锚杆加固李浩.docx

1、锚杆加固李浩隧道工程施工学 院：_明德学院_专 业： 土木交通专业_班 级： 交通09152_学 号： 092003111634_ 姓 名： 李 浩_2012年11月9日预应力对拉锚杆在小净距隧道加固中的应用摘要：结合一座520m的双向六车道公路隧道的建设，介绍了预应力对拉锚杆在小净距隧道中央岩柱体加固的的设计计算和施工工艺。关键词：小净距；对拉锚杆；设计；施工Abstract: combined with a 520 m two-way six lanes of the road tunnel construction, this paper introduces the pre-stres

2、s to pull anchor in the small interval tunnel in the central rock reinforcement design and calculation of the cylinder of and construction process.Keywords: small interval; To pull anchor; Design; construction小净距隧道是介于普通分离式隧道与连拱隧道之间的一种结构型式，由于不受地形条件以及总体线路线型的限制，其较连拱隧道有施工工艺简单、造价较低的特点，愈来愈受到工程界的育睐。但山于小净距隧

3、中间岩柱体厚度远小于普通分离式隧道，其围岩变形和支护结构受力较为复杂。中央岩柱体的稳定性是小净距隧道是否成功的关键，应根据情况对中夹岩柱体采用大吨位预应力锚索、对拉锚杆、无阽结钢绞线、小导管预注浆等技术进行加固。本文结合一座小净距隧道围岩的受力、变形特点，介绍了小净距隧道中间岩体加固中预应力对拉锚杆的设计与施工过程。1工程概况黄石山隧道为温州市龙湾区灵昆大道上的一座控制性工程，隧道按一级公路分离式双向六车道标准设计。隧道左线长度514m，右线为520m，隧道设计净宽14.0m，净高5.0m（断面开挖宽度达16.8m，开挖高度达11m）。隧道通过的地层为第四系粘土碎石和凝灰岩，洞身的围岩以微风化

4、凝灰岩为主，隧道围岩为级和级，隧道双洞中间岩柱最小净宽为9.25m。2设计计算隧道在右线桩号k3+410至k3+470约60m长区间中间岩柱岩体较差，为保证岩体稳定，设计采用预应力水平对拉锚杆进行加固，采用型号为32mm的精轧螺纹钢筋，设计标准张拉应力为 100KN，水平对拉锚杆与16号工字钢拱架相间布置，初步拟定间距为80cmX80cm。设计计算采用弹塑性本构模型，德鲁克普拉格屈服准则，采用实体单元模拟岩体、二衬及初喷砼，锚杆采用杆单元。左右边界为距隧道边沿左右各30m，上部边界为真实地面，下部为距隧道底30m。围岩、喷混凝土、锚杆和二次衬砌的物理力学参数根据地质勘察报告、有关规范和实际经验

5、确定（见表1），IV级围岩计算参数表表1本隧道是小净距隧道，设计先行开挖洞是右洞，右洞开挖完毕后，中间岩柱的变形如图1，可以看出，在距隧道开挖线以外（边墙）5m的范围内，应力变化最为明显，最大挤压应力达869.47KPa,中间岩柱的挤压变形最大2.6mm，中间岩柱的变形图。左洞右边墙开挖后，对其中间岩柱进行了预应力水平对拉锚杆加固，加固后的主应力云图见图3，岩柱的挤压应力达1092KPa,最大变形量2.8mm见图4。虽然岩柱的变形量有所增大，但是变形区内没有塑性变形区出现，中间岩柱基本稳定，变形在可控范围之内。从以上的模拟计算可以看出，由于左洞（后行开挖）的施工，对右洞有扰动作用，从而出现了应

6、力松弛，右洞因而产生的变形较左洞大。设计通过对破碎地带中间岩柱采取了预应力水平对拉锚加固，有效减少了先行开挖洞对后开挖洞室的影响，有利于洞室的整体稳定。3施工方案预应力对拉锚杆加固区间长度共计60米。采用的材料为32精轧螺纹钢筋，工程数量为2961米/183条。3.1施工方法及主要施工机具、劳动力的配备预应力对啦锚杆以机械为主、人工为辅的作业方法。施工机具及劳动力配备如下：24型潜孔钻1台、二次灰浆搅拌机1台、JZB-2型挤压式注浆机1台、千斤顶1台、压力表、技工5名、普工10名。3.2施工时间预应力对拉锚杆施工计划，计划工期80天。3.3施工工艺流程预应力对拉锚杆采用以下施工工艺流程：成孔安

