QB/ZTYJGYGF-SD-0309-2011 第五工程有限公司 石炜炜
1 前言
1.1 工艺工法概况
锚杆支护是隧道施工支护的重要形式，它能有效地控制由于爆破以及其它手段开挖而使围岩产生的岩体松动，提高围岩的稳定性。适用范围比较广泛（公路、铁路隧道以及路基不稳定边坡），不但工艺简单，成本低廉，而且施工方便快捷，效果显著。
在强风化、层理、节理裂隙发育、岩体破碎松散以及大规模断层、破碎带等条件下的初期支护中，目前普通砂浆锚杆、中空注浆锚杆、自进式锚杆、组合式中空锚杆等，各有优点，也存在不足，不能满足现场施工对初期支护效果的要求。随着铁路建设的发展进步，对锚杆施工的要求也越来越高，比如注浆饱满及方便检测成为关注的重点。 1.2 工艺原理
锚杆组成构件：锚头、中空锚杆杆体、止浆塞、垫板、螺母以及堵头（组合式中空锚杆还包含：排气通道、连接段、实心锚杆杆体），锚杆直径为25mm，表面带有螺纹，中间有一孔，锚杆插入已由凿岩机凿好的锚孔内，然后通过空孔注浆固结，部分浆液将在压力下渗透入围岩裂隙，固结后的围岩成一整体，使周围一定厚度范围内的岩体形成“承载环”，在锚杆的强大抗拔力的作用下，围岩有了充分承载能力，加大了围岩的稳定性。
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2 工艺工法特点
2.1技术容易掌握，利于广泛推广。 2.2方便现场施工操作。
2.3安装方便，不需现场加工螺纹，就可方便的安设垫板、螺母。 2.4在各配件的作用下，杆体的居中性良好，浆液可以将锚杆体全长包裹，沿锚杆全长传递剪应力和拉应力，避免锈蚀的危险，达到长期支护的目的。 3 适用范围
3.1适用于隧道内地质较差，围岩破碎地段的锚固支护和超前支护。 3.2适用于隧道坍方、断层地段的整治。 4 主要引用标准
4.1《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204）
4.2《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》（铁建设【2005】160号）
4.3《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086） 4.4《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（TB10108） 4.5《组合式中空锚杆技术条件》（TB/T3209） 5 施工方法
石质隧道锚杆采用风动凿岩机成孔，黄土隧道采用ZM-12T型煤电钻钻成孔。锚杆钻孔利用开挖台阶搭设简易台架施钻，按照设计间距布孔；钻孔方向尽可能垂直结构面或初喷砼表面；锚杆孔比杆径大15㎜，深度误差不得大于±50mm；成孔后采用高压风清孔。 6 工艺流程及操作要点
6.1 施工工艺流程 图2 组合锚杆实物照 施工准备→锚杆孔测量放样→钻孔→清孔→插入锚杆→注浆→安装垫板→锚杆验收。 6.2 操作要点 6.2.1 施工准备
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1 使施工现场达到三通，即电源、水源、道路通。
2 清除孤石、危石以及容易掉落石块，清理锚杆孔口岩面，使岩面也钻孔方向垂直，如不垂直，安装锚杆时可用特制垫块调整，使托板密帖岩面。
图3 注浆锚杆施工工艺流程图
安装垫板 插入锚杆 注 浆 搅拌砂浆 锚杆孔清孔 锚孔成孔检查 钻孔角度定位 钻锚杆孔 锚杆孔位测量放样 锚杆钻机就位 注浆设备就位 机械设备保养 锚杆制作 各项工前准备 准备注浆材料 锚杆竣工验收 3 准备好锚杆的各部件，准备好钻孔及配套设备。 4 确定砂浆施工配合比。
5 准备好各种质检记录表，按照各项目竣工文件以及其他相关文件要求。 6.2.2 锚杆制作
材料螺母、垫板、止浆塞、中空锚杆杆体、注浆通道、出浆通道、排气通道、连接段、实心锚杆杆体、锚头和锚孔，杆身必须调直无缺损并除去杆上油污、铁锈、杂质。杆体直径要均匀、一致。
