摘要：山嶺地區(qū)洞口大多巖層破碎、風(fēng)化嚴(yán)重，在節(jié)理裂隙相當(dāng)發(fā)育的情況下，普通的錨桿支護并不能起到穩(wěn)定邊仰坡、保證洞口施工安全的效果。在這類地質(zhì)條件下，承載力高和耐久性好的壓力分散型錨索對邊仰坡的穩(wěn)定防護可以起到很好的效果，確保隧道洞口的施工及整個運營時期的安全。

關(guān)鍵字：節(jié)理裂隙發(fā)育；洞口防護；壓力分散型；預(yù)應(yīng)力錨索

中圖分類號：U445.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）01-0135-03

隧道洞口施工是隧道工程的一個難點，特別是山嶺地區(qū)的洞口施工非常困難，主要是因為：隧道口部一般都穿越山體表層，而山體表層巖石大都巖層破碎、松散、風(fēng)化嚴(yán)重，且有的節(jié)理裂隙都相當(dāng)發(fā)育，若洞口開挖破壞原山體坡面的平衡狀態(tài)易導(dǎo)致滑坡、崩塌的發(fā)生；洞口大多處于淺埋軟巖地段，并且圍巖破碎松散，隧道洞口部位成洞也較為困難；隧道軸線與山體或巖層走向斜交，洞口顯著偏壓。

近年來，壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索在復(fù)雜高邊坡加固工程中應(yīng)用越來越廣泛。而山嶺地區(qū)隧道洞口地質(zhì)越來越復(fù)雜，將承載力高和耐久性好的壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索運用在洞口防護，將達到長期穩(wěn)固邊仰坡、縮短施工工期、確保安全的目的。

一、工程概況

巖灣隧道是湖北滬蓉西高速公路恩施至利川段的一座長大隧道，隧道左、右線分別長2765.275m、2773m。隧道進口為標(biāo)準(zhǔn)分離式隧道，出口分岔段依次經(jīng)歷普通小間距隧道、超小間距隧道、變間距夾心連拱隧道和定間距夾心連拱隧道。隧道出口位于小河深切河谷岸坡上，地勢陡峻，自然坡角40o-50o，出露地層為寒武系灰?guī)r，縱橫裂隙將巖體切割成大小不一的塊體，裂隙以高傾角裂隙為主，且節(jié)理和卸荷裂隙發(fā)育以及部分層面夾泥等不良情況。由于初期對地質(zhì)情況認(rèn)識不足，錨桿的防護沒能保證邊仰坡的穩(wěn)定。在中導(dǎo)洞爆破出洞后洞口在隧道中導(dǎo)洞開挖爆破過程中底部出現(xiàn)卸荷作用，邊坡平衡遭到破壞，發(fā)生垮塌。

為保證隧道的安全出洞及臨近大橋施工單位的人員和設(shè)備安全，根據(jù)臨時防護與永久防護相結(jié)合即安全、可靠、便于施工的原則制定了具體的技術(shù)方案，主要有：增設(shè)洞口肋板套拱，套拱上設(shè)置6片鋼筋混凝土肋板以支撐洞口倒坎；以肋板頂部的橫梁為界，仰坡上部施作單墩預(yù)應(yīng)力錨索，間距3m*3m，共設(shè)置4排，錨索長度分別為30m、25m、20m、16m，向下俯斜35o~40o；仰坡下部采用水平預(yù)應(yīng)力錨索加錨桿防護的綜合措施，水平預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)置在套拱肋板或地梁上，長30m。預(yù)應(yīng)力錨索為壓力分散型，是該方案的主要力學(xué)承載體，其成功的施工、工作對出洞的安全起著至關(guān)重要的作用。

二、壓力分散型錨索的基本概念

壓力分散型錨索屬于單孔復(fù)合錨固系統(tǒng)。是指在同一鉆孔中安裝幾個單元錨索，而每個單元錨索有自己的索體、自由長度和固定長度，而且承受的荷載也是通過各自的張拉千斤頂施加的，并通過預(yù)先的補償張拉（補償各單元錨索在同等荷載下因自由長度不等而引起的位移差）而使所有單元錨索始終承受相同的荷載[l]。

