1、高陡边坡预应力锚索防护施工技术摘要：六盘山隧道天水端洞门位于麻庵河河谷内，其岩性为白垩系下统砂岩夹泥岩，河谷常年受水流的冲刷，割裂较深，形成洞口以上高约 200m 的陡坎；受卸荷裂隙、节理及层理的影响，岩体破碎，在陡坎底部有崩塌块石堆积，表面被较大树木覆盖。陡坎壁危岩、落石发育，落石对线路运营有潜在危险。为了保证线路的安全运营，对地质条件复杂且容易产生滑塌的边坡进行了预应力锚索工程的加固设计方案。锚索锚孔孔径为 130mm，锚索材料为 615.24mm 高强低松弛无粘结钢绞线，锚索采用压力分散型的结构形式对山体的不同地层进行加固，因此其施工的复杂性较高。 关键词：高陡边坡预应力锚索施工技术 中
2、图分类号： TU74 文献标识码： A 1工程概况 新建天平铁路 TP-TJ2 标六盘山隧道天水端洞门位于麻庵河河谷内，其岩性为白垩系下统砂岩夹泥岩，河谷常年受水流的冲刷，割裂较深，形成洞口以上高约 200m 的陡坎；受卸荷裂隙、节理及层理的影响，岩体破碎，在陡坎底部有崩塌块石堆积，表面被较大树木覆盖。陡坎壁危岩、落石发育，落石对线路运营有潜在危险。 关山隧道平凉端与六盘山隧道天水端设置有莲花台车站，设置防护结构可避免恶劣天气对列车运营的影响，同时防止外人及野生动物进入隧道内。设置防护措施可以保护环境，避免山体进一步分化崩塌，以致长期积累形成泥石流，同时洞口防护措施可与周边环境其他构筑物协调一
3、致、美化环境。 为了保证线路的安全运营，对地质条件复杂且容易产生滑塌的边坡进行了预应力锚索工程的加固设计方案。锚索锚孔孔径为 130mm，锚索材料为 615.24mm 高强低松弛无粘结钢绞线，锚索采用压力分散型的结构形式对山体的不同地层进行加固，因此其施工的复杂性较高。 2施工准备 2.1 仰坡清理 因为仰坡局部围岩需进行爆破作业，如搭设脚手架施工平台，在进行爆破时需拆除，且脚手架平台施做需要在河道上搭设钢基础平台，爆破时也需要进行拆除，爆破完后再需重新搭设，这样既增加了基础平台和脚手架施工作业量，又增加了施工时间。因此仰坡施工需修筑上山的施工便道，在仰坡上方用钢管和脚手架搭设悬挂的人工施工平
4、台，人工刷坡每人利用两条安全绳悬挂安全带通过吊篮进行危石清理及爆破作业，由于无法利用固定的施工平台进行钻孔作业，因此爆破钻孔采用电锤凿浅眼进行小面积的弱爆破，对仰坡进行围岩清理。 2.2 清理施工场地 在仰坡处理完成后，需要对河道进行清理，主要是清理出施工平台场地和疏通河道。清理河道人工配合机械进行施工，挖掘机由关山隧道出口下到谷底，将谷底仰坡刷坡弃砟倒至六盘山隧道进口洞门内，通过进口横洞运至弃砟场。 2.3 施工平台搭设 洞口仰坡施工平台搭建，由于麻庵河流量较大，施工平台基础需采用钢结构搭建。搭建面积为 40*20=800m2，采用 200 钢管立柱，间距1*1m，总重量为 800*8*73
5、.787/1000=472T，考虑横撑和斜撑与立柱的可靠连接，采用 70 的等边角钢，间距 1.5m，共计2700*3*6.573/1000=53.24T，顶梁采用 I20b 工字钢，考虑到脚手架的安装，顶梁 I20b 工字钢纵横间距定为100cm，(40/0.6*20*31.047+20/0.6*40*31.047)/1000=83T，上部采用碗扣式脚手架与钢基础连接，脚手架所需材料用量为(40/0.6*20*5.549*40+20/0.6*40*5.549*40*2)/1000=887.84T。钢基础C20 砼量 800m3。 钢基础施工时，利用围堰将施工场地与河水隔开。M7.5 浆砌片石
