淌砂浆过稀或孔口堵塞不良孔内砂浆不饱满，降低锚固能力 5 压力表读数不在控制范围内注浆压力不够或不稳 孔内砂浆不能达到注浆孔底部，杆体不能全长包裹， 日久 锚杆体容易锈蚀 6 止浆塞内孔堵塞锚孔中的空气未被排净锚孔内注浆不密实，降低锚固能力 7 灌浆时注浆管外壁粘浆过多 灌浆时，注浆管未同时抽出或所用砂浆 过稀 减少了孔内砂浆，降低锚固能力 （5） 锚杆抗拔力的试验 a) 抗拔力试验应在现场实际工点上进行。 b) 试验时注意事项： 应保持拉力计（或千斤顶）与锚杆外露部分平行； 加力时，应匀速缓慢； 拉力计（或千斤顶）应固定牢靠，并有安全保护设施。 锚杆 砂浆螺帽 注浆机 高压软管 灌浆阀门 关闭阀门 灌浆管 6注浆孔 图 5 注浆结构示意图 4、 注浆作业 ( 注浆结构见图5) (1) 、注浆工艺流程( 见图 6) 水 砂浆搅拌机 砂 储浆桶 注浆桶 2 注浆桶 1 压力表 压力表 混合器 混合器 高压输浆管 图 6 注浆工艺流程图 止浆塞 WT 锚杆 水泥 WT锚杆 (2) 、注浆材料 a) 、注浆材料采用水泥砂浆，水泥选用32.5R 以上的普通硅酸盐水泥, 质量应符合硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥的各项指标（GB175 99）标准。河砂应符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法 （TBJ5392）标准。 拌和水应符合 铁路混凝土及砌石工程施工规范(TBJ21086) 中的第 2.4.1条的 各项规定。 b) 、注浆用水泥砂浆属富水砂浆, 砂浆的水灰比为0.6:1,灰砂比为1:1, 每立方米浆液投入水泥 1400kg 左右。水泥砂浆试块经标准养护后，7d 抗压强度为12.7Mpa,28d 抗压强度达到24.8Mpa。 c) 、砂浆拌制采用Y132S-4 型拌合机 , 一次拌合量为2.5 立方米。 (3) 、注浆参数 a) 、注浆压力选择：采用一次升压法注浆，注浆压力要控制在0.6 0.8mpa之间。 b) 、注浆量理论计算 单孔浆液压入量计算： RLn 式中： Q单孔浆液压入量（m 3） R浆液扩散半径（m ） L注浆段长度（m ） 浆液在裂隙内的有效充填系数，视岩层性质而定, 约 0.3 0.9 。 n体积裂隙率,一般取 110，破碎地带取30 40。 损失系数，取1.1 1.5 。 则每根锚杆理论注浆量Q=1.33m 3。 5、 锚杆的机理作用 对大跨度的隧道支护，现着重分析一下锚杆支护的减跨作用和围岩补强作用。 a) 减跨作用（见图7） (1) 、机理：把大跨支护结构变为若干小跨结构。 （2）技术特点：高时效深孔锚固，有孔口锚固，才有明显效果。 b ）围岩补强作用（见图8） (1) 、在围岩应力重分布中，起“约束收敛”作用。 (2) 、锚杆约束岩土体径向变形，提高切向抗剪切力。 P 锚杆约束力P 径向形变量 五、机具设备 ( 见表 2) 表 2 机具设备 序号机具名称型号规格单 位数 量用途 1 气腿式风枪FT160BC 台1 钻孔 2 加压泵OBD 型台1 注浆升压 3 电动空压机LWJ 201T 台2 清孔、供风 4 风压表0.4 级只4 测空压机压力 5 抽水泵60KW 台1 清除淤水 6 注浆泵0.05m 3/min 台2 锚杆注浆 7 砂浆搅拌机YI32S4 台2 拌水泥砂浆 8 锚杆拉力计ML-20 台1 做抗拔试验、量测锚固力用 9 发电机30KW 台2 现场照明、施工用电 图 8 围岩补强作用图 7 减 跨 作 用 六、劳动组织 ( 见表 3) 表 3 劳动组织 序号作业内容人数 1 锚杆的组装，安设2 2 搭设作业平台8 3 钻孔，清孔18 5 动力、照明、机械用电2 6 负责给水，给风2 7 焊接钢管4 8 备料，制浆，注浆5 9 试验，测量3 10 负责现场的安全管理工作1 11 技术指导1 12 领工员1 合计47 七、质量控制 1、质量控制标准 a) 杆身必须调直无缺损。 