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加工长度误差不大于±1cm。进场材料必须按规定进行抽样检测，合格后方能使用。清理、检查与锚杆配套的锚头、垫块、螺母以及止浆塞是否完整、配套，需在平地上试拼。
组合锚杆杆体由中空锚杆经连接套与钢筋连接组合而成，连接套应设置出浆口，直径不小于16mm，并应按径向均匀分布，套管内应设置与连接杆相匹配的丝扣。
6.2.3锚杆孔测量放样
采用全站仪或者经纬仪，确定出锚杆打设设计里程及其法线方向，为了达到锚杆梅花形布置，间隔环首根锚杆点位应从隧道中线顶部开始，然后采用钢尺沿开挖弧线按设计环向距离以及围岩层理、节理分布实际情况确定打设位置，并用红油漆明显标示。不得生搬硬套采用径向锚杆，并应视现场情况做适当调整。
6.2.4锚杆钻机就位
钻孔施工实行“定人、定位、定机、定质、定量”的岗位责任制，分区按顺序钻孔。钻眼人员到达掌子面时，应首先检查工作面是否处于安全状态，如支护有无表观变形、裂纹；拱部、两帮岩面有无松动现象或岩层面与层面间有无夹薄泥层现象，在风钻水喷洒后是否软化剥落、掉块、坍方，若存在应在开钻前及时处理；钻眼时，风钻支架应放在妥当位置，以免支架弹出伤人；同时各风管节头的连接以及各风管在不用时要保证绑扎好；在开关风时要认真清理被开关风管头对象，以免风管头摆动伤人。
在启动凿岩机前，首先应当检查压气管路、冲洗水管路是否接通、接牢，检查润滑系统是否加了润滑油。凿岩系统应保持润滑良好，润滑油应选30号或20号机油，一般使用注油器，每班应定次定量添注。
6.2.5钻孔角度定位
根据测量放线定好的点位，应垂直于岩面节理面，锚杆轴线应与岩体主结构面或滑移面成较大角度相交，当主结构面不明显时，可与隧道周边轮廓垂直布置。当拱顶或拱腰条件受限时，可采用长短钎相结合，更换钎需迅速、准确。
6.2.6 钻孔
钻孔机具根据设计所规定的孔位、孔径、长度与倾斜钻孔，钻机采用YT28气腿式风枪，钻头采用Φ38mm梅花形合金钢钻头。开孔时，应调节凿岩机的控制手柄阀，使凿钻轻冲击运转，调整气腿调压阀，使气腿推力处于弱推力状态。
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当形成孔窝后，可逐渐使凿岩机处于中运转状态，然后再逐渐增大气腿的轴推力，当炮孔凿入100mm左右，可使凿岩机处于全运转和注水及吹洗的工作状态，气腿的轴推力调整到最优推力。对钻机先供风供水，开始钻进，钻进应以多回转、少冲击的原则进行，以免钻渣堵塞水孔。
针对不同岩性的围岩，应根据排粉情况分别调整冲击功、转杆速度和轴推力，力求获得较高的凿岩速度。如钻凿中硬岩，冲击功要小些，转杆速度可高些，推力不宜过大。而对于坚硬岩石，冲击功要大。
在允许眼孔误差范围内，选择岩层较好的位置（错开岩层节理面）进行开孔；转钎速度应低，轴推力要大，采用多转动，少振动；减少钻孔时用水量；换钎时速度迅速；开孔做到平直，防止孔壁发生错台。
6.2.7清孔
成孔后用ф18弯头钢管直至孔底通入高压风清孔，将孔内壁及根部残留废土清除干净。清孔必须彻底，否则碎屑可能堵塞排气管，影响孔内注浆效果。切忌人员正对眼口，以免孔内杂物伤害人员。
6.2.8 孔位检查
锚杆孔口位置误差不大于±15cm，梅花形布置，钻眼深度允许偏差为±50mm。锚杆应垂直于开挖岩面布设。杆孔深度大于锚杆设计长度10cm，锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。孔位及孔深检查采用卷尺量测，孔径采用比连接件直径大10mm的PVC管检测。待自检合格后，填写检查记录表格，报现场监理工程师检查合格后，方能插入锚杆。
6.2.9 插入锚杆
安装前，应检查锚杆是否符合设计规格、长度等要求，采用人工插入带锚头的锚杆，上仰孔时将排气管扎在锚杆杆体上，并长于中空锚杆尾部约0.5m，当插入比较困难时，将锚杆退出后采用风钻洗孔清空后重新插入，拱腰以上的锚杆一定要与网片或连接钢筋固定好，防止锚杆脱落伤害人员。套上止浆塞并敲紧，注意保护好排气管位置，禁止将排气管压扁或损坏。