三、壓力分散型錨索的主要優(yōu)點

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)合理，錨固端壓力分散合理。由于受力更加均衡，避免了由于應(yīng)力集中導(dǎo)致的錨索失效，增強了錨固效果和減緩錨索應(yīng)力損失時間，從而延長了錨固壽命，達到長期穩(wěn)固邊坡的目的。

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索依靠承載板傳遞錨固力，對鋼絞線與漿體的粘結(jié)力沒有很高的要求，降低了不可靠因素，可以提供更大的錨固力。

壓力分散型錨索采用了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，油脂及高密度聚乙烯（PE）塑料可以提供有效的保護。

壓力分散型錨索可以縮短錨索長度，節(jié)省工程材料。注漿工序一次完成，不需要區(qū)分錨固端和張拉自由段，減少了施工工序，大大縮短了施工工期，降低了工程造價。

壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索是由多個單元錨桿按一定技術(shù)要求組合而成的錨索實體，具有將抗拉拔力按技術(shù)要求均衡準(zhǔn)確的分散到各個不同地質(zhì)地段以及局部巖體因變形引起的局部應(yīng)力能分部到整個張拉段上。[2-4]

四、錨索的施工工藝

壓力分散型錨索施工時，相對于拉力型錨索各錨索單元容易產(chǎn)生受力差異，當(dāng)差異較大時，容易造成個別單元應(yīng)力超限或破壞，影響錨固效率，因此科學(xué)合理的施工工藝是應(yīng)力分散型預(yù)應(yīng)力錨索實施的重要環(huán)節(jié)。

錨索的主要施工程序為：孔位放樣—搭設(shè)支架—鉆孔一清孔—錨索編制及安裝一壓漿—錨墩（肋板）施工—張拉—封錨。

（一）放孔位

在洞口邊仰坡安全排查及處理后，根據(jù)圖紙所示錨孔孔位放樣?？孜婚g縱橫誤差不得超過士100 mm，當(dāng)坡面特別不平順或場地特殊困難時，經(jīng)設(shè)計和監(jiān)理單位認(rèn)可后可適當(dāng)放寬定位精度或調(diào)整孔位。

（二）搭設(shè)支架

施工支架（腳手架）應(yīng)滿足相應(yīng)承載能力和穩(wěn)固條件，采用建筑鋼管腳手架從洞口平臺往上搭建，覆蓋施工范圍。腳手架必須配置相關(guān)的防護設(shè)施，確保施工安全。

（三）鉆孔

在鉆孔時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求的鉆孔參數(shù)和地層類型，確定適用的鉆孔設(shè)備和工藝。采用潛孔鉆機無水干鉆，以保證孔壁的粘結(jié)能力并防止惡化仰坡巖體地質(zhì)條件。

該方案共有89個直徑130mm的錨孔，2排水平預(yù)應(yīng)力錨索和4排俯斜式預(yù)應(yīng)力錨索。待套拱完成后施工鋼筋砼地梁及橫梁，再施作水平預(yù)應(yīng)力錨索，后施工俯斜式預(yù)應(yīng)力錨索。

注意事項：

錨索孔深不應(yīng)小于設(shè)計長度，但也不宜過大，根據(jù)實際地質(zhì)情況和鉆孔角度，決定超深以20～40 cm。還應(yīng)特別注意孔底至隧道開挖外緣最小距離不少于3米。

水平錨索鉆孔傾角允許誤差為士1.0O，方位允許誤差士2.0O；俯斜式錨索鉆孔傾角在35 O ~40O之間，方位允許誤差士2.0O，用地質(zhì)羅盤儀檢查。

錨索成孔后應(yīng)及時清孔，采用0.2～0.4M Pa的高壓空氣將孔內(nèi)粉碴及水體吹出孔外，以確保注漿體與孔壁的粘結(jié)強度。清孔完成后及時進行錨索安裝和注漿。