b) 锚杆长度应大于孔深610cm ，每根加工长度误差不宜大于+1cm ，并应除去杆上油污、铁锈、 杂质。 c) 钻头的尺寸，应根据锚杆孔径要求决定，当钻头磨损后影响底部孔径尺寸达2mm 时，则应更换 钻头， d) 锚杆孔位置误差不大于+10cm 。 e) 锚杆孔深度，误差不大于+1cm 。 f)钻孔后，孔内石粉必须用高压风清除干净。 g) 钻到设计深度时，若流出的岩粉浆呈黄色或褐色，或钻头击声异常时，说明遇到较软弱的岩石 或破碎夹层，应变更锚杆的深度与位置。 2 、质量保证措施 a）施工中各工序完成后按铁路隧道施工规范（TBJ20496）及铁路隧道工程质量检验验评 标准 （ TB1041798）进行验收，合格后方可进入下道工序，凡不合格者必须进行返工，使其达到质量 标准和设计要求。 b）钻眼孔位应作标记，以免锚杆间距误差太大，降低加固围岩的效果，尤其在锚杆设计间距小时 更要注意。 钻孔直径应大于锚杆直径25 ，为使锚杆周围都有一定厚度的砂浆与孔壁粘结，以保证达到 所需要的抗拔力。为掌握钻眼深度符合要求，岩面应大致平顺，过于凸出的部位应凿除。 c）灌浆前应将孔眼吹净是为了使砂浆与孔壁粘结良好。灌浆饱满与否是保证锚杆质量的关键，灌 浆时将压浆管插入接近孔底，一面注浆一面缓缓匀速将管拔出。当插入锚杆时孔口有砂浆溢出，即表示 孔内砂浆饱满，若孔眼无砂浆溢出应及时补注。 d）锚杆安装位置居中，以使砂浆均匀包裹杆体四周。在孔口可用止浆塞封固，既可固定锚杆位置， 也可防止砂浆大量外溢，拱部的锚杆，尤应注意。 f ）锚杆施工完毕后，由于爆破震动或其它因素的影响, 可能使托板松动，锚固失效。因此，要定 时检查，如发现托板松动, 及时拧紧螺帽。 八、安全措施 本工法除了遵照 铁路隧道施工规范 （TBJ20496） 及 铁路隧道工程质量检验验评标准（TB10417 98）有关规定外，还应注意以下几点： 1、对所有作业人员进行岗前培训，让工人充分认识到安全的重要性。 2、严格用电制度，电线不得挨地，电闸箱要上锁，闸刀盒要有盖，施工用电要有专人负责。 3、作业人员不要站在注浆机后面，以免在注浆时发生窜浆，造成人身伤害。 4、起拱线以上锚杆施工时，锚杆装入孔内一定要挂住，防止意外脱落，造成人员伤害。 5、施工现场的机具、材料不得随处乱放，做到定物、定点堆放。 九、效益分析 1、简化了施工程序，加快了施工进度。 2、改善了施工条件，减轻了劳动强度，操作简便，安全性强。 3、WT中空注浆锚杆与传统的砂浆锚杆即通常所说的螺纹钢筋砂浆锚杆相比，中空设计可以使 锚杆实现注浆管的功能，注完浆后无需象传统的工艺那样拔出注浆管以避免造成砂浆的流失。 十、工程实例 渝怀铁路杉树陀隧道（进口）DK232+290 DK232+440段为三线大跨，最大跨度为21.18 米, 最大高 度为 12.72 米，是渝怀铁路施工中的难点和重点工程之一。杉树陀隧道（进口）洞口及洞身基岩裸露， 岩性为灰岩、白云质灰岩及局部夹页岩、泥岩，层理、节理发育, 有多处断层、溶洞出现，这就对大跨度 隧道围岩的开挖支护提出了很高的要求。 理论和实践证明，通过爆破或其它手段开挖形成地下洞室后，由于洞室围岩的受力状况发生改变， 地应力重新分布，在一定范围内，洞室围岩将产生变形致使岩体松动，形成松动圈（如图9） 。对于地下 洞室而言，由于松动圈内的岩石自稳能力非常差，严重的甚至没有自稳能力，故它对洞室的衬砌结构将 产生非常不利的影响，为了保护洞室空间达到其使用功能，我们用锚杆来加固松动圈，让松动圈释放应 力后恢复其稳定性（如图10） 。 本工程大跨度隧道开挖采用了WT 中空注浆锚杆支护，根据围岩情况， 锚杆长度采用了5.0 米，环向 间距为1 米，纵向间距为2 米，采用梅花形布设。经过三个月的施工，在大跨度隧道洞身共打入了WT 中空注浆锚杆3371 根, 共计 11798.5 延长米，注浆4483.43 立方米，有效地加强了围岩的稳定性，为杉 树陀隧道（进口）三线大跨的顺利施工提供了有力保证。 图 9 隧道开挖后产生的松动圈示意图图 10 用锚杆加固松动圈示意图