岩土锚固技术在处理隧道塌方施工中的运用

王庆明宋振伟

【摘 要】：岩土锚固技术是一种非常重要的工程技术,在工程中得到了广泛应用,文章介绍了岩土锚固工程技术的特点，分析了岩土锚固钻孔设备及机具的选用原则，结合工程实践论述了岩土锚固技术在处理隧道塌方施工中的运用。

【关键词】：岩土锚固技术；隧道；施工

【 abstract 】 : rock-soil anchoring technology is a very important engineering technology, in has been widely applied in engineering, this paper introduces the characteristics of rock and earth anchoring construction technology, analyzes the drilling equipment and machines rock-soil anchoring the selection principle, combined with the engineering practice discusses the technique on the handling of rock-soil anchoring in the construction of the tunnel collapse use.

【 key words 】 : rock-soil anchoring technology; Tunnel; construction

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

引言

岩土锚固在我国边坡,隧道、地下洞室、基坑、坝体及抗倾、抗浮等工程建设中已得到广泛应用,岩土锚固技术,则能较充分地发挥和提高岩土体的自身强度和自稳能力,显著缩小结构物体积和减轻结构的自重,有效控制岩土工程的变形,岩土锚固方法已经成为提高岩土工程稳定性和解决复杂岩土工程问题最经济有效的方法之一。同时也是调整与改善岩土体工程结构内力及分布,阻止结构开裂工程坍塌和滑坡的有效手段。

1工程概况

某全长7400米，隧道穿越9条地质断层带。其中一标段右洞YK2+475处在穿越破碎带时发生坍塌，塌方体主要为全风化的呈砂质状态的花岗岩。塌方体沿隧道埋深长约15米，高约12米，空腔高约9米。经参建各方召集的专家组讨论，确定采用注浆固结围岩管棚辅助技术取得了成功。之后，该隧道左洞ZK2+762于2010年6月14日早晨7时左右，在掌子面拱顶右侧发生坍塌，在不到一个小时的时间内塌方体基本将掌子面封闭。塌腔高度大约在6米以上，塌方长度约6~8米，宽度约15~20米。

2岩土锚固工程技术的特点

岩土锚固工程技术就是依靠锚杆周围岩土层的抗剪强度传递建筑构筑物的拉力或保持地基土层开挖层面的稳定与安全。从力学角度看,该技术可抵抗倾倒(深基坑)、阻止地层剪切破坏(边坡防护)、控制地下层围岩的变形和坍落(隧道、矿井)、抵抗竖向位移(水库、船坞)、抵抗结构物基底水平位移、加固地基(消除差异变形沉降)。

岩土锚固的基本原理就是利用锚杆(索)周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物的拉力以保持地层开挖面的自身稳定,由于锚杆锚索的使用,它可以提供作用于结构物上以承受外荷的抗力;可以使锚固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用;可以增强地层的强度,改善地层的力学性能;可以使结构与地层连锁在一起,形成一种共同工作的符合体,使其能有效地承受拉力和剪力。在岩土锚固中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。

3岩土锚固钻孔设备及机具的选用原则

钻孔过程在岩土锚工程施工中处于十分重要的地位，关系到整个工程施工的质量和效益，地层的复杂性给锚固钻孔施工造成了一定程度上的复杂性影响，但是只要钻进工艺方法正确，钻孔设备和机具应用得当，再复杂的地层也可以用相对经济的手段加以克服。

在复杂地层中钻进所采用的锚固钻孔设备和机具，必须具备以下优良性能。

（1）锚固钻机具有较大的扭矩输出，能够克服钻孔内复杂的钻进负载变化及卡钻现象。

（2）具有较大的提升能力，当孔内出现掉块、坍塌等复杂现象时，能够采取强力起拔措施处理，防止卡钻、埋钻事故的发生。

（3）具有较大的调速范围，适应在土层、岩层不同地层条件下，采用不同钻进方法时对回转速度变化的需要。

（4）具有较长的给进行程，这一点对提高钻进效率和采用跟管钻进方法很重要，一般给进行程不小于1.8-2米。

（5）具有最轻的重量和便利的分解组装性能，对于交通不便的山区和高陡边坡锚固施工，不仅可减轻在设备搬迁时的劳动强度，还减少了辅助作业时间，有利于提高施工综合效率。同时还应具有较高的可靠性，拧卸钻具机械化程度要高，对钻具的导向性能好。

（6）钻杆套管的强度、刚度、抗疲劳性等综合机械性能要好。要采用优质合金钢材料制造。钻杆、套管的直线性要好，避免在回转过程中因钻杆弯曲产生的振动对钻孔壁和机械设备的破坏作用。

