1 概述
自進式錨桿是一種將鉆進,注漿,錨固功能合而為一的錨桿,能夠保證在復(fù)雜地層(斷裂帶、破碎帶、軟巖、土層等不易單獨打鉆成孔)條件下的錨固效果,具有可靠、高效、簡便的特點。其構(gòu)造見圖1。具體特點如下:
①自進式錨桿采用良好的厚壁無縫鋼管材料及做工精良的配件,真正實現(xiàn)了自鉆式錨桿鉆孔、注漿、錨固等功能的統(tǒng)一;鉆桿及錨桿合而為一,在風(fēng)化巖,碎巖層,回填區(qū),砂,粘土,圓卵石層等不需套管護壁,即能形成錨孔,保證錨固與注漿效果。操作簡便,快捷省時,節(jié)省25%工作量,縮短工程工期。
②高效能的注漿,充填裂隙,固結(jié)巖體和土層,控制地下水,具有良好的注漿擴散半徑及可靠的錨固質(zhì)量。
、圩赃M式中空注漿錨桿前有穿透力強的鉆頭,在一般鑿巖機械的作用下,可以輕易穿透各類巖石。
④鉆桿的錨桿體無需拔出,其中空可作為注漿通道,從里至外進行注漿。
、莞咝艿闹?jié){塞使注漿能保持較強的注漿壓力,充分地充填空隙,固定破碎巖體,高強度的墊板、螺母可以將深層圍巖應(yīng)力均勻地傳遞到周壁圍巖上,達到圍巖與錨桿互為支護的目的。(本文主要用于超前支護,對抗拔力沒有要求,所以不用墊板和螺母。本文介紹的自進式錨桿長6m,由8節(jié)錨桿節(jié)段組成)。
自進式錨桿用于由中鐵十七局一公司承建的杭瑞高速畢節(jié)至都格段T6合同段雞公山隧道,此隧道位于貴州省畢節(jié)地區(qū)納雍縣境內(nèi),場區(qū)海波1725.8~2214.7米,相對最大高差488.9米,隧道最大埋深420米,典型的喀斯特地貌,多溶洞、多斷層,地質(zhì)復(fù)雜。雞公山隧道為分離式隧道,左幅起訖里程ZK131+345~ZK134+290,長2945米,右幅起訖里程YK131+310~YK134+295,長2985米。
2 雞公山隧道圍巖情況
雞公山隧道出口右洞2013.5.23日掌子面開挖至YK133+372,掌子面圍巖為灰白、灰紫、褐色石英砂巖,巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育,極破碎,各結(jié)構(gòu)面閉合性差,質(zhì)脆,整體穩(wěn)定性極差,臨空地帶部分呈散體狀塌落,開挖均為機械直接可開挖。另外掌子面存在多處涌突水,總涌水量5-8L/S,現(xiàn)場安排5臺水泵進行涌突水抽排,在滲涌突出水的作用下,臨空的掌子面及拱頂一直發(fā)生塊狀、碎石狀等散體狀塌落,且有越塌越多的趨勢,作業(yè)人員無法進入掌子面范圍內(nèi)作業(yè),只能組織集中、不間斷抽水強排至洞外。至2013.6.8日,受降雨影響,掌子面突涌水量逐增,導(dǎo)致拱頂松散體不斷垮塌堆滿掌子面,塌方量達400余方。
3 施工方法
雞公山隧道該段圍巖原設(shè)計為Ⅲ級圍巖,無法滿足隧道施工人員安全,由于圍巖特別破碎,且涌水量很大,打鉆不易成孔,普通超前小導(dǎo)管支護無法施工。經(jīng)研究決定采用自進式錨桿代替普通超前小導(dǎo)管支護,自進式錨桿與鉆桿合二為一,可以避免塌孔、無法插桿、注漿不飽滿等難題。具體方案:在拱頂120°范圍內(nèi)增設(shè)三排Ф51×5mm自進式錨桿,錨桿傾角10~15°,長度L=6m,環(huán)向間距30cm,搭接長度2m。為達到快速止水、加固拱頂塌方穩(wěn)定周邊巖體效果的目的,對自進式錨桿內(nèi)注水泥、水玻璃雙液漿。此段圍巖級別由原設(shè)計Ⅲ級調(diào)整為Ⅴ級,支護襯砌類型由S-Ⅲa調(diào)整為S-Ⅴa,主要支護參數(shù):初期支護采用I20b工字鋼架(全封閉),工字鋼縱向排距50cm一榀;中空錨桿長4.5m,環(huán)向間距1.2m,縱向排距0.5m,噴射砼厚度28cm,二襯厚度60cm。自進式錨桿施工圖見圖2~4。