6.2.10 注浆作业
1 注浆材料采用水泥砂浆，水泥选用32.5R以上的普通硅酸盐水泥，质量应满足《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的各项指标》(GB175)标准；拌合水应符合《铁路混凝土及砌体工程施工规范》（TB1210）的各项规定。
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图4 注浆作业工艺图
2 注浆用水泥砂浆配合比应根据设计文件进行配置，砂浆具有早强性、可流动性、膨胀密实性功能，属于富水泥砂浆。
3 砂浆拌制采用YI32S-4型拌和机，随拌随用，拌合时间不少于3分钟，注浆过程中注意防止容器内浆液产生沉淀。选用HFV-5D注浆机，注浆时缓慢匀速注入，以减少浆液中气泡的产生以及冲孔现象。
4注浆参数 注浆压力选择，采用一次升压法注浆，注浆压力要控制在0.3MPa～0.6MPa之间；单孔注浆量计算：
Q=λπLRnβ
式中，Q为单孔浆液压入量，m³；R为浆液扩散半径，m；L为注浆段长度，m；β为浆液在裂隙的有效填充系数，视岩层性质而定，约0.3～0.9；n为体积裂隙率，一般取1%～10%，破碎地段取30%～40%；λ为损失系数，取1.1～1.5。（参照武广客运专线乌龙泉至花都段鹰嘴山隧道施工设计图）。
5 开启注浆泵前，检查排气空是否正常排出气体，将水灰比为0.5～0.4水泥浆注入锚孔内。约30秒后，当排气管停止排气或流出稀浆后，再经10余秒方可停止注浆。关闭注浆泵，卸下注浆接头，迅速堵塞锚杆尾部孔。
6.2.11 垫片安装
垫板应紧贴围岩，围岩不平时要用M10砂浆填平，再拧紧螺帽。锚杆施工完毕后，由于爆破或其他因素影响，可能使托盘松动，锚固失效，因此要定时检查，如发现托盘松动，及时拧紧螺帽。 7 劳动力组织
表1 锚杆施工人员配备表（单口每班）
工种或职务 工区长 技术主管 专兼职安全员
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人数 1 1 1 工种或职务 质检员 测量工 工班长 锚杆加工、运输 钻孔、清孔 注浆 锚杆安装 电工 空压机司机 装载机司机 人数 1 2 2 2 10（双侧壁导坑法20人） 6人（双侧壁导坑法12人） 4（双侧壁导坑法8人） 1 1 1 8 设备机具配置
隧道单口施工，设备机具配置应结合隧道开挖方法、工期要求进行合理配置，配套的生产能力应为均衡施工能力的1.2～1.5倍。
表2 锚杆施工主要机械设备配置表（单口每班）
机械设备名称 注浆泵 装载机 空压机 风钻 电煤钻 通风机 切割机 数量 1台 1台 2台 6台（双侧壁导坑法12台） 6台（双侧壁导坑法12台） 1台 2台 9 质量控制
9.1易出现的质量问题
表3 易出现的质量问题
序号 1 2 3 4 现象 眼孔不直 孔位过深或过浅钻孔孔径过大或过小 眼孔内有碎屑 注浆时砂浆下滴 主要原因 钻孔时，凿岩机下端移动 未按设计要求施工 清空风力不足 砂浆过稀成孔口堵塞不良 影响 锚杆不易安装到孔底 降低锚固能力 安装锚杆、注浆均困难 孔内砂浆不饱满，降低锚固能力 7
5 6 7 压力表读数不在控制范围内 止浆塞内孔堵塞 排气管破损、压扁 注浆压力不够或不稳 腔内空气未被排出 安装锚杆时用力过大，孔壁不直 腔内砂浆不饱满，锚杆容易锈蚀 锚杆内注浆不密实，降低锚固能力 孔内空气排放不净 9.2 保证措施
9.2.1 施工中各工序完成后按《铁路隧道施工规范》（TB1204）及《铁路隧道工程质量检验验评标准》（TB10417）进行验收，合格后方可进入下道工序，凡不合格者必须进行返工，使其达到质量标准和设计要求。
9.2.2 钻眼孔位应作标记，以避免锚杆间距误差过大，降低加固围岩的效果，尤其在锚杆设计间距小时更要注意。钻孔直径应大于锚杆直径25mm，为使锚杆周围都有一定厚度的砂浆与孔壁粘结，以保证达到所需要的抗拔力。
