管式注漿錨桿在軟弱破碎圍巖地下邊坡工程初期支護(hù)中的應(yīng)用

1、管式注漿錨桿在懦弱破裂圍巖地下（邊坡）工程初期支護(hù)中的應(yīng)用翟飛飛（中鐵隧道集團(tuán)有限公司第一工程處 河南新鄉(xiāng) 453000）摘要 論述了懦弱破裂圍巖條件下高邊坡、地下工程采納管式注漿錨桿進(jìn)行初期支護(hù)的機(jī)理，總結(jié)和對(duì)比了在此類圍巖條件下管式注漿錨桿的優(yōu)點(diǎn)及適用性，介紹了管式注漿錨桿的施工方法和配套設(shè)備，為不良地質(zhì)條件下高邊坡、地下工程平安、快速施工供應(yīng)支持，并有效降低工程造價(jià)。主題詞 管式注漿錨桿 破裂圍巖 地下工程 初期支護(hù)中圖分類號(hào)： TU745.3；TU94+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：BThe Application of Pipe Grouting Anchor During the Soft Cr

2、ash Surrounding Rock Underground or Side Slope Project Initial SupportingZHAI Fei-fei(The First Construction Division of China Railway Tunnel Group Co., Ltd. Xinxiang 453000, Henan)Abstract: The paper focuses on the initial supporting mechanism of the pipe grouting anchor which the high side slope a

3、nd underground project used under the condition of soft crash surrounding rock, sums up and contrasts the strongpoint and applicability of the pipe grouting anchor in the condition of this same kind of surrounding rock, it introduces the pipe grouting anchor's construction method and associated

4、equipment, provides a support to the high side slope which is in a badness geography condition, the underground project safety and speediness construction, and efficiently reduce the project cost.Key Words: pipe grouting anchor；broken surrounding rock；underground project； primary supporting1 概述近年來，我

5、國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度不斷加快，大量馬路、鐵路工程隧道及水利水電工程過水隧洞等地下工程已開工建設(shè)或即將開工，隨著設(shè)計(jì)理念、施工技術(shù)的不斷發(fā)展，以“新奧法”為基本指導(dǎo)理論的施工方法得以普遍推廣, 其主要原理為充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)實(shí)力，變被動(dòng)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)。目前，在相對(duì)完整、穩(wěn)定性較好的圍巖條件下的初期支護(hù)已有較為成熟的方法，但在強(qiáng)風(fēng)化、層理、節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破裂松散以及大規(guī)模斷層、破裂帶等條件下（即懦弱破裂條件）的初期支護(hù)中，系統(tǒng)錨桿的選用方法仍欠成熟，目前有一般砂漿錨桿、自進(jìn)式錨桿、中空注漿錨桿等，其各有優(yōu)點(diǎn)，也存在不足，不能完全滿意現(xiàn)場施工對(duì)初期支護(hù)效果的要求。管式注漿錨桿具有以上錨桿的綜合優(yōu)

6、點(diǎn)，且成本相對(duì)較低，施工工藝簡潔，配套設(shè)備敏捷，適用于上述懦弱破裂條件下邊坡、地下工程開挖后，和掛鋼筋網(wǎng)、噴砼協(xié)作運(yùn)用形成柔性復(fù)合初期支護(hù)體系，保證在施作永久支護(hù)（襯砌）前邊坡、地下洞室的穩(wěn)定和平安。2 管式錨桿的結(jié)構(gòu)、支護(hù)機(jī)理及特點(diǎn)2.1 管式錨桿的結(jié)構(gòu)管式注漿錨桿一般以直徑為4250的冷軋無縫鋼管為基本桿體，將桿體前端加工成尖錐形以便于在塌孔、堵孔條件下頂進(jìn)，尖錐長1015cm。依據(jù)不同工程須要在桿體上設(shè)對(duì)穿出漿孔，直徑68mm，間距1520cm，布孔長度為桿體長度的三分之二左右。錨桿后端設(shè)墊板和塑料排氣管。管式錨桿基本結(jié)構(gòu)見圖1。圖1 管式錨桿結(jié)構(gòu)示意圖Fig1 Sketch of th