6、围堰，水深 1m，进入水下 0.5m，露出水面 1m，周长 84m,宽 2m,工程量420m3。 预应力锚索防护施工技术 施工工艺流程图 新建天平铁路 TP-TJ2 标六盘山隧道天水端洞门高陡斜坡预应力锚索施工工艺流程图见图 1 所示。 图 1 高陡斜坡预应力锚索施工工艺流程图 3.2 洞门高仰坡刷坡 进口洞门高仰坡从上而下逐级开挖逐级防护，刷坡时不得采用大面积爆破，以防止由于爆破而对原有山体结构产生破坏作用。见图 2、图 3所示。 3.3 锚孔钻造 3.3.1 施工放样 锚孔放样是预应力锚索施工的关键一步，放样不正确，将关系到后续工程及整体边坡锚索外观的质量。见图 4 所示，首先定出锚孔里程
7、桩号及相对应的坡顶设计标高，并定出坡底的相对应的里程桩号，之后用罗盘仪、弹性较小的线绳及钢尺，以坡顶标高为准，罗盘仪定出理论坡面线与水平夹角 ，将线绳从坡顶桩设计标高延至坡角相对里程，也就是说定出设计坡面线，后用钢尺从顶坡沿线绳量出 L1 长度后，用罗盘仪将设计钻孔倾角定出后，将锚孔准确的定位至实际坡面上，所放样锚孔孔位误差应控制在5cm。 图 2. 高陡边坡防护立面图图 3. 高陡边坡防护剖面图 3.3.2 钻机就位 钻机安放在稳固的脚手架上，根据坡面测放孔位，先将钻机粗略就位后，将钻杆头中心对准坡面孔位中心，用罗盘仪测出设计钻孔倾角后，采用安放在钻机后部的活动脚手架横杆调整钻机高度，直至钻
8、孔倾角纵横误差满足设计要求为止即可开钻。 3.3.3 钻进过程控制 锚孔钻进采用无水干钻，以确保锚固工程施工不至于恶化边坡岩土工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。锚孔钻造深度比设计大 20cm 以上。在钻进过程中，如岩层较软时，钻进顺利，机械手适当加压，提高钻进速度，增加工效；如岩层阶段性坚硬时，机械手适当减压，防止钻孔偏斜较多,不符合设计要求；如果全段岩体坚硬时适当加压匀速钻进。在钻进过程中记录锚孔地层地质情况。在遇到地层破碎严重，地下水丰富，出现埋钻、塌孔现象时，先用清孔器反复清孔，达到成孔目的，经过反复清孔不能完全成孔时，可采用固结灌浆法处理，即在未成形的锚孔内，先进行孔内注浆，待水泥浆体
9、达到 100%时，再次进行钻孔。在破碎带较厚无法进行固结灌浆时，采用偏心锤跟管钻进技术，即用其配套的偏心锤和反丝套管，由偏心锤带动套管完成跟管钻进，即可达到成孔目的。 3.4 锚索制作及安装 3.4.1 锚索制作 锚索采用高强低松驰无粘结钢绞线，钢绞线外裹的橡胶套管在运输、制作过程中不得拉伤损坏。锚索编束前，要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，严格按设计尺寸下料，锚索长度=锚索设计长度+张拉时所需工作长度(1.52.0m)。锚索为压力分散型锚索，由三个单元锚索组成，每个单元锚索分别由两根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成见图 5 所示。钢绞线通过特制的挤压簧和挤压套对称地锚固于钢质承载体上
10、，即每根钢绞线前端均安装挤压套，挤压套前端放置承载体，后端放置限位板，承载体与限位板之间用螺栓连接成整体，限位片后端外露钢绞线长度应大于 1cm 以上，保证锚索体的自由段与锚固段长度达到设计要求，钢绞线与承载体单根的连接强度大于 200Mpa，钢质承载体采用 45号钢材加工制作见图 6 所示。钢绞线必须采用机械切割，严禁采用电弧切割，并经除油和除锈处理合格，对有死弯、机械损伤及锈坑材料剔除。钢绞线按设计要求平直编排，同时做好各单元区分标记，标记要做到不脱落。沿锚索体轴线方向每 11.5m 设置一个架线环至锚索体全长，架线环采用 8mm 铁丝牢固地绑扎在锚索体上，以免架线环滑动，保证钢绞线的保护
