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　　1、工程概況

 

　　八字嶺隧道位于湖北省宜昌市及恩施土家族苗族自治州交界境內(nèi)，隧道出口位于恩施自治州巴東縣野三關(guān)鎮(zhèn)栗子園村四渡河?xùn)|岸。左右線隧道出口及洞身均位于直線或不設(shè)超高的圓曲線上，左右線隧道縱坡均為2.41%的單向下坡。

 

　　1.1工程地質(zhì)情況

 

　　1.1.1隧道洞口

 

　　洞口位于低中山斜坡位置，西臨峽谷，基巖裸露，出露地層為弱風(fēng)化灰?guī)r，薄～中層狀，山坡自然坡度40~60°，地表植被發(fā)育，多生長灌木林，水土保持良好，山坡臨空面方位270°，與路線走向一致，巖層產(chǎn)狀342∠72，走向與坡面斜交，洞口巖石淺部巖溶裂隙發(fā)育，巖體欠完整，呈塊狀砌體及塊石狀結(jié)構(gòu)，圍巖類別為Ⅲ類偏好，成洞條件較好。洞口段灰?guī)r地表巖溶較發(fā)育，洞口處標(biāo)高較高，地表、地下水自然排泄條件較好，洞口施工主要受大氣降水形成的坡面面流沿地表巖溶滲漏過境水影響，對洞口施工影響較小。

 

　　綜上所述，隧道出口位于山坡斜坡位置，斜坡與路線正交，巖性為弱~微風(fēng)化灰?guī)r，地表巖溶較發(fā)育，巖體較完整，圍巖類別為Ⅲ類偏好，成洞條件較好，洞口圍巖穩(wěn)定。

 

　　1.1.2大拱段隧道洞身

 

　　YK100+264.2～YK100+205.6；ZK100+259.2～ZK100+200.6隧道大拱段穿過的巖石主要為三疊系下統(tǒng)大治組上段，巖性特征微晶灰?guī)r：灰色，薄～中層狀，主要礦物成分為方解石，微晶結(jié)構(gòu)，層狀、塊狀構(gòu)造，受地表水風(fēng)化影響，節(jié)理巖溶裂隙發(fā)育，溶洞基本不發(fā)育，巖體欠完整，呈塊狀砌體及塊石狀結(jié)構(gòu)，圍巖類別為Ⅲ類偏好，成洞條件較好。

 

 

　　2.1設(shè)計參數(shù)

 

　　大拱段設(shè)計長度58.6m（YK100+264.2～+205.6ZK100+259.2～+200.6），開挖最大寬度24.695m，高度12.108m。設(shè)計支護(hù)參數(shù)為：20b工字鋼，縱向間距1.0m，6.0m長φ25預(yù)應(yīng)力錨桿和3.5m長φ22全長粘結(jié)藥卷錨桿，間距200×100cm（環(huán)×縱）梅花形布置，φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20×20cm，25cm厚C20噴射砼及90cm厚C25鋼筋砼襯砌。

 

　　2.2開挖支護(hù)

 

　　采用上下臺階法，第一步：進(jìn)行上斷面開挖，短進(jìn)尺、弱爆破，循環(huán)進(jìn)尺控制在2.0m左右，緊接著施做初期支護(hù)—20b工字鋼（縱距1.0m）和6.0m長φ25預(yù)應(yīng)力錨桿及3.5m長φ22藥卷錨桿；第二步：根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測，圍巖的收斂和沉降趨于穩(wěn)定后，進(jìn)行下斷面中槽開挖，循環(huán)進(jìn)尺在3.5m左右，同時量測緊跟。第三步：待中槽58.6m開挖完成后，進(jìn)行下斷面左右馬口跳槽開挖，特別注意左右兩側(cè)拱腳不能同時落底，初期支護(hù)及監(jiān)控量測緊跟施工。

 

 

　　3.1預(yù)應(yīng)力錨桿概述

 

　　預(yù)應(yīng)力錨桿是近年來工程界大力推薦的錨桿形式，其是在普通砂漿錨桿或中空注漿的基礎(chǔ)上改良的結(jié)果，一般由錨頭、中空錨桿體、止?jié){塞、墊板、螺母組成。在隧道施工中主要用于分岔洞口的四車道大拱上，由于受這種特大跨徑公路隧道的施工方法及二次襯砌模板難以安設(shè)的制約，較長時間段內(nèi)荷載將全部作用在初期支護(hù)上，結(jié)合大拱段結(jié)構(gòu)受力分析和相關(guān)科研，初期支護(hù)特別設(shè)置了6m長φ25預(yù)應(yīng)力錨桿形式，由于錨桿的預(yù)應(yīng)力作用，將大大減小洞室周邊巖體的收斂變形，更有利于在錨桿作用范圍內(nèi)形成穩(wěn)定的承載拱，更好的發(fā)揮圍巖的承載能力，減小了開挖施工過程中可能發(fā)生的坍塌事故的風(fēng)險。

