石门山隧道是大连西部通道中的控制工期工程，为双幅式双向六车道，两隧轴线基本平行。其中东线隧道长1531.5m，西线隧道长1553.5m，单洞开挖高度9.5～11.36m（含仰拱）、开挖宽度15.04～15.86m、开挖面积112.87～148.99m2。隧道南口由于受线型和地形条件限制，设计有127m的小净距段，中夹岩柱体厚度最小5.80m，最大11.50m。从洞口起，上述地段的围岩级别分别为Ⅳ 级20m，Ⅲ级23m，Ⅳ级84m，因此，在施工中如何确保中夹岩柱的稳定，防止出现过大的塑性变形或贯通的塑性变形，防止围岩失稳，就成为小净距段施工中的关键点。施工对中夹岩柱采用主动的加固措施非常必要。以西线为例，K1+997～+954段（L=43m）设计采用水平预应力对拉锚杆加固中夹岩柱，设计预张拉力70KN，现介绍其施工工艺。

 

 

　　1.1材料

 

　　锚杆杆体采用∮25mm螺纹钢筋，长度5.8～11.50m，使用前将两杆端攻丝；垫板为A3钢垫板，规格300mm×300mm×10mm（长×宽×厚）。

 

　　灌浆材料为M30水泥砂浆，灰砂比为1：1，水灰比为0.45，水泥P.O42.5R。水PH不得小于4的饮用水；砂宜为洁净、坚硬的中细砂，级配良好，最大粒径不得大于3mm，使用前应过筛。

 

　　塑料保护套为PVC管，要求具有一定的强度和柔性，以免在杆体推进过程中受损伤，其主要作用是防止钢筋锈蚀，与水泥砂浆配合使用，构造杆体双层防腐保护体系。

 

　　隔离支架，为使杆体居于锚杆孔中央，四周被足够厚度的水泥砂浆层包裹，保证必须的锚固力，采用∮10mm钢筋制作对中架，沿锚杆杆体每2.0m设置1根，对中架钢筋与杆体焊接牢固，以防在杆体插入过程中脱焊或变形。

 

　　防腐材料：应将其视作永久性预应力锚杆看待，防腐材料采用在杆体表面涂刷无杂质、品质均一的黄油和防锈漆，涂刷前应将黄油、防锈漆搅拌充分、均匀。

 

　　1.2作业条件

 

　　（1）钻孔机械采用MK－2潜孔钻机，钻头为“－”字形钻头，直径80mm.锚杆安装采用人工或YT－28风动凿岩机，锚杆张拉设计为测力扳手，注浆泵为风动牛角泵。

 

　　（2）隧道开挖采用西洞先于东洞开挖的施工顺序，因此，当具备作业空间后，立即进行锚杆施工，由于洞内环境复杂，要求具有足够的照明和平整坚实的场地，以提高作业精度。

 

　　（3）施工前，应对锚杆的类型、型号、规格、支架连接件、PVC套管等检查验收，杆体表面不得有锈蚀、擦伤、烧痕、扭曲等，杆体制作完毕后应妥善保管。

 

　　（4）正式施工前应取2根做基本试验，目的是熟悉张拉工艺，检查作业人员和设备的适应性、相容性，提高施工质量。

 

 

　　锚杆孔内注浆液为全长粘结型水泥砂浆，锚杆杆体为∮25mm螺纹钢筋，设计预应力值为70KN，其施工顺序为钻孔→安装→注浆→张拉与锁定→防腐保护，在施工中严格作业标准，细化管理，确保工程质量。

 

　　2.1钻孔

 

　　（1）钻孔设备选用MK－2型潜孔钻机，该机结构小巧紧凑，能适应在狭小的空间内作业；与之配套，选用20m3/min空压机为其提供足够的风量和风压。

 

　　（2）钻孔时，要对位准、方向正、角度精，施钻前由技术人员测量放样，并用红铅油在初喷混凝土层表面标出孔位。

 

　　（3）孔距竖向和纵向均为100cm，方形布置。孔距误差：±5cm，孔深误差±5cm，孔径不得小于75mm，锚杆孔与预定锚孔轴线位置偏差不得超过3%，在钻进过程中，检查孔位偏差，发现不符合要求者，立即纠偏。

 

　　（4）钻孔应在掘进至设计位置并完成初喷4cm厚C20混凝土后进行，以策安全。

 

　　（5）钻孔结束后，应用高压风或高压水将孔内积水、岩粉、石屑细小杂物等冲洗干净，对于清孔完毕的锚孔，安装锚杆前应用塞子塞紧孔口，以防杂物侵入。

 

　　（6）孔位若与初期支护用格栅钢架位置重叠，可适当挪动，避免相互干扰。

 

　　（7）若发生塌孔，应及时向孔内压注早强水泥砂浆，待固化后重新施钻。

 

　　2.2锚杆的组装与安装

 

　　2.2.1锚杆制作

 

　　严格按设计尺寸下料；先张拉端距端头20cm处在钢筋表面涂刷1.0m长的防锈漆两层，防锈漆干后涂刷黄油一道，套上1.0m长∮30mmPVC套；焊上钢筋支架；后张拉端套上丝扣保护套，丝口长度可在设计长度的基础上适当加长，以消除施工误差的影响，确保严丝合缝。

