隧道式锚碇系统施工工艺

1隧道式锚碇系统施工工艺1前言悬索桥主缆锚碇有重力式和隧道式两种形式，其中隧道式锚碇可细分为隧道式预应力岩锚锚碇和隧道式普通混凝土锚碇。隧道式普通混凝土锚碇在前期是我国山区悬索桥的主缆主要锚碇结构，隧道式预应力岩锚作为悬索桥主缆锚碇在我国西藏角笼坝大桥首次采用，由于其改善了锚碇混凝土的受力情况，减少了圬工量，降低了造价等优点，将成为隧道式锚碇的主流。本文重点在隧道式预应力岩锚锚碇。2适用范围悬索桥主缆隧道式锚碇作为悬索桥主缆的主要受力结构，通过锚碇自重和锚碇隧道围岩共同承担主缆强大的锚固力，其地形地貌适于隧道的设计和施工，故隧道式锚碇一般适用于山区，又因隧道纵断面形式为喇叭形变截面形式，隧道口断面较小，锚塞体断面很大，要求岩体整体稳定性好，在施工过程中不易坍塌的地质条件采用。如采用隧道式预应力岩锚锚碇，因预应力可分担一部分锚固力，锚塞体相对要小一些，适用范围也就要大一些。3锚碇结构及作用3.1洞室结构锚碇主要作用是平衡主缆拉力，主缆由锚碇锚固，锚碇由洞室围岩与锚塞体摩擦力、自重和预应力来锚固。一般洞室结构为倾斜的倒喇叭形，如图1（图例为西藏角笼坝大桥主缆隧道式预应力岩锚洞室结构）所示。3.2锚塞体锚塞体是隧道式式锚碇锚块,锚塞体为变截面楔形体，锚塞体尾部设置预应力岩锚，以便将主缆拉力传入岩体，增加结构的安全度及防止锚塞混凝土的开裂。图1隧道式锚碇构造示意图3.3散索鞍基座散索鞍主要功能是改变主缆索股的方向，把主缆索股在水平和竖直方向分散开来，然后把这些索股引入各自的锚固位置。4锚碇施工工艺流程图（见图2）2施工准备洞门边坡刷坡及挂网喷射混凝土进行边坡支护锚洞开挖锚洞二衬砌施工锚塞体底部掌子面用沙浆抹面平整，预应力锚索钻孔放样，搭设钻孔平台，进行预应力钻孔施工预应力锚索管定位支架搭设施工锚塞体混凝土浇筑养护安装锚杯，张拉预应力锚索安装预应力锚索，并压浆锚固预应力管道和锚垫板安装安装主缆浇筑封锚混凝土（钢纤维砼）图2锚碇施工工艺流程图工艺流程图是隧道式预应力岩锚施工工艺流程,相对隧道式普通混凝土锚碇施工工艺多了锚索钻孔,锚索、锚垫板安装及预应力张拉工序。5隧道式锚碇施工工艺5.1锚洞开挖因锚洞纵断面呈倒喇叭形，锚塞底板坡度较大，一般最大坡度达45º以上，不利于大型机械作业，适合小型机械配合人工施工。适合钻爆法施工:按照“短开挖、弱爆破”的原则施工,采用风钻打眼，小药量预裂爆破全断面法开挖，周边孔与锚洞设计开挖轮廓线相距0.5m，剩余部分由人工或机械进行开挖，以确保周边围岩的整体性。（1）引爆：炮眼采用7655型手持式风钻进行钻眼作业,周边孔外插角度按锚洞设计坡率进行控制（与坡率相符）。每次钻眼完成后，由爆破工程技术人员对照钻爆设计逐孔对孔位、孔深进行检查，发现不符合者，应补钻。采用高压风射风清孔。清孔后由专业爆破员严格按照有关要求进行装药作3业。孔内装药量、雷管段别按钻爆设计执行，周边预裂采用空气间隔装药法，导爆索起爆。炮孔采用粘土进行堵塞，每个炮孔堵塞长度不得小于30cm。炮孔堵塞和爆破网路连接完成后，人员撤离至安全地点，开始引爆。（2）出碴:出碴采用无轨运输，采用卷扬机拖拉轮式翻斗车出碴，装碴采用人工。（3）通风排烟:起爆后，采用压入式通风排烟15分钟，作业人员方可进入工作面。（4）找顶:派两名年青力壮有找顶工作经验的人员进入工作面进行找顶，找顶应彻底、所有松散岩体均应清除。5.2初期支护出碴完毕之后及时施作初期支护，初期支护采用径向砂浆锚杆、钢筋网、钢架、喷射混凝土联合支护。径向砂浆锚杆采用风钻钻眼，药包砂浆浸泡后装入孔内，锚杆安装由人工用锤击入内。钢筋网人工搭架现场绑扎成型，钢筋绑扎时应确保钢筋网紧贴岩面，为保证其整体稳定性，钢筋网与锚杆端部焊接连成整体。钢架在钢筋加工场加工成型后，运入洞内人工进行安装栓接连成整体。混凝土喷射采用潮喷工艺，人工上料，人工喷射至设计厚度，喷射混凝土时，喷头与受喷面之间的距离保持1.5m为宜，为保证喷射质量，喷射料中加入适量的速凝剂。