9.2.3 注浆前应将孔眼吹净，使砂浆与孔壁黏结良好。注浆饱满与否是保证锚杆质量的关键，注浆是从孔底向孔外，当孔口有砂浆溢出时，即表示孔内砂浆饱满。
9.2.4 锚杆安装位置居中，使砂浆均匀包裹杆体四周，在孔口可用止浆塞封固，既可固定锚杆位置，也可防止大量浆液外溢。注浆完毕后，及时将中空锚杆尾部封闭堵塞。 10 安全措施
10.1 主要安全风险分析
钻孔时上下层垂直作业，防止石块掉落，对所有人员进行岗前培训。严格用电制度，施工用电有专人负责；注浆机后面不得站人，防止注浆管破裂时，造成人员伤害；起拱线以上的锚杆施工时，防止锚杆意外脱落。 10.2 保证措施
10.2.1施工人员到达工作地点时，应检查工作面是否处于安全状态，并详细检查支护是否牢固、如有松动石块或裂缝，应及时予以清除或支护。施工期间，应对支护的工作状态进行定期和不定期检查。在不良地质地段，应由专人每班检查。
10.2.2锚杆简易台架应安置稳妥。
10.2.3作业中如发生风、水、输料管路堵塞或爆裂时，必须依次停止风、水、料的输送。
10.2.4对锚杆支护体系的监控量测中发现支护体系变形、开裂等险情时，应采
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取补救措施。当险情危急时，应将人员撤出危险区。
10.2.5在钻进过程中，认真控制钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻、坍孔、掉快和缩颈等各种通病的出现，一旦发生孔内事故，应尽快进行处理，并配备必要的事故处理工具。
10.2.6 电工持证上岗，对洞内设备进行防护性接地、保护性接零或绝缘，所有线路必须安装漏电保护装置。 11 环保措施
11.1设固定的垃圾桶、垃圾坑盛放垃圾，定期清理运至指定的垃圾处理场。 11.2生产、生活污水经沉淀池沉淀经检验达标后排放。
11.3及时清理、清扫施工现场，尤其是洒落的扬尘。保持场地清洁，避免不洁物质与大气降水接触，污染水体。 12 应用实例 12.1工程简介
新建铁路武广客运专线乌龙泉至花都段鹰嘴山隧道位于岳阳境内，起讫里程DK1418+001.7～DK1420+113.77，隧道全长2112.07m。本隧道位于直线上，坡度为－5‰和－20‰。 12.2 施工情况
开工时间2006年3月开工，竣工时间2008年8月，本工程隧道开挖采用拱部组合式中空锚杆和边墙砂浆锚杆相结合的方式，进行锚喷支护，锚杆布置形式： V级围岩4m长锚杆，间距1×1m；梅花形布置。每开挖循环1-2环，每环15.5根，开挖进度每天2个循环。 12.3工程结果评价
本工程在整个施工过程中，编制施工方案，做好技术交底，加强施工技术管理工作，实行质量安全目标责任制，做到有计划地进行施工，合理安排人力、物力，同时密切与建设、设计和监理等部门联系，听取合理意见，使施工中出现的问题能及时处理，有效地控制了质量安全隐患，使工程安全质量得到了保证，任务顺利完成。
12.3.1组合式锚杆结构合理，施工方便，适用于仰角时，专门的排气管，从工艺上可确保注浆饱满、密实。
12.3.2 组合式锚杆的止浆塞不仅可靠止浆，还可固定锚杆，解决了常见的
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大仰角锚杆容易跌落的难题。
12.3.3 时间功效：每支组合锚杆完成注浆约35～45秒，成批注浆施工时，功效高于普通砂浆锚杆；与普通中空锚杆相比，每支锚杆仅需要增加1-2分钟的排气管绑扎时间，工效二者相近。
12.3.4 组合式锚杆施工与传统的中空锚杆使用习惯一致，施工安全、简便、快捷。
不足之处锚杆止浆塞与垫板之间安装不紧密留下孔隙，造成注浆盲区，影响锚杆使用年限。 12.4建设效果及施工图片
图5 现场施工完毕效果图
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