 

　　3.2設(shè)計參數(shù)

 

　　八字嶺隧道大拱段初期支護(hù)設(shè)計6.0長φ25預(yù)應(yīng)力錨桿（20MnSiφ25Ⅱ級鋼筋），桿體抗拉強度約為170KN，在Ⅳ類圍巖地段一般施加80~100KN的預(yù)應(yīng)力，局部圍巖較完整的地段施加30~50KN的預(yù)應(yīng)力。注漿時可以采用分段注漿施加預(yù)應(yīng)力或一次性注漿完畢達(dá)到要求后施加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計值，注漿材料采用M30水泥砂漿。

 

　　3.3施工工藝及質(zhì)量

 

　　八字嶺隧道大拱段在施工中采用了鋼質(zhì)漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿，是由鋼質(zhì)漲殼式錨頭、中空錨桿體、止?jié){塞、墊板和螺母組成。

 

　　3.3.1施工工藝

 

　?、瘛㈤_挖后先初噴3~5cm厚混凝土，對周邊圍巖進(jìn)行封閉并架立好鋼支撐；

 

　?、?、在拱部及邊墻范圍內(nèi)確定預(yù)應(yīng)力錨桿的孔位，風(fēng)鉆準(zhǔn)備就位、調(diào)整角度、鉆孔、清孔。鉆孔要求：鉆孔的孔深、孔徑應(yīng)該符合設(shè)計要求，孔位允許偏差±15mm，利用風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，鉆孔方向應(yīng)該盡量與巖層結(jié)構(gòu)面垂直，孔徑40mm，孔深6.0m，孔深允許偏差±50mm，鉆孔與錨桿預(yù)定的方位允許偏差為1~3度；鉆孔和清孔時候應(yīng)注意以下兩項（1）鉆孔直接用其高壓水沖洗直至孔口流出清水為止，最后一定要用高壓風(fēng)吹出孔內(nèi)殘碴、石屑和積水，確保孔內(nèi)清潔干凈，清孔的質(zhì)量直接影響錨桿的錨固力，是決定錨桿質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)（2）孔口整平，孔口周圍與錨桿墊板接觸的巖面要保持平整并垂直孔軸線?？梢匀斯び缅N子鑿平，或用C20水泥砂漿抹平；

 

　?、?、安裝錨頭及桿體，將錨頭安裝在桿體端頭，同時將注漿管插入，并注意檢查排氣回漿管是否導(dǎo)通，以防造成注漿困難。人工或輔以小型機(jī)具（如風(fēng)頭頂在桿體墊片上）將錨桿送入孔內(nèi)，桿體長度不夠時用套管將兩根桿體連接起來繼續(xù)送入孔內(nèi)，孔外預(yù)留安裝拉拔器的長度40cm左右；

 

　?、簟㈩A(yù)應(yīng)力張拉，預(yù)應(yīng)力施工機(jī)械應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況靈活選用。施加預(yù)應(yīng)力前應(yīng)該對拉拔器進(jìn)行校正，張拉應(yīng)該按照程序進(jìn)行，邊張拉邊用扳手旋緊錨桿體尾端的螺栓，當(dāng)拉拔器預(yù)加拉應(yīng)力達(dá)到設(shè)計值時（一般在Ⅳ類圍巖地段施加80~100KN的預(yù)應(yīng)力，局部較完整地段可施加30~50KN的預(yù)應(yīng)力），固定好錨桿體尾端的螺栓。預(yù)應(yīng)力張拉前應(yīng)注意以下三項（1）預(yù)應(yīng)力桿體應(yīng)事先做現(xiàn)場預(yù)應(yīng)力試驗，一般取20%的設(shè)計張拉荷載，對其張拉1~2次，保證錨固體系的牢固和使其各部位接觸緊密，鋼筋完全平直（2）預(yù)應(yīng)力錨桿張拉應(yīng)該按照程序進(jìn)行，編排張拉順序，一般從左右兩側(cè)拱腳每跳隔一個鉆孔向拱頂張拉，這樣相鄰鉆孔的預(yù)應(yīng)力錨桿的張拉不受另一個影響。

 