（7）钻杆、套管连接螺纹的强度要高，便于拧卸作业，连接后的密封性能要好。用以破岩的潜孔冲击器具有优良的输出性能，钻头具有较高的破岩能力和可靠性。

4岩土锚固技术在处理隧道塌方施工中的运用

4.1应急段施工（YK2+466~YK2+475）

为确保作业人员安全及避免因塌腔向洞口方向扩展后，必须首行对应急段进行处理。方案中确定塌方段采用Φ108mm管棚，为了避免YK2+472~YK2+475段系统小导管与管棚发生冲突，本段系统小导管等管棚管节安装完成后再安排施工。

4.2加固YK2+466~YK2+472段初期支护

4.2.1工字钢加工与安装

（1）加工前对已完成初支段断面进行测量，确定工字钢架的加工参数，尽量使加工的工字钢架安装后尽可能贴紧岩面，达到锁口加固的效果。YK1+466~YK1+468段3榀导向墙内拱架半径相应缩小57cm。

（2）工字钢安装采用人工配合机械作业，工字钢纵向间距为1m。安装时先下部后上部，并及时将工字钢架与系统锚杆或系统小导管尾部焊接牢固，确保工字钢架的稳定。

（3）YK2+469~YK2+471段3榀工字钢直接落在封闭的渣体上，且必须人工修平；YK2+466~YK2+468段导向拱架底脚放置在反填的工作平台上，该平台高度为起拱线下1m，便于导向管的安装和管棚的施作。

4.2.2系统锚杆（小导管）施工

钻孔采用风动气腿式凿岩机，钻孔直径大于中空锚杆（小导管）2cm，保证安装顺利。钻孔时要严格按放样的孔位布钻，误差不大于5cm，孔深大于设计锚杆长度的95%。

钻孔完成锚杆（导管）注浆前采用高压风吹出孔内淤杂物，及时安装锚杆。安装完成后进行注浆作业，浆液采用1：1纯水泥浆液，注浆压力控制在0.5～1.5MPa。

4.2.3塌方及过渡段施工（YK2+475～YK2+495）

（1）反压回填施工平台：根据确定的处理方案，塌方处理掘进转换施工工法，采用台阶法施工方法。施工平台采用洞外拉运洞碴在塌方区反压回填，形成长10m，高5m的施工平台，反填正面坡度为1：1.5。

（2）探测塌腔范围：因塌方渣体已全部封闭掌子面，塌腔范围的准确度将直接关系到采取何种支护参数（如管棚的长度）的关键。

（3）管棚施工（YK2+469～YK2+488）：管棚起始桩号为YK2+466，管棚施作长度为20m。

等导向墙混凝土强度达到设计强度的70%以上时，可进行管棚钻孔作业，钻孔采用专及管棚钻机。钻孔时为避免穿孔先进行偶数孔的钻孔作业。

钢管接头同一断面的接头数应不超过50％，相邻钢管的接头至少错开１米。钢管上按设计要求打注浆孔。钢管的径向定位误差不大于２0cm。

管口注浆直至浆液由通气孔冒出为止，注浆采用先灌注"双"号孔，待1～2天固结后，再灌注"单"号孔；注浆时，其水灰比控制在1：1，注浆初压力为0.5～1.0Mpa，终压力为2.0～2.5MPa。严格控制注浆压力和注浆量。注浆顺序根据降水漏斗原理，从拱部开始从上而下压注，先压注无水孔，后压注有水孔。如遇串浆或跑浆，可间隔一孔或几孔灌压。

（4）超前小导管施工

小导管注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防渗漏，对强行打入的钢管进行冲清管内积物，然后再注浆，注浆顺序由下而上。采用压浆机对超前小导管进行注浆，注浆液采用水泥浆，水灰比为1:1，注浆压力初压0.5MPa，终压1.0MPa。

注浆前对掌子面及两侧碴体喷射厚度为10cm的砼封闭作为止浆层。待止浆层有一定强度时方可注浆，防止浆液从各岩面裂隙中反渗。

（5）加固锁口段（K2+472～K2+475）初期支护

在已施工完成的K2+472～K2+475段补打剩余部分径向φ42*3.5mm小导管，加强锁口段支护。小导管环向间距1.0m，纵向间距1.0m；小导管尾部与钢架焊接在一起。本段施工方法与施工工艺与其它段小导管相同。

结束语

在锚固工程施工期间,施工变形监测与预报工作十分重要,一般采用地表简易观测法和重要工程专业仪器监测法,必要时开展动态预报工作,施工变形监测与预报,可以指导动态设计,确保施工安全并且检验工程效果。

参考文献：

[1]JTGＦ60－2009.公路隧道施工技术规范[S].

[2]JTGD70－2004.公路隧道设计规范[S].

[3]杨晓雪.某隧道施工中塌方的处理措施[J].山西建筑，2010(06).

[4]何新凯，彭杰，王木群.隧道塌方的处理技术[J].公路工程2011(02

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