中铁十七局集团第二工程有限公司 陕西省西安市 710000
摘要：根据大临铁路白石头隧道2号斜井预应力树脂锚杆施工工程实例，总结预应力树脂锚杆施工的工艺流程、工作原理、抗拔力检测以及施工注意事项，从而通过预应力树脂锚杆来控制隧道变形。
关键词：预应力 树脂锚杆 大变形 拉拔力
1.技术背景
白石头隧道关键线路2号斜井工区小里程端掌子面开挖揭示岩性为灰色薄层炭质绢云片岩、黑色炭质片岩，间夹方解石脉，岩质酥松，耐崩解性差，受构造影响剧烈，岩体呈全风化状，岩层陡倾，岩层产状扭变严重，局部揉皱发育，微张节理裂隙发育，岩体破碎呈细角砾状，掌子面围岩自稳性差，易失稳，开挖后易沿节理面滑塌，拱顶掉块严重，初支发生大变形，初支混凝土出现严重的剥离掉块现象，根据施工后初支变形监控观测，最大变形速率88.6mm/d，最大收敛1239mm，拱顶最大沉降451mm，存在大变形危害。为解决大变形问题，经研究决定，在该工点进行预应力树脂锚杆试验，总结树脂锚杆控变效果。
2.预应力树脂锚杆设计方案
采用树脂药卷锚杆，杆体采用R25L中空自钻式锚杆，长度为5m，锚固剂类型为中速Z（白色，凝胶时间91～180s，等待安装时间480s，搅拌应在锚固剂凝胶之前完成），采用端头锚固，锚固长度1.8m（锚固剂规格：钻孔为35mm，采用锚固剂直径28mm）；锚杆托盘尺寸为250mm×250mm×12mm。
锚杆设计锚固力为400×3.14×10×10/1000×1.2=151kN，锚杆预紧力为151×45%=68kN，锚杆预紧力施加后应进行复测，复测比例不少于5%，复测预紧力损失不能超过10%，即复测预紧力应大于61kN，否则应重新施加预紧力。
树脂锚杆工作原理：把以树脂锚固剂为基础的胶粘剂和固化剂（二者完全分开）用锚杆轻轻装入钻孔，随后将锚杆以一定速度边旋转边搅拌地推入到眼孔底部，把两种化学物质充分混合，使胶粘剂迅速聚合并使锚固段锚杆与钻孔孔璧紧密地粘结在一起取得较高的强度，并通过托盘的安装和螺母的拧紧，对围岩起到支护作用。树脂锚杆安装大样如图1。
.png)
图1 树脂锚杆安装大样图
3.预应力树脂锚杆施工及技术要求
3.1 工艺流程
工艺流程：定眼位→打眼→吹眼→放锚固剂→搅拌→凝固→紧固。
3.2 设备配置
根据锚杆的长度及孔径，结合现场既有设备，选择锚杆钻机及隧道手持风枪钻机，钻孔直径为35mm。
3.3 锚杆施工
（1）锚杆的杆体表面应无锈、油、漆或其他污染物。
（2）用锚杆钻机在选择的地点钻孔，钻孔孔径为35mm，将树脂锚固剂放入孔中，用推送杆将其慢慢推到孔底；用锚杆钻机将锚杆边旋转边推进到孔底，然后再旋转20s～30s停止；等待30s后，退下锚杆钻机。
（3）安装锚杆垫板及螺母，施加预紧力。
3.4 技术要求
（1）产品质量必须符合相关要求。产品所使用材料应符合有关国家标准、行业标准和设计要求，并有合格证明书、质量保证书。材料进厂后应进行验收试验。锚固剂应装填饱满，质地柔软，颜色均匀，树脂胶泥不分层、不沉淀，固化剂分布均匀，封口严密，无渗漏。
（2）选择合适的钻头和锚杆、树脂药卷。钻孔直径与锚杆直径相差过大或过小将会使树脂搅拌后不能充满钻孔或不能充分混合，造成锚固剂不能充分固化，从而导致锚固力过低；树脂药卷过大或过小会使树脂材料的浪费或不能充分混合，因此只有钻孔直径、锚杆直径、树脂药卷直径“三径”之间相匹配，才能使树脂锚杆支护结构整体达到最佳的支护状态。
（3）严格控制超欠挖，保证隧道开挖面的平顺。隧道爆破成形是锚杆支护的基础，因为爆破成形不好直接降低围岩强度，不利于锚杆托板与顶帮紧贴，锚杆受力条件变差，降低围岩加固强度，减弱它的抗外载能力，影响巷道维护效果。
（4）准确定位锚杆眼的位置。眼位误差不得超过100mm，眼向误差不得大于15°。锚杆眼深度应与锚杆长度相匹配，打眼时应在钎子上做好标志，严格按锚杆长度打眼，锚杆眼打好后，应将眼内的岩渣、积水清理干净。打眼的顺序，应由外向里先顶后帮的顺序依次进行。
（5）锚杆托盘与螺母之间必须使用减摩垫圈。减磨垫圈能降低锚杆托盘与螺母之间的摩擦力，提高初锚力；有效提高锚杆锚固力，充分发挥锚杆的高强作用。
（6）严格执行树脂锚杆施工安装操作规程。即锚杆孔清理后，用螺纹钢杆体推送锚固剂到孔内。启动搅拌器，边旋转边搅拌匀速推进到孔底，达到搅拌时间后，停止搅拌。搅拌时间为：超快速10～15s，快速15～20s，中速20～30s。停止搅拌后，及时在孔口将杆体楔住，达到锚固剂要求的等待时间后，上紧托盘、螺母。
4.锚杆拉拔力试验
试验工具为锚杆拉力计，拉拔试验锚杆按锚杆总数的3%选取，锚杆锚固力均不低于设计锚固力（151kN）为合格。拉拔试验在锚杆安装后0.5h～4.0h进行。时间过短影响锚固剂固化后的强度，时间过长则因隧道围岩发生变形影响测量结果。
按图2所示安设仪器，确保锚杆拉力计油缸的中心线与锚杆轴线重合。试验前，检查手动泵的油量和各连接部位是否牢固，确认无误后再进行试验。试验由两人完成，一人加载，一人记录。试验时应缓慢均匀地操作手动泵压杆，当锚杆出现明显位移时，停止加压，记录锚杆拉力计此时的读数，即为拉拔试验值。锚杆拉拔时应缓慢地逐级均匀加载，直到锚杆滑动或杆体破坏为止。
.png)
图2 锚杆拉拔力试验示意图
5.监控量测
按照《铁路隧道监控量测技术规程》等相关规定进行施工监控量测，了解围岩稳定状态和支护、衬砌可靠程度，确保施工安全及结构的长期稳定性，为围岩级别变更、衬砌支护和二次衬砌的参数调整提供依据。
施工过程中及时埋设监控量测点，间距不超过3m埋设一组监控量测点，每个台阶各设两个水平收敛测点，上台阶设拱顶沉降测点，形成一组观测断面。初次读数应在开挖后不晚于12小时内进行，最迟不超过下一开挖循环前完成初次变形值的读出。仪器采用徕卡全站仪。
6.结语
通过监控量测数据发现，施做预应力树脂锚杆后，初支累计变形明显减小，未出现初支变形侵限情况，此施工技术在项目其他工点进行了推广应用，有效控制了隧道的变形。
参考文献：
[1]张浩.锚杆支护技术及工程应用[J].四川建筑，2012，32（6）
[2]程良奎，李象范.岩土锚固[M].北京：中国建筑工业出版社，2008