在鉆孔過程中有地下水從孔口溢出時，應(yīng)采用固結(jié)注漿，以免錨固段注漿體流失或強度降低。

（四）混凝土框架及錨墩施工

框架為C25現(xiàn)澆鋼筋砼，錨墩為C30現(xiàn)澆鋼筋砼，均采用常規(guī)施工方法。綁扎鋼筋前應(yīng)在坡面設(shè)砂漿墊層。特別注意錨墊板安裝要準(zhǔn)確，保證錨墊板與鋼絞線軸向垂直，防止將來張拉時應(yīng)力集中或造成鋼絞線斷絲，并加強錨孔周圍混凝土的振搗。

（五）錨索的編制及安裝

錨索在洞口平臺集中編制。壓力分散型錨索，由三個單元錨索組成，每個單元錨索分別由兩根無粘結(jié)鋼絞線內(nèi)錨于鋼質(zhì)承載體組成，鋼絞線通過特制的擠壓簧和擠壓套對稱地錨固于鋼質(zhì)承載體上，要求單根的連接強度大于200KN，經(jīng)用千斤頂現(xiàn)場試驗實際連接強度在245~255kN之間，均能滿足要求。鋼質(zhì)承載體要求采用45號鋼材加工制作。

鋼絞線采用φj15.24mm高強度低松弛無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。安裝前，要確保每根鋼絞線順直，不扭不叉，排列均勻，除銹、除油污，對有死彎、機械損傷及銹坑處剔出。鋼絞線沿錨索體軸線方向每1.0～1.5m設(shè)置一隔離環(huán)，保證錨索體保護層厚度不小于20mm，安置好壓漿管和導(dǎo)向帽。安裝錨索體前再次認(rèn)真核對錨孔編號，確認(rèn)無誤后再用高壓風(fēng)吹孔，人工緩緩將錨索體放入孔內(nèi)，用鋼尺量出孔外露出的鋼絞線長度，計算孔內(nèi)錨索長度（誤差控制在50mm范圍內(nèi)），確保錨固長度。

（六）壓漿

穿索完畢應(yīng)立即壓漿，以防坍孔。壓漿采用孔底返漿方式注漿直至孔口溢出濃漿液或排氣管停止排氣。若發(fā)現(xiàn)孔口漿面回落，要在30 min內(nèi)進行孔底壓注補漿2～3次， 以確保孔口漿體充滿。注漿壓力不小于0.4 MPa，宜先壓下排錨孔，后壓上排錨孔，以防串漿。

（七）張拉

當(dāng)水泥漿體達到設(shè)計強度的80%以上時，方可進行張拉。依次按中、上、下的次序（兩根錨索則先上后下）進行張拉。

壓力分散型錨索由于各個單元錨索的自由長度不同，要求先分別對單元錨索進行張拉，當(dāng)各單元錨索在同等荷載條件下因自由段長度不同引起的彈性伸長差得到補償后，方可同時張拉各單元錨索。

設(shè)計張拉力為800KN，初張拉值取0.25倍設(shè)計張拉值，確保錨固體各部分接觸緊密，鋼絞線布置平順，不能交叉。正式張拉應(yīng)采用分級張拉，最大張拉值為1.1倍設(shè)計張拉力。

分級張拉宜分別為0.25，0.5，0.75，1.1 倍設(shè)計張拉力，最后一級張拉應(yīng)持荷15 min，其余每級持荷5 min。采用應(yīng)力應(yīng)變雙控?？紤]到錨索的張拉受地質(zhì)影響較大，張拉過程應(yīng)以張拉力控制為主，伸長量校核為輔。當(dāng)伸長量超出理論值的-6%～+15%時應(yīng)查明原因，并采取措施后方可繼續(xù)進行。張拉鎖定后不得立即封錨，應(yīng)觀測7d左右，看是否有明顯的預(yù)應(yīng)力損失，若發(fā)現(xiàn)有，應(yīng)及時進行補償張拉。