 

　　2.2.2锚杆的安装

 

　　注浆管为∮20mm胶管，用非镀锌材料与锚杆体捆扎在一起；排气管为∮10mm软质水管，长度为1.5m，外露孔口10cm.安装采用人工锤击方式，对于长锚杆采用风动凿岩机配合钢套管顶入；锚杆杆体入孔长度不得短于设计长度的95%；安装完毕后，应用楔子临时将锚杆端头固定，以防在注浆和安装垫板和螺母时晃动。

 

　　2.3注浆

 

　　（1）注浆料为M30水泥砂浆，其配合比为：水：水泥：砂=1：1：0.45（重量比），外加早强剂，掺量为4%，确保及时提供支护抗力；浆液拌制时要注意其稠度，太浓，不利浆液注入；太稀，浆液易流出，注浆不易饱满密实；浆液随拌随用，一次拌合的砂浆在初凝前用完。

 

　　（2）注浆设备为风动牛角泵。注浆压力不超过0.4MPa，注浆前应用棉纱、胶泥、锚固剂等将孔壁与锚杆杆体间空隙封堵，封堵长度不得短于1.0m.

 

　　（3）注浆前或中途暂停超过30min，应润滑管道和注浆罐。

 

　　（4）注浆管口应插至距孔底5～10cm处，随浆液的注入缓慢均匀排出孔内空气。

 

　　（5）注浆结束条件采用3指标控制：当注浆量为设计量的80%以上，压力稳定在0.4MPa维持10min以上，且处于孔口上方的排气管有浓浆流出时即可结束单孔注浆。

 

　　（6）注浆浆液硬化后应补充注浆，确保管内浆液充盈。

 

　　（7）注浆后锚杆应加强防护，浆液未达到设计强度的70%不得随意敲击，一般规定3天内不得悬挂重物。

 

　　（8）注浆完毕后应将外露的锚杆端部及时清洗干净，并作好成品防护。

 

　　2.4张拉与锁定

 

　　（1）张拉时张拉顺序的确定和张拉设备的选定：当注浆体强度达到设计强度、后行隧道掘进至设计位置后即可把丝扣保护套去除进行张拉。张拉设备为测力扳手，使用前应校定。扳手上带有数显度盘，以随时测定张拉力的大小和便于观察分级加载的稳定性；同一截面上间隔张拉，避免产生局部压应力集中现象。

 

　　（2）正式施加拉力前，应先施加设计张拉力值的20%即14kN，以去除锚杆本身的弹性杂质和垫板间缝隙，使锚杆各部件紧凑。钢垫板应与初喷混凝土密贴，不平整处用低不于M30级的水泥砂浆抹平，锚杆轴线应与钢垫板垂直。

 

　　（3）预张拉1～2次后卸荷，再重新施加预应力，加载值大小为：起始荷载30%A，终止荷载120%A，分级循环荷载如下：0→30%A→50%A→75%A→100%A→120%A，其中A为设计施加预应力值70kN，在每次加载至上述分级荷载后应维持5～20min，以观察张拉力值的稳定性，在加载至最后一级荷载后维持20min.

 

　　（4）锁定：如果最后一级荷载稳定，将荷载回至100%A并检查其稳定性，如满足要求即可锁定；否则另行处理，加载时如发生位移异常时，停止张拉，并在张拉达到的位置锁定荷载。

 

　　（5）补偿张拉：预应力筋锁定后48h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。

 

　　2.5锚杆的防腐处理

 

　　对于外露锚杆头和钢垫板先涂刷两层沥青，再喷射C20级密实、品质均一的混凝土，其保护层厚度不得小于2cm；或者在沥青表面抹以2cm厚的防水砂浆。

 

 

　　水平预应力对拉锚杆是维护中夹岩柱稳定的关键措施，故必须对其进行长期检测。检测数量不少于锚杆设计数量的10%，即30根。预应力变化值不宜大于锚杆拉力设计值的10%，必要时可采取重复张拉或适当放松的措施以控制张拉力的大小。

 

　　（1）水平对拉锚杆的施工是一项极其重要的工作，必须安排专人负责，选择有经验和水平的作业人员操作，加强管理，严格按照技术交底认真施工作业。

 

　　（2）各种机械设备均应处于良好状态，使用前应进行必要的调试或试运转。

 

　　（3）施加拉力时孔口下方和前方严禁站人，以防施加拉力时发生脱扣和锚杆突然间拉断。

 

　　（4）机械设备的运转部位应有安全防护装置。

 

　　（5）向锚杆孔注浆时，注浆罐内应保持一定数量的砂浆，以防罐体放空，砂浆喷出伤人；处理管路堵塞前，应消除罐内压力。

 

 

　　水平对拉锚杆是一种常用的、非常有效的加固方式，它对于抑制围岩变形，防止出现过度塑性变形和贯通的塑性变形区，防止围岩失稳，发挥着至关重要的作用。在施工中必须严格按照设计和规范规定施作，才能达到维护围岩稳定的目的。对拉锚杆监控量测结果表明：水平收敛值和拱顶下沉值等指标均在要求范围内，表明中夹岩柱是稳定的。