7、e Pipe Anchor Structure2.2 管式錨桿的支護(hù)機(jī)理管式注漿錨桿的支護(hù)原理為：在強(qiáng)全風(fēng)化地質(zhì)條件下，多數(shù)圍巖受層理、張性裂隙相互切割及漫長地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的劇烈擠壓作用影響，巖體呈碎裂狀結(jié)構(gòu)；在較大規(guī)模地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的斷層、擠壓破裂帶、褶皺等地段，巖體多呈碎片狀、碎塊狀結(jié)構(gòu)，上述工程地質(zhì)條件下巖體均呈分別塊狀結(jié)構(gòu)，巖塊之間、巖片之間主要依次生風(fēng)化泥粘結(jié)，其結(jié)合力很弱。目前地下工程仍以爆破開挖為主，即使實(shí)行弱爆破及減振措施，但仍不能完全消退爆破振動(dòng)波在開挖范圍以外巖體中傳播，受爆破振動(dòng)波的沖擊作用，上述基本無粘結(jié)力的巖塊極易相互移位分別，加上開挖后原巖應(yīng)力平衡受到破壞，開挖輪廓線

8、以外肯定范圍內(nèi)的巖體需通過變形重新達(dá)到應(yīng)力平衡。在開挖時(shí)爆破振動(dòng)及開挖后圍巖變形的共同作用下，強(qiáng)全風(fēng)化的破裂巖體及斷層、擠壓破裂帶范圍內(nèi)松散巖體極易失穩(wěn)，發(fā)生坍塌。通過向圍巖層理、張性裂隙間灌注水泥漿等膠凝性材料，增加開挖線外肯定范圍內(nèi)的破裂、松散巖塊之間的粘結(jié)力（結(jié)合力），從而提高圍巖的整體性和穩(wěn)定性，可有效防止坍塌的發(fā)生。管式注漿錨桿就是在有泄?jié){孔的管體安裝后，通過管體向破裂、松散的圍巖灌注水泥漿等膠凝材料，對(duì)管體外側(cè)肯定范圍的分別巖塊進(jìn)行膠結(jié)，形成肯定滲徑的、強(qiáng)度較高的水泥、巖塊膠結(jié)體，并和錨桿結(jié)合成為一個(gè)小區(qū)域的整體，從而獲得較好的錨固效果，提高圍巖的自穩(wěn)性，符合“新奧法”施工的主動(dòng)支

9、護(hù)原理。2.3 管式錨桿的優(yōu)點(diǎn)管式注漿錨桿既具有一般砂漿錨桿抗拉抗剪的特點(diǎn)，又具有自進(jìn)式錨桿在破裂、易塌孔巖體中易于安裝及中空注漿錨桿在破裂塌孔條件下能保證注漿質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。其適用于強(qiáng)風(fēng)化破裂圍巖條件下高邊坡初期支護(hù)，及大跨度、淺埋隧道進(jìn)出口強(qiáng)全風(fēng)化段圍巖初期系統(tǒng)支護(hù)、地下洞室斷層破裂帶及影響帶圍巖初期系統(tǒng)支護(hù)，可在鉆孔塌孔條件下順當(dāng)安裝到位，安裝勝利率可達(dá)90%以上，且注漿效果良好。3 管式注漿錨桿施工工藝3.1 錨桿加工錨桿加工：桿體下料鉆泄?jié){孔前端壓錐焊墊板擋環(huán)，墊板另行加工。先按設(shè)計(jì)長度進(jìn)行下料，分類堆放，在鋼管前部鉆對(duì)穿泄?jié){孔，泄?jié){孔直徑、間距、布孔長度滿意設(shè)計(jì)要求。為便于在塌孔時(shí)錨桿