5.3洞身衬砌（1）支架及模型：支架采用碗扣式钢管支架搭设。模板先涂刷脱模剂，然后安装。模板安装由拱顶向拱脚，边墙由墙趾向上排列，刹尖处采用木模进行调整。（2）混凝土灌注：灌注混凝土按先墙后拱法进行。混凝土采用泵送入模，人工用插入式捣固器捣固密实。（3）压浆管预埋及压浆：由于锚洞纵坡陡，从上往下分节浇注混凝土接头处不易密实，加之混凝土的收缩徐变，容易造成二次衬砌与初期支护之间产生缝隙，从而影响锚洞质量。为解决上述问题，施工过程中在每次施工接缝处和衬砌拱顶部分预埋φ42热扎无缝钢管作为注浆管，管间距纵向及环向均按2.0m设置。注浆在衬砌混凝土施工完成并达一定强度后进行。5.4岩锚施工当锚塞体开挖、锚杆、网喷混凝土及二衬等工序完成后，进行岩锚施工。岩锚详见图3。（1）钻孔：采用地质钻机进行钻孔，钻孔深度及角度满足设计要求。成孔后对孔位、孔深、角度等方面进行检查，符合要求后，用高压风进行清孔作业。（2）安装预应力束：岩锚钢束由4-φj15.24mm钢绞线组成，自由段的钢绞线外套防锈护套,形成无粘结区域,穿束按要求进行。（3）孔内压浆：采用压力压注,以确保压浆密实。使用的水泥砂浆应添加适量微膨胀剂。5.5定位支架及锚塞体内预应力钢束安装图3岩锚施工图4定位支架由角钢相互焊接而成。5.5.1定位支架固定措施由于每排角钢定位支架由竖直角钢，水平角钢焊接而成，每排定位支架间采取如下的加固措施：（1）在每排角钢支架的斜平面位置，锚洞顶部设置Φ32mm钢筋与围岩可靠连接。Φ32mm锚筋与围岩上锚孔壁内的缝隙用砂浆填充。（2）在锚洞底面与每排角钢定位架之间设置强有力的斜撑。（3）每排定位支架内设置必要的联结杆件。5.5.2定位支架加工由于混凝土锚体呈楔形体，楔形体变化使得每一排角钢长度均不一致，因此每一根角钢都必须经过精确的坐标计算，确定角钢的长度，下料加工时按顺序编号。5.5.3定位支架安装步骤（1）安装前，先将角钢按从下至上的安装顺序在洞外堆放好，以便安装时按需要对号入座，吊滑至工作面上。（2）将每排竖直角钢用垂线调整至设计位置，上端固定在Φ32mm锚筋上，下端焊接在底部锚筋上。（3）每排竖直角钢安装完毕后，进行水平角钢安装，水平角钢安装前应精确测量，以确保其位置准确。水平角钢自下而上，焊接在竖直角钢上。（4）设置锚洞底与每排角钢支架的斜撑。⑤安装下一排角钢。⑥每排角钢定位支架，设置联结杆件。5.5.4锚塞体内预应力钢束安装根据锚塞体内预应力钢束设计长度和工作长度进行下料,将锚固端挤压镦头,用锚垫板、锚下加强筋和钢套管与其组成成品待用。在定位支架上测放预应力钢束安装位置,然后安装固定。5.6锚塞体混凝土施工锚塞体属大体积混凝土,采用泵送混凝土方法，并应采用低水灰比，低水泥用量，适当掺入适用于泵送的外加剂，以满足缓凝、早强、高强的泵送要求。施工前28d将施工方案和施工组织计划报监理工程师批准。在进行泵送混凝土配合比设计时，对使用的各种材料应优化选择。正式使用前，还应再经工地试验室试验，并报监理工程师认可，以确保泵送混凝土的施工质量。5.6.1施工控制措施（1）选用低热量水泥，掺粉煤灰或冰水，以降低水化热，防止混凝土开裂。（2）混凝土中掺缓凝减水剂，延长混凝土终凝时间，保证混凝土的整体性。（3）掺入微膨胀剂，为防止混凝土硬化收缩，同时为防止由于拱顶部分混凝土灌注不密实，造成拱部与二次衬砌面之间分离。施工中在拱顶处设置预留压浆管，锚塞体混凝土灌注完成并达到一定强度后利用预留压浆管进行二次压浆封锚处理。（4）加强养护，减少洞内空气与混凝土内部温差，养护时间不得少于15天。（5）混凝土水平分层灌注，每层厚度3m，并在每层混凝土中设置循环冷却管，每层灌注完成5且混凝土接近初凝时，向埋入的冷却管中开放冷水进行循环冷却。（6）根据施工的不同季节、不同缓凝时间泵送混凝土的要求，确定泵送混凝土的施工工艺。（7）锚塞混凝土的浇筑应连续进行，若因故必须中断时，中断时间不得超过有关规定，否则应按施工缝处理。