施工工藝流程:清理場地—搭設(shè)施工平臺—機械設(shè)備材料配備—鉆孔打錨桿—注漿—拆除工作平臺—掌子面掘進及支護。
3.1 施工準備 自進式錨桿采用ZDY-620煤礦用坑道鉆機施工。首先搭設(shè)施工平臺(或利用洞渣堆積成平臺),人工或機械將要施工的場地平整好,以便鉆機能自由操作。將各種風(fēng)管和水管接好,保持各種管路暢通,施工人員到位,各種機械設(shè)備無故障,備好各種料具(Ф51×5mm自進式錨桿、鉆頭等,自進式錨桿每節(jié)長80cm,端頭有絲扣,可以任意接長,錨桿體按設(shè)計圖紙要求加工出擴散漿
液孔)。
3.2 自進式錨桿鉆進施工 自進式錨桿鉆孔施工采用ZDY-620煤礦用坑道鉆機,首先將坑道鉆機與挖掘機鏟頭焊接牢固,通過挖掘機及鏟頭移動調(diào)整鉆孔位置及方向。根據(jù)地形及地質(zhì)情況,調(diào)整好挖掘機及坑道鉆機的鉆進位置及角度,在第一節(jié)錨桿的前端套上鉆頭,接通風(fēng)管、水管,啟動空壓機,開始鉆進,錨桿以10~15°外插角打入圍巖體,每節(jié)錨桿長80cm,整根錨桿需要8節(jié)錨桿節(jié)連接起來,當?shù)谝还?jié)錨桿鉆進70~75cm(露出5~10cm,便于連接下一節(jié)錨桿)時停止鉆進,連接下一節(jié)錨桿,錨桿之間絲扣連接,用配套扳手將錨桿擰緊,經(jīng)檢查錨桿連接牢固可靠時繼續(xù)鉆進,直至第八節(jié)錨桿一半鉆入巖內(nèi),然后卸下鉆機,把錨桿留到巖層內(nèi),等待注漿,一根錨桿鉆進施工完畢。每根自進式錨桿設(shè)計長6m,最后需截斷外露的40cm錨桿(一般在注漿完成且漿液凝固后截斷多余錨桿)。
3.3 注雙液漿
、偎-水玻璃漿液。以水泥和水玻璃為主劑,兩者按一定的比例以雙液方式注入?朔藛我核酀{的凝結(jié)時間長且不能控制、結(jié)石率低等缺點,提高了水泥注漿的效果,擴大了水泥注漿的適用范圍。
、谒AЪ捌渥饔。水玻璃分子式:Na2O·nSiO2,作為速凝劑使用、作為主材料使用,增強早期強度。
、鬯嗯c水玻璃的化學(xué)反應(yīng)機理。水泥本身的凝結(jié)和硬化主要是水泥水化析出凝膠性的膠體物質(zhì)所引起的,在硅酸三鈣的水化過程中產(chǎn)生氫氧化鈣。當加入水玻璃后,水玻璃馬上與新生成的氫氧化鈣反應(yīng),生成具有一定強度的凝膠體水化硅酸鈣。
、芩-水玻璃漿液的特點。水泥漿的水灰比為0.8:1~1:1;水泥漿與水玻璃的體積比1:0.3~1:0.5;水玻璃模數(shù)2.4~3.4,波美度22~40°。漿液的凝膠時間可準確控制在1~3分鐘范圍內(nèi);結(jié)石體的抗壓強度達5~10MPa;凝結(jié)后結(jié)石率可達100%;結(jié)石體的滲透系數(shù)為10-3cm/s;可用于裂隙寬度為0.2mm以上的巖體或粒徑為1mm以上的
砂層。
、葑{工藝。當一環(huán)自進式錨桿鉆進施工完成一部分,有注漿工作空間時方可進行注漿施工。根據(jù)圍巖情況和施工進度要求,自進式錨桿注漿液采用水泥、水玻璃雙液漿。雙液漿選用水泥漿:水玻璃體積比為1:0