11、层厚度2cm。在锚索体完成编束及架线环安装后，在锚索体底端接装导向帽，使下锚顺利，导向帽尺寸严格按照设计要求制作，尺寸制作误差为5cm，接装定位误差为20cm，导向帽点焊到承载体上即可。图 5 锚索制作安装示意图 图 6. 钢质承载体及限位片示意图 3.4.2 锚索入孔 在安装锚索体前将锚孔周围杂物清除干净，保证锚索体无明显弯曲、扭转现象，锚索体防护介质无损伤，锚索体应平顺入孔，严禁扭曲变形，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散束和卡阻。锚索入孔长度不小于设计长度，且与孔底间距不小于cm。在锚孔成孔 12 小时内必须下锚。 3.5 锚孔灌浆 3.5.1 注浆准备及材料的选择 锚索入孔 24 小时内
12、必须注浆，注浆采用40 水泥净浆，水泥选用PO42.5R 普通硅酸盐水泥，拌合水采用饮用水。注浆浆液水灰比控制在0.40.5，浆液搅拌均匀，随搅随用，浆液在初凝前必须用完，并严防石块、杂物混入浆液。锚索注浆后，不得随意敲动，不得悬挂重物。 3.5.2 注浆过程控制 在预应力锚索锚固段位于中微风化岩层时，只需一次基本孔底反压注浆均能达到设计强度和设计抗拔力，一次注浆管采用强度较好的25mm 塑料管注浆，注浆管通过架线环中间的圆孔沿锚索架线环一次安装至锚索顶端导向帽，通过每个架线环时绑扎一道扎丝，固定牢固，安装完毕后必须保证注浆管顺直畅通不变形，从而达到孔底返压注浆效果，满足设计要求。注浆压力控制
13、在 1.53.0Mpa，一次常压孔底返浆至孔口溢浆，在孔口溢浆 2min 后即可停止注浆。在预应力锚索锚固段位于全强化岩层时采用二次高压劈裂注浆，二次劈裂注浆压力控制在 45Mpa且必须在一次注浆浆体初凝前完成，从而达到二次劈裂注浆的效果，满足设计要求。 3.6 试验孔张拉 试验孔反力装置为 808030cm 钢筋砼锚墩，张拉过程为循环加荷控制，记录每一循环荷载与锚索位移、荷载与塑性变形、荷载与弹性变形的有关数据，验证锚索各项参数是否符合设计要求，从而达到指导施工的目的，确定锚固力对山体是否达到加固作用，见图 7 所示。 （a）弹性变形-荷载-塑性变形曲线图（b）荷载-位移曲线 图 7. 六盘
14、山隧道天水端洞门高陡边坡锚索试验孔张拉荷载位移曲线图 3.7 钢筋砼工程 锚索框架是边坡锚固工程抑制构件，成锚后及时进行框架浇注施工，锚索框架采用现场浇做，模板为组合钢模板与定型钢模相结合的方法，即采用定型钢模板对框架的基本尺寸进行组合，然后用组合钢模板根据不同边坡坡率进行调整。在灌注砼前将锚具中的螺纹钢筋、波纹管和锚垫板按设计要求固定在钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放平整，锚垫板与锚索成 90 度夹角，预埋波纹管密封，且波纹管外端长出梁面cm，内端伸入山体 10cm 以上，在浇筑砼时确保波纹管不被损坏，以免影响以后的张拉作业。其工程质量应符合交通部一般砼结构工程施工及验收规范和相应工程建设项
15、目的有关规定及要求。 3.8 锚索张拉及锚索封锚 3.8.1 锚索的验收试验 在锚固体及砼强度均达到设计强度的时，即可进行张拉作业。锚具安装与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时采用钢质垫片调整满足要求。锚索张拉前，取 1020%的设计张拉荷载，对其张拉 1-2 次，使其各部位接触紧密，钢绞线完全平直。锚索张拉按一定次序分单元进行差异分步张拉，根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载，首先分单元补充张拉各单元差异荷载，然后整体同步分级张拉，锚索的验收试验预应力分 7 级施加，即设计荷载的30%、50%、75%、100%、120%、133%、150%，每级荷载施加后，稳定观测