張拉方法采用先單元差異荷載張拉后超荷整體張拉法，從理論考慮，通過先差異張拉可實現(xiàn)整體張拉的完全相同，證明如下：

F_A=F_B=F_C（1）

F_A+F_B+F_C=F（2）

Δ=Δ_A=Δ_B=Δ_C（3）

Δ_A=(F_A-F_AL)×L_A/（E_S×A_P（4）

式中：Δ_A，Δ_B，Δ_C——單元A，B，C的理論伸長值

F_A，F(xiàn)_B，F(xiàn)_C——單元A，B，C的張拉荷載

F——張拉總荷載

L_A，L_B，L_C——單元A，B，C的有效張拉長度

F_AL，F(xiàn)_BL，F(xiàn)_CL——單元A，B，C的差異張拉荷載

通過（1）~（4）式換算，即：

F_CL=（1-L_A/L_C）×F/3+F_AL×L_A/L_C（5）

式（5）中給定F_AL一個張拉荷載，即可算出整體張拉各單元拉力相等的另兩個單元的出示張拉力。

張拉工藝具體如下:

30米錨索：按單元實施設(shè)計張拉力的25%，50%，75%，100%（A單元長24米），101%（B單元長27米），102%（C單元長30米），然后整體張拉110%。

其余錨索按式（5）類推。

實際張拉結(jié)果顯示伸長值都能滿足要求，整體平均伸長值比理論伸長值大1.9%，分析其原因可能由于坡面破碎巖層較厚，錨孔軸向壓縮與錨固段孔壁剪切變形所致。

（八）封錨

切割錨索時應(yīng)留有10c m的外露鋼絞線，以防拽滑。最后用水泥凈漿注滿錨墊板及錨頭各部分空隙，并按設(shè)計要求用C25混凝土封閉錨頭，以防止銹蝕和兼顧美觀。

五、錨索的監(jiān)測

按照技術(shù)規(guī)范要求，錨索檢驗數(shù)量不少于每種類型錨索總數(shù)的5%，且不得少于3根。[5]我們選取了4根俯斜式預(yù)應(yīng)力錨索和一根水平預(yù)應(yīng)力錨索進行監(jiān)測。根據(jù)要求錨墊板的外平面必須與穿索孔軸線垂直，其不垂直度要小于5。壓力盒錨力計底部內(nèi)環(huán)直徑必須略大于錨墊板中心外徑，其底部外環(huán)直徑略小于錨墊板外端有效直徑。安裝壓力盒前將錨墊板清理干凈。并對壓力盒電纜插頭做好防水保護，保證信號傳輸電纜要貫穿到監(jiān)測的全過程。

1.工作錨板；2.壓力盒(錨索側(cè)力計)；3.錨墊板；4.鋼筋砼錨墩

錨索在整體超張拉時，最大壓力應(yīng)控制在壓力盒滿量程的80%。

監(jiān)測步驟：

1．按工程監(jiān)測要求選擇好要監(jiān)測的錨索。

2．按測力計的安裝要求，將每個測力計安裝于所選定的錨索。

3．按錨索工作鎖定荷載將錨索進行張拉鎖定。

4．觀測記錄應(yīng)力值的變化，在最初10d每天記錄一次，第11d至2個月每10d 記錄一次。

監(jiān)測結(jié)果顯示，張拉應(yīng)力值及其變化符合技術(shù)規(guī)范要求。10天預(yù)應(yīng)力損失2.2%，兩月后預(yù)應(yīng)力損失3%，并逐步趨向穩(wěn)定。說明錨索工作狀態(tài)良好，實現(xiàn)了設(shè)計要求。

六、結(jié)語

從開始進行洞口防護到隧道的順利出洞用了5個月時間，如果能在隧道施工前期就采用該方案，可以避免中導(dǎo)洞出洞時發(fā)生的垮塌事件，也將不會影響正洞的出洞工期。

出洞爆破時，邊仰坡穩(wěn)定性良好，幾乎沒有從邊仰坡滾落的大塊巖體。通過后期的觀測，坡體變形穩(wěn)定，工作狀態(tài)良好。雖然壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索只是洞口施工方案中的一部分，但它對洞口的邊仰坡的穩(wěn)定及洞口的安全施工的起了非常重要的作用。壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索在該工程的成功運用對該類地質(zhì)條件下的洞口防護提供了參考。

參考文獻

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[4]段振西.錨桿支護技術(shù)新發(fā)展巖上錨固新技術(shù)[M]. 北京：人民交通出版社，2000.

[5]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn). 錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范(GB 50086-2001)[M].北京:中國計劃出版社.

作者簡介：王崇明（1967- ），男，湖北滬蓉西高速公路建設(shè)指揮部工程師。