5.6.2锚碇混凝土检查项目（见表1）表1锚碇混凝土检查项目项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率1混凝土强度（Mpa）在合格标准内按JtJ071-98附录D检查2块体尺寸（mm）±30用尺量，每边2-3处3块体偏差（mm）10经纬仪测量，纵、横向各2点4块体倾角（秒）底面≤10经纬仪测量，顶、底面各2点顶面5预埋件位置（mm）5经纬仪测量6锚面槽口位置坐标（mm）±10经纬仪和水准仪测量，南北各测4块，每块测4点角度（秒）≤105.7岩锚预应力束张拉施工当锚塞体混凝土灌注完毕,且达95%以上强度后，开始进行岩锚预应力束张拉并压浆，然后浇灌锚塞体前端0.6m钢纤维封锚混凝土,当其达95%以上强度时,张拉锚塞体内岩锚预应力束。采用单端张拉工艺，采用伸长量和张拉力进行双控，以张拉力控制为主，以伸长量控制为辅。预应力筋张拉温度不宜低于-15°C。张拉设备、仪表和液压工作系统油液应根据环境温度选用，并应在使用温度条件下进行配套校验。6安全措施6.1锚碇爆破施工安全技术措施（1）爆破设计前，对周围环境进行认真仔细调查，选择优化合理的钻爆参数，确保地表及地下建筑物的安全，并相对固定爆破作业时间，爆破施工前向居民宣传有关事宜，让居民有一定的思想准备。（2）爆破作业必须严格遵守爆破安全规程，做到有组织、有领导、有明确分工，爆破工程技术人员、爆破员、爆破安全员等爆破作业人员持证上岗。（3）爆破作业必须有爆破工程技术人员在场指导，验收炮孔参数，进行装药量计算，做到爆破原始资料的收集、整理和技术总结。6.2出碴施工安全技术措施（1）每班开工前检查卷扬机、闸刀、配电箱、漏电开关、电源线破损和其它缺陷，钢丝绳断丝不超过断面的十分之一，钢丝绳麻蕊不能露出。（2）轮式翻斗挂钩磨损不超过截面的三分之一，门闸开关无明显锈蚀缺陷。6（3）装碴不超过斗车顶线下10cm。斗车碴面要拍紧、无松碴，以免上坡滚落伤人。6.3预应力张拉施工安全技术措施（1）千斤顶安装完毕，张拉前，检查张拉设备安装情况。千斤顶轴线不垂直锚垫板，须调整垂直，否则不得进行张拉作业。锚板要完全落臼于锚垫板，否则不得张拉。工作锚工作夹片已塞紧，并保持同一平面，否则不得张拉。（2）油泵操作人员、伸长值测量人员须经过安全培训合格，方可参与张拉作业，否则不能进行张拉作业。（3）张拉控制技术人员在现场指挥，否则不能进行张拉作业。7质量控制措施7.1组织措施（1）成立以项目经理为组长质量控制小组，加强组织领导。（2）工序质量分解，质量责任落实到人。（3）建立健全质量创优体系。（4）开展质量统计分析，掌握工程质量动态。开展工人和班组的自检和互检，设置专职人员进行专门检验。为了充分发挥施工过程中质量控制的预防作用，必须系统地、经常地掌握各施工点、施工班组在一定时间（月、季等）内产品质量或工作质量的现状及发展动态。为此，就必须开展质量状况的统计分析。统计分析的指标有以下两类：工程质量指标。主要有优良品率、合格率及其他情况，用以考核分部（项）工程的质量水平。工作质量指标。主要有废品率、返修率等。7.2技术措施（1）施工方案和施工组织设计的质量保证为了保证施工方案和施工组织设计的质量，第一，要科学的编制程序和方法；第二，编制时，要进行技术经济分析和比较，做到设计优化。（2）做好技术交底使施工人员熟悉工程情况，了解设计意图、要求、质量标准和施工方法，做到人人心中有数。7.3资源保障措施（1）严格按质量标准订货、采购。（2）物资进场要按技术验收标准进行检查和验收。（3）按规定的条件和要求进行加工堆存和保管。（4）按进度计划及时地配套供应现场。（5）做到机械设备无隐患，技术性能良好。8结束语隧道式锚碇把悬索桥的主缆引入地层深处锚于基岩之内，把主缆拉力传给基岩。相对重力式锚碇，成本较低，但要求基岩完整，有较好的稳定性，适合于山谷地形。近年来，隧道式锚碇引入了预应力岩锚，降低隧道开挖深度，增大了基岩受力范围，又减少了混凝土数量，更进一少降低大桥7的造价，有较好的推广应用价值。