7、装预应力32精轧螺纹钢系统浇注垫墩待垫强度达到设计强度85%后进行预应力张拉孔内注浆封锚。施工测量放样根据设计要求，首先对K3+410K3+470进行施工测量放样。成孔采用潜孔钻进行钻孔施工，根据围岩情况严格控制钻孔进尺进度，并随时检测钻孔倾斜度，允许偏差3%，孔径为10。安装预应力精轧螺纹钢系统在安装预应力精轧螺纹钢前，首先要进行清孔，用高压空气将岩粉和杂物清除干净，接着按编制的序号逐个安装已抽检试验合格后的对拉锚杆，沿锚杆轴线方向每隔1.52.0m设置一个对中器，并且连接用连接器加固好。浇注砼垫墩砼垫墩采用C40现浇，布置两层10钢筋网片，其间距为5，钢套管一端与垫墩预埋锚垫板进行焊接，确

8、保注浆孔与孔内是相通的。预应力锚杆张力待锚垫的强度达到设计强度85%后进行预应力张拉，张拉采用两端同时张拉，而且左右错开张拉，张拉时实际伸长值与理论计算伸长值之差控制在6%以内。张拉程序如下：0初始应力（10%k）k105%k(持续2min锚固)孔道压浆锚杆张拉锁定后，预应力锚杆压浆采用孔底返浆方法，即锚杆一端封闭，把1.0注浆管从另一端伸入封闭端底部。注浆所用的浆液为水泥砂浆，水泥砂浆水灰比0.5，在张拉完毕后，孔道应尽早压浆，压浆施工应均匀、连续地进行，注浆压力不小于2.0Mpa，且最少维持2min，直到孔道的注浆端出口处冒出不含水沫气的浆液，且其稠度与压注的浆液稠度相同时即行停止（流出浆

9、液的喷射时间不小于10秒），然后应将所有出浆口和孔眼封闭。封锚孔道压浆完成后，用切割机切掉在锚具以外留的预应力锚杆，然后设置钢筋网，封锚砼采用C25喷射砼。4结语通过对一座小净距隧道中间岩体的加固，介绍了预应力对拉锚杆的设计和施工应用。截至目前，该隧道已经运营2年多，状态良好。本文介绍对拉锚杆的设计和施工方法，以供类似隧道参考。参考文献：1 JTG D70-2004公路隧道设计规范.2 JTJ042-94公路隧道施工技术规范.注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。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

10、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2520m）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

11、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/E70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

12、小于35Mpa，锚杆孔口承压垫座尺寸为150mm150mm10mm，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，梅花型布置，间排距1m，共计1130根预应力锚杆。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

13、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：（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置相结合。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

14、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（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

15、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处焊接6mm的圆环作为对中装置。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置。杆体送至要求位置时，停止推送，然后用木楔临时

16、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，并调整托板位置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TG1000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

17、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510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

18、换算表格将扭力扳手的读数（NM）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，

19、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

20、量等级表注浆质量等级优良（A）合格（B）不合格（C）不合格（D）注浆密实度907589507550金康隧道K3+100mK3+148m段预应力锚杆无损检测成果表序号锚杆桩号距底板高度(m)锚杆位置(m)设计长度(m)实测长度(m)锚固长度(m)缺陷位置砂浆密实度质量等级1K3+1006.5左边墙6.06.05.7基本满浆93优良2K3+1043.4右边墙6.06.05.73.8m处欠密实85合格3K3+1088.5顶拱6.05.945.754.14.5m处欠密实80合格4K3+1124.1左边墙6.05.955.68饱满100优良5K3+1166.0右边墙6.06.05.71基本满浆94优良6

21、K3+1208.0顶拱6.06.05.7饱满100优良7K3+1242.5左边墙6.05.935.71.2处欠密实82合格8K3+1283.5右边墙6.05.965.685.1处欠密实88合格9K3+1327.9顶拱6.06.05.75.05.2处欠密实87合格10K3+1364.6左边墙6.06.05.7基本满浆90优良11K3+1401.8右边墙6.06.05.7饱满100优良12K3+1488.2顶拱6.06.05.77基本满浆91优良金康隧道K3+100mK3+148m段预应力锚杆共完成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

22、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。测点布置示意图及收敛观测成果如下：测点布置示意图监控量测收敛变化量统计表序号监控断面观测时间顶拱A点顶拱A点左边B墙右边C墙BC相对位移沉降位移位移相对位移AA(mm)A(mm)B(mm)C(mm)BC(mm)1K3+1102008-11-120.00-0.020.17-0.120.052008-11-180.15-0.131.48-1.080.40累计变化量0.15 -0.11 1.31 -0.96 0.35 2K3+