10、能較順當(dāng)被頂進(jìn)孔內(nèi)，用壓錐機(jī)將鋼管前端壓成尖錐形，尖錐長1015cm，在鋼管尾部焊上墊板擋環(huán)，擋環(huán)一般采納8鋼筋，最終套上加工成形的墊板整齊堆放備用。3.2 錨桿安裝施工依次：鉆孔桿體安裝（頂進(jìn)）排氣管安裝快凝水泥砂漿封孔注漿堵孔。（1）鉆孔管式注漿錨桿鉆孔和其它類型錨桿基本相同，依據(jù)開挖施工機(jī)械配置,可用風(fēng)鉆、錨桿鉆機(jī)、鑿巖臺(tái)車等鉆孔機(jī)械成孔。一般鉆孔直徑大于錨桿外徑至少15mm以上，以利于桿體安裝和漿液流淌。（2）桿體安裝錨桿孔成形后應(yīng)盡快安裝桿體，以免因懦弱破裂圍巖出現(xiàn)嚴(yán)峻塌孔導(dǎo)致廢孔。管式錨桿安裝，因一般處于不良地質(zhì)條件下，錨桿孔均存在不同程度的塌孔、變形，受塌碴堵塞及孔道變形等影響，

11、錨桿不易順當(dāng)裝入，需在其后端部施加肯定的頂推力。詳細(xì)施工方法依現(xiàn)場已有鉆孔設(shè)備確定。全風(fēng)化圍巖中可利用機(jī)械頂推安裝，錨桿前端安入孔內(nèi)后，開動(dòng)鑿巖臺(tái)車或風(fēng)鉆通過頂推器頂推錨桿尾端直至安裝到位，頂推器可用廢舊鑿巖臺(tái)車鉆桿、風(fēng)鉆鉆桿的尾部現(xiàn)場加工，結(jié)構(gòu)見圖2；也可利用人工錘擊錨桿尾端安裝到位。安裝排氣管后用快凝砂漿封閉墊板和巖壁間的縫隙，水平或下傾的錨桿，排氣進(jìn)入孔內(nèi)3050cm，上傾的錨桿排氣進(jìn)入孔內(nèi)長度不小于孔深的2/3。圖2 頂推器結(jié)構(gòu)示意圖Fig2 Sketch of Top Promoting Structure（3）注漿封孔砂漿終凝后（一般為2小時(shí)）即可起先錨桿注漿。一般均注純水泥漿液，

12、注漿設(shè)備可采納一般注漿泵，有條件時(shí)可采納高壓注漿泵，和高速灰漿攪拌桶配套。注漿壓力在洞頂部位一般限制在0.5MPa以下，邊坡及直墻部位可達(dá)到1.0MPa，漿液水灰比依據(jù)詳細(xì)工程地質(zhì)條件及圍巖吸漿量可采納2:1、1:1、0.5:1等幾個(gè)比級(jí)。注漿起先前應(yīng)檢查排氣管是否通暢。注漿過程中，待排氣管中溢出漿液后將其彎起綁扎，接著注漿，當(dāng)注漿壓力接近設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可換注水灰比小于1:1的濃漿，以提高錨桿對(duì)圍巖的錨固效果。（4）封孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值并持續(xù)12min后即可完成注漿，堵孔一般就地取材，可用廢舊水泥袋、棉絮等團(tuán)狀物，分別注漿管后用堵塞物將錨桿尾端塞緊即可。4 工程應(yīng)用實(shí)例（1）邊坡工程某水利樞紐