.3~0.5(水玻璃濃度為35波美度),雙液漿凝結(jié)時間一般在1~3分鐘之間,雙液漿一方面起止水作用,一方面固結(jié)破碎的。]圍巖體。雙液漿注漿采用雙液方式注入,拌合好的水泥漿與稀釋的水玻璃通過混合機混合后經(jīng)過注漿連接頭注入自進式錨桿。壓漿時要保持壓漿高壓管順直,注漿壓力為0.5~1.0MPa,漿液擴散半徑1m左右。雙液漿凝結(jié)時間較短,混合機存放的雙液漿不易過多,邊注漿邊拌制。每根錨桿壓漿量約為1.6~2.0m3,壓漿量根據(jù)注漿機壓力大小或根據(jù)水泥制漿機的消耗速度確定,一根自進式錨桿壓漿完畢后,立即關(guān)閉止?jié){閥,保持錨桿內(nèi)壓力,并防止?jié){液倒流出來,待漿液終凝后截斷外露的錨桿,結(jié)束注漿工作。撤走各類機械設(shè)備,拆除工作平臺,清理場地,進入下一道工序。壓漿工藝流程如圖5。
、薹蓝鹿艽胧K-水玻璃漿液的主要特點之一是膠凝時間快(一般控制在1~3分鐘范圍內(nèi)),采用雙液方式注入,施工工藝較單液復(fù)雜。以上特性容易造成注漿間歇過程中堵管故障的發(fā)生。為了減少堵管故障的發(fā)生,雙液漿施工過程中應(yīng)注意以下幾點:
1)輸漿管路的安裝應(yīng)盡量縮短漿液匯合管的長度,漿液匯合管的長度應(yīng)控制在1米以內(nèi);水泥-水玻璃漿液匯合處的三通混合器應(yīng)安裝減壓閥,并可通過減壓閥注水清理匯合管路;
2)雙液注漿臨時停止前應(yīng)停用水玻璃,以單液水泥漿方式再注漿1~2分鐘,用純水泥漿置換出注漿管路里的雙液混合漿液,防止輸漿管路的堵塞;
3)充分做好雙液漿注漿前的準備工作,減少注漿過程中臨時停注次數(shù)和時長。
3.4 掌子面掘進施工 一環(huán)自進式錨桿施工完畢后,進行隧道開挖作業(yè),先用挖掘機挖除可直接開挖部分巖體,個別大塊巖石采用乳化炸藥爆破施工,短進尺、勤支護,一循環(huán)掘進不超過1m,開挖完成后先初噴砼,然后施工中空錨桿、鋼筋網(wǎng)、工字鋼架、噴射砼,再進入下一循環(huán)施工。初期支護主要支護參數(shù):中空錨桿長4.5m,環(huán)向間距1.2m,縱向排距0.5m;?準6.5鋼筋網(wǎng)20*20;I20b工字鋼架(全封閉),工字鋼縱向排距50cm一榀;噴射砼厚度28cm。初支完成后,及早施做仰拱、二襯。
4 結(jié)束語
2013年6月20日,我項目順利的通過此段圍巖施工,采用自進式錨桿進行超前支護,為我項目隧道施工提供了安全保證,并且節(jié)省了25%的工作量,爭取了時間,為控制性工程-雞公山隧道今年底貫通奠定了基礎(chǔ)。自進式錨桿在我項目的應(yīng)用,使我學(xué)到了一種隧道復(fù)雜圍巖施工技術(shù),增加了隧道施工知識;同時,也為隧道類似圍巖施工提供了經(jīng)驗,頗具有指導(dǎo)意義。
自進式錨桿主要用于斷層破碎帶超前支護施工,在復(fù)雜地質(zhì)條件下取代普通小導(dǎo)管,克服了普通小導(dǎo)管諸如塌孔、無法插桿、注漿不飽滿等難題,發(fā)揮了超前支護的作用,保證了圍巖的整體穩(wěn)定,確保了施工人員及隧道的安全,具有較好的應(yīng)用價值。
參考文獻:
[1]弓天云,蔣樹屏,侯金龍等.JTG F-2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].
[2]劉志剛.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].
[3]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2003.
[4]草野一人(日).地基加固和防水藥液設(shè)計施工手冊[M].中國鐵道出版社.