水泥錨桿卷式錨固劑

[ 應用實例 1]

錨固劑在隧道工程中的應用

　　我國鐵路隧道工程從 20 世紀 60 年代末開始推廣新奧法施工，作為初期支護的重要組成部分，錨桿支護技術已成為隧道施工中一項不可缺少的施工技術。目前，在我國鐵路隧道施工中，幾乎清一色地采用不帶錨頭和墊板的螺紋鋼桿體的砂漿錨桿。從受力角度看，只滿足了懸掛與組合的要求；從施工角度看，存在填充密實度差、固化速度慢、錨固強度低、施工工序繁瑣等不足之處。特別是在地質條件差、有滲漏水的情況下，施工質量不易保證，造成工程隱患，影響施工進度。所以近年來，國內出現了一種新型高強、快速、微膨脹水泥基藥卷式錨桿，具有錨固強度高、施工簡便快捷、受干擾小、對施工環境適應性廣、成本低廉等優點，并可設墊板，施加預應力，使錨桿對圍巖具備了三維受力加固的作用。它替代了砂漿錨桿，已在高邊坡開挖支護、礦山開挖及工程修復中得到應用。因此，這一新材料、新技術值得在鐵路隧道施工中借鑒和大力推廣。

1 技術原理
　　 高強快速錨桿技術 ( 圖 1) 是一種采用新型高強、快速、微膨脹錨固劑 ( 圖 2) 為填充粘結材料的全長粘結型錨桿，安裝后在極短時間內提供支持抗力，能配合墊板對圍巖施加三向預應力，使圍巖，尤其是松動區的節理裂隙、破碎面等得以聯結，因而增大了錨固區圍巖的強度。這對加固節理發育的巖體和圍巖松動區是十分有效的，有助于裂隙巖體和松動區形成整體“加固帶”。

圖 1 高強快速全粘結型錨桿

1 ．高強快速、微膨脹水泥基卷式錨固劑； 2 ．濕強度較大的濾紙筒。
圖 2 高強快速錨固藥卷

2 錨桿錨固劑
2 ． 1 技術指標的確定
　　 高強快速錨桿技術能否達到實用的關鍵是確定藥卷式錨固劑的性能指標是否滿足工程施工的需要。初凝時間、終凝時間、小時強度 ( 凝固后 1 、 2 、 4h 強度 ) 、長期強度、膨脹率等性能十分重要，應作為性能指標的控制參數。

(1) 凝結時間
　　 初凝時間應滿足工程對操作工藝的要求，不可過快 ( 小于 3min) ，亦不能過慢 ( 大于 20min) 。終凝與初凝時間差應盡量小，因初凝前錨固插桿已完成，初、終凝時間差愈短，在錨固作業時對仰孔錨固時操作人員的持桿時間就愈短，愈有利于降低勞動強度，防止錨固劑流淌，提高錨固成功率。

(2) 小時強度
　　 錨固作業時，插桿完成后，錨固強度應迅速增長，即在 1 ～ 2h 內達到設計錨固力，最終達到穩定和加固圍巖的目的。

(3) 長期強度與膨脹率
　　 錨固后錨桿應有較高的、穩定的后期強度和膨脹率 ( 起碼不能收縮 ) ，不應存在強度降低的問題。

(4) 抗疲勞強度
　　 錨固完成后不因附近爆破、車輛通行的震動而破壞。因此，要求具有較高的抗疲勞強度。

2 ． 2 試驗測試方法
　　 為了定量確定錨固劑的指標，以指導現場的檢驗控制，就必須確定試驗測試方法。目前，鐵路施工規范及檢驗標準均無具體詳細的規定。因此，在參考其他行業標準的基礎上，確定如下。

(1) 凝結時間
①試驗儀器 采用 ( 水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法 )(GBl346 — 2001) 中所規定之儀器及器具；
②試驗環境條件 溫度 (20 土 3) ℃，水溫 (20 土 3) ℃，水灰比 0.3 ；
③試驗程序 將 300g 錨固劑倒入拌和鍋內，用拌和小鏟在錨固劑上劃一小坑槽，將 90mL 潔凈拌和水倒入坑槽，在 lmin 內迅速拌勻并立即放入圓模，振動數次后刮去多余稠漿，抹平并迅速放至測定儀試針下，按規定進行初、終凝時間測定。試驗結果取 3 個試樣的平均值。

(2) 抗壓強度
　　參照《水泥膠砂強度檢驗方法 (1SO 法 ) 》 (GB/T17671 — 1999) 方法進行測試。
　　 ①試驗儀器 小時強度用 40 ㎜× 40 ㎜× 160mm 三聯模、 100kN 試驗機。 3d 以上強度用 40 ㎜× 40 ㎜× l60 ㎜三聯模、抗折用 100kN 試驗機，抗壓用 1000kN 試驗機。
　　 ②試驗程序 a) 小時強度試驗：錨固劑 330g ，水灰比 0.3 ； b)3 d 以上強度試驗：錨固劑 440g ，水灰比 0.3 ； c) 采用拌和鍋人工拌和，加水后需在 2min 內迅速拌勻，立即裝模并將試模在堅硬地面上振動十余次見模底略溢漿即可；刮去多余稠漿，拌平后備用； d) 小時強度試件在測定時拆模：測 3d 以上的后期強度， 4h 拆模，環境溫度 (20 土 3) ℃，相對濕度＞ 70 ％養護；測定時先做抗折測試； e) 試驗結果抗折取 2 個數據的平均值，抗壓取 3 個數據的平均值； f) 試驗時應使試體模側面與壓力機上下承壓板接觸。

(3) 錨固力
　　 ①試驗儀器 采用 1 000LN 萬能材料試驗機并配以拉力架。
　　 ②試驗程序 a) 試驗模擬孔采用外徑 45mm ，壁厚為 2mm 的薄壁鋼管，管段長 400mm ； b) 試驗用桿體采用ф 16mm ，材質為 20MnSi 螺紋鋼，桿長為 700mm ； c) 桿體安裝采用打入法； d) 將錨固卷在水中浸 1min ，以藥卷不冒氣泡為止，水溫 (20 土 3) ℃，浸水后立即放入模擬孔中，打入錨桿，敲擊鋼管壁十幾次，安裝完后，將試件整體放人標準環境中即溫度 (20 土 3) ℃，相對濕度＞ 70 ％養護； e) 養護 0.8h 置試件整體在萬能試驗機上進行測試，錨桿桿端穿過拉力架端板中心孔，再夾緊于試驗機鉗口中，拉力架的另一端可動拉頭固定于試驗機的固定孔中，按材料試驗機操作規程進行加載，由試驗機測力裝置直接讀得錨固力值； f) 試驗 結果取 3 個數據的平均值。

(4) 膨脹率
　　 參照《膨脹水泥膨脹率試驗方法》 (JC313 — 96) 進行測試。
　　 ①試驗儀器 弓形螺旋測微計，度模規格為 25 ㎜× 25 ㎜× 280 ㎜。
　　 ②試件制作時拌和必須迅速，應在 2min 內完成；試體制作后 15 min 拆模測讀基數， 0.5 h 后測膨脹率。
　　 每次制作 1 個試體，共做 3 次，試驗結果取 3 次試驗平均值。

2 ． 3 主要技術指標 ( 表 1 、表 2)
表 1 新型錨固劑主要技術指標

表 2 砂漿錨桿主要技術指標

　　試驗環境條件：溫度 (20 土 3) ℃；拌和水溫 (20 ± 3) ℃；相對濕度≥ 70 ％ ( 模擬現場巖孔 ) ；水灰比 0.3 。
　　 從砂漿錨桿主要技術指標的對比可以看出，早強型錨桿已遠遠超過了的規范要求，尤其抗壓強度提高較多。

3 施工現場錨桿支護參數的確定
　　 主要依據圍巖、開挖斷面和使用條件等因素，選擇錨桿類型，確定錨桿直徑、長度、數量、間距和布置方式。

3 ． 1 東秦嶺雙線隧道系統錨桿支護設計參數 ( 表 3)

表 3 東秦嶺雙線隧道系統錨桿支護設計參數

　　依據《鐵路隧道噴錨構筑法技術規范》 (TBJl0108 — 2002) 的規定；錨桿錨固力或抗拔力與錨桿孔注漿飽滿度、錨桿型式、桿體材料、桿體直徑以及圍巖強度、孔壁清潔程度等有關。

3 ． 2 錨桿安全錨固力的確定
　　 該錨固力一般采用拉拔試驗方法在施工現場獲得。根據施工現場不同的圍巖級別選擇錨桿支護參數，計算錨固長度，按操作規范將錨桿安裝好后，按不同的養護齡期，進行拉拔試驗，記錄錨桿開始滑動時的拉力 ( 即錨固力 ) 。同時，根據試驗內容和目的編組編號。在保證滿足設計錨固力指標的前提下，考慮一定的安全系數，確定錨桿的安全錨固力，并以此指導施工。

3 ． 3 錨固劑數量