　?、酢⒆{，（1）安裝注漿設(shè)備，其位置應(yīng)該盡量靠近作業(yè)面，以便于注漿手與注漿機(jī)司機(jī)的聯(lián)絡(luò)；（2）漿液拌和，按技術(shù)交底的施工配合比進(jìn)行計量配料，攪拌時間≮3分鐘，漿液拌和后1小時內(nèi)用完，超過1小時的漿液不能再用，所以漿液要隨拌隨注，以免浪費；（3）注漿前，注漿機(jī)及管路應(yīng)先用清水清洗，以濕潤注漿管路，注漿時注意泵壓，使其逐漸上升，若發(fā)現(xiàn)泵壓上升過猛過大表明發(fā)生了堵管，應(yīng)及時處理，維持在0.1~0.15MPa之間，最大不要超過0.18MPa，并一直保持到排氣回漿管出漿為止，及時將注漿管折疊綁扎，并將回漿管堵嚴(yán)，制止?jié){液流出；（4）清洗，清洗注漿機(jī)及管路，以備下一循環(huán)使用。

 

　　以上工藝流程為先張拉后注漿，若采用先注漿后張拉，應(yīng)該注意注漿和張拉的時間限制，防止張拉時候漿提受到破壞。

 

　　3.3.2質(zhì)量檢查和質(zhì)量保證

 

　?、?、所使用的錨桿要有出廠合格證和工廠試驗證明，并根據(jù)有關(guān)規(guī)定抽樣對螺紋鋼的極限強度、延伸率等性能進(jìn)行試驗。所用的水泥和砂應(yīng)符合試驗要求；

 

　　Ⅱ、錨桿施工嚴(yán)格按工藝技術(shù)要求進(jìn)行，在錨桿施工現(xiàn)場，對已經(jīng)施做的錨桿按規(guī)定比例和要求進(jìn)行其抗拔力試驗，不合格的錨桿應(yīng)重新補打，確保施工質(zhì)量；

 

　　4、影響巖體預(yù)應(yīng)力錨固效果的主要因素

 

　　4.1錨固時機(jī)

 

　　洞身開挖后，如果錨固支護(hù)進(jìn)行的太遲，即在巖體已經(jīng)變形后進(jìn)行，這時再阻止圍巖的繼續(xù)活動，則需要施加更大的力量。既對同一個不穩(wěn)定的巖體，不同的錨固時機(jī)，其錨固效果是不同的。因此預(yù)應(yīng)力錨桿必須在洞身開挖后及時加固，否則，圍巖松散壓力隨時間增大，將使錨桿承受的荷載增加。

 

　　4.2巖體徐變

 

　　巖體徐變，是張拉錨桿預(yù)應(yīng)力損失的主要原因之一。它的機(jī)理是，錨桿預(yù)應(yīng)力荷載作用在巖體上，巖體在受壓的情況下更加密實，天然的結(jié)構(gòu)面（節(jié)理層理，裂隙）上會產(chǎn)生額外的壓縮，預(yù)應(yīng)力張拉錨桿也因此而松弛，使其應(yīng)力降低，隨著時間的推移，錨桿的預(yù)應(yīng)力降低速度減慢，最終將達(dá)到平衡狀態(tài)。巖體徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失并不可怕，只要采取措施以滿足錨桿的預(yù)應(yīng)力設(shè)計要求，除采用超荷載張拉來抵消一部分損失外，錨桿注漿前，再用扳手緊固螺栓一次以抵消一部分應(yīng)力損失，然后在進(jìn)行灌漿。

 

 

　　大拱段監(jiān)控量測主要內(nèi)容為，表面收斂位移、拱頂、地表沉降、鋼拱架應(yīng)力量測及錨桿應(yīng)力測試等。通過實測，結(jié)果如下：

 

　　實測斷面水平位移收斂量、沉降量統(tǒng)計結(jié)果

 

　　斷面 水平收斂

 

　　地表沉降量統(tǒng)計結(jié)果

 

　　鋼拱架應(yīng)力隨時間的增長，逐漸趨于穩(wěn)定，實測拱頂穩(wěn)定應(yīng)力值40~50MPa，左拱腰拱架應(yīng)力值為70~80MPa，右拱腰拱架應(yīng)力值為20~25MPa。大拱段錨桿應(yīng)力最大值50MPa。

 

　　從以上沉降、收斂、鋼拱架及錨桿應(yīng)力分析：總體上，實際累積收斂量、沉降量均較小，鋼架變形量不大，錨桿設(shè)計最大承載力100KN，實際錨桿應(yīng)力最大50MPa（約為20KN）。這些都說明大拱段圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)一體，整體受力、變形量適當(dāng)，穩(wěn)定性好，安全儲備足夠。

 

 

　　八字嶺隧道出口大拱段在設(shè)計和施工中采用長短相間預(yù)應(yīng)力錨桿和藥卷錨桿作為初期支護(hù)中是非常成功的，通過對預(yù)應(yīng)力錨桿的施工工藝進(jìn)行分析和探討，并通過現(xiàn)場監(jiān)控量測及時反饋的信息指導(dǎo)技術(shù)方案的落實，對保證隧道的穩(wěn)定、掌握施工工藝流程，合理組織、均衡施工有著積極的作用。