13、導(dǎo)流隧洞進(jìn)口段工程地質(zhì)狀況為：圍巖為D3l1層灰黑色薄中厚層狀含硅質(zhì)泥巖夾薄極薄層炭質(zhì)泥巖，全強(qiáng)風(fēng)化，圍巖層理、節(jié)理發(fā)育，層間擠壓劇烈，硅質(zhì)泥巖受擠壓、風(fēng)化卸荷呈松馳碎裂結(jié)構(gòu)，炭質(zhì)泥巖被擠壓成透鏡狀、碎片狀，濕時(shí)可塑、結(jié)構(gòu)破壞，層理、片理光滑鏡面非常發(fā)育，局部巖層擠壓揉皺厲害，此范圍內(nèi)有F9斷層及其影響帶，斷層寬3050cm，除F9斷層外，小斷層和擠壓破裂帶均布。有地下水呈泉狀、點(diǎn)滴狀出流。受進(jìn)口山體陡坡影響，進(jìn)口洞臉為直墻，垂直高度達(dá)30m，隧洞洞身開挖斷面為城門洞形，開挖尺寸17.5m（寬）×21.45 m(高)，左右直墻及洞臉開挖后原設(shè)計(jì)初期支護(hù)系統(tǒng)錨桿為32，L=9.0m砂漿

14、錨桿，實(shí)際施工過程中，因上述破裂巖體影響，錨桿孔塌孔嚴(yán)峻，砂漿無法順當(dāng)注入，平均注漿長度不足孔深的1/2，且長大錨桿受塌碴堵塞無法順當(dāng)安裝到位，安裝勝利率僅為40%左右，錨桿對(duì)圍巖的錨固效果不能滿意設(shè)計(jì)要求，無法確保直墻及洞臉的山體穩(wěn)定，存在平安隱患。后經(jīng)設(shè)計(jì)和施工單位共同論證、現(xiàn)場試驗(yàn)，改用42，L=10.0m的管式錨桿后，錨桿安裝勝利率提高至90%以上，注漿效果良好，先注1：1的稀漿，后注0.6:1的濃漿封孔，稀漿較好地通過圍巖層理、節(jié)理裂隙徑向擴(kuò)散范圍達(dá)3050cm，使破裂松散的圍巖塊體得到膠結(jié)，提高了圍巖的自穩(wěn)性。永久砼支護(hù)施工前的量測數(shù)據(jù)表明，左右直墻、洞臉直墻水平和垂直位移速率、累

15、計(jì)值均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)。（2）地下洞室某水電站引水隧洞工程部分地段圍巖為薄中厚層砂巖夾薄中層泥巖，強(qiáng)風(fēng)化，多組褶皺發(fā)育，圍巖層間擠壓劇烈，砂巖受劇烈擠壓呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，泥巖受劇烈擠壓呈碎片狀結(jié)構(gòu)，巖體破裂松散，基本無自穩(wěn)性。開挖后設(shè)計(jì)初期支護(hù)系統(tǒng)錨桿為25，L=5.0m砂漿錨桿，實(shí)際施工過程中，鉆孔后塌孔嚴(yán)峻，無法保證砂漿錨桿注漿和安裝質(zhì)量，對(duì)圍巖基本起不到有效的錨固作用，洞身初期支護(hù)噴砼面多處出現(xiàn)變形裂縫，量測結(jié)果表明洞身拱頂下沉不穩(wěn)定。為確保洞身穩(wěn)定及施工平安，經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意，施工單位采納適用于懦弱破裂圍巖的42，L=5.0m管式錨桿進(jìn)行加固，取得良好效果。后在同類地質(zhì)洞段均采納管式錨桿代替砂漿錨桿進(jìn)行初期支護(hù)，均取得良好效果，保證了二次砼襯砌前洞身穩(wěn)定和施工平安。5 結(jié)束語懦弱破裂圍巖工程地質(zhì)條件下高邊坡、地下工程初期支護(hù)效果的好壞干脆關(guān)系到工程的穩(wěn)定和施工平安，上述條件下一般砂漿錨桿、自進(jìn)式錨桿等在實(shí)際施工中均存在不同程度的困難，錨固效果往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而管式注漿錨桿可有效彌補(bǔ)上述錨桿的不足，其施工設(shè)備配套敏捷，施工工藝簡潔，能夠在工程成本基本不變的狀況下，提高對(duì)圍巖的錨固效果，適應(yīng)性強(qiáng)，具有肯定推