23、1302008-11-120.05-0.05-0.03-0.02-0.052008-11-180.50-0.25-0.10-0.75-0.85累计变化量0.45 -0.21 -0.08 -0.72 -0.80 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

24、护技术规范（GB50086-2001）2、水电水利工程预应力锚索施工规范（DL/T5083-2004）3、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“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

25、“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，建议作者以监理人的定位、以预应力锚杆的质量控制为主线展开阐述为好。而不是介绍、推荐预应力锚固在隧洞工程开挖支护中的应用。即使介绍“预应

26、力锚杆”的施工监理，也要事前了解“预应力锚固”机理、特点、关键点、了解设计意图，从而明确监理的要点、关键点、程序、方法。文章既要全面系统，又要重点突出。一篇文章，是一个有机整体。前后、彼此应该互相呼应、互相支持，不能前后矛盾。图文、表格数据链不能错位。工程术语、用词应该准确贴切（请参见批注）、计量单位符号要规范。观 后 感 观看后受益良多，同时了解到锚固技术在岩土工程中应用广泛，但岩土锚固理论还不完善。大多数锚固工程的设计仍采用工程类比法或半理论、半经验的方法，而且更注重传统经验的沿用。目前数值模拟锚杆的加固作用的两种常用方法都没有考虑加锚后节理岩体的断裂韧性的改变对锚杆锚固作用效果的影响。

27、以锚杆和节理面共同变形为基础，探讨了锚杆最优锚固角和变形角随节理切向位移和节理摩擦角变化的规律。在此基础上采用模型材料进行了断裂韧性测试，以研究锚杆的增韧止裂作用效果。试验得出了断裂韧性K随锚固位置系数D变化的规律，加锚后试件断裂韧性可以提高50135。并将试验得到的关于锚杆的增韧止裂作用效果反映到多裂隙岩体三维弹塑性损伤本构方程中，应用于厦门东通道工程跨海通道主体工程第三轴线暗挖隧道的稳定性分析。计算结果表明：在断裂损伤数值计算中考虑锚杆对裂隙的增韧止裂作用可以更好地反映锚杆的加固效果。 随着我国各类铁路、公路、城市轨道交通工程的大力发展,所要求的各种隧道工程数量、里程空前庞大。这些隧道当中

28、,很大一部分都是在地质条件差的软弱围岩中修建的。由传统新奥法派生出来的“CD”工法、“CRD”工法、侧壁导洞、眼睛工法等在处理这些隧道时发挥过积极的作用,但也有许多的局限性,如材料浪费、工期缓慢、形变过大等,其中不免还有一些失败的惨痛教训。因此,如何在地质条件复杂、自稳能力差的软弱、破碎围岩或土质围岩中,实现隧道安全、稳定、高效的全断面掘进,是各国隧道界亟待解决的问题。意大利的Lunardi,P.早在上世纪70年代就开始研究预加固全断面开挖隧道施工技术,在理论、实践上都取得了相当的成绩;韩国的Chungsik Yoo通过三维有限元计算,比较了不同地质条件、埋深条件下隧道的玻璃纤维注浆锚杆全断面

29、预加固效果,并得到了玻璃纤维注浆锚杆超前加固的有效长度;我国的肖广智等对隧道全断面预加固工法作了详细的介绍,罗列了各种全断面预加固措施,并详细比较了全断面预加固工法和传统新奥法的优缺点 在铁路隧道建造中取得成功经验的锚杆预加固浅埋隧道（主要是洞口地段）地表的施工技术，已在若干公路隧道的建造中得到拓宽应用，并取得了明显的经济效益。这种在日本被称为“垂直缝地工法”的工艺，尽管其功能与隧道洞内支护中使用的锚杆类似，但锚杆是在隧道开挖前从地面打入的，即采用的是“先加固，后进洞”的方法。它与传统的隧道施工方法相比，具有增强围岩整体稳定性，抑制因隧道开挖产生的地层下沉，简化施工四字，减少明洞长度，减轻植被的破坏，降低工程造价等优点。因此，对于跨度一般都比较大的浅埋公路隧道洞口段，是一项值得普遍采用的施工技术。2锚杆预加固浅埋隧道地表的效果及其量化分析2l锚杆预加固浅埋隧道地表的效果浅埋隧道洞口段开挖后，洞室上方岩体因原有平衡被破坏和临空面的形成，一般会产生向洞室内的竖向下沉和向洞口端的纵向沿坍，对于大多呈大跨扁平形状的高等级公路隧道，这种现象会更加明显。如果仅仅依靠开挖后洞室内的支护，往往难以使这些位移得到及时抑制，即使以最快的速度进行支护，也需要一定时间才能形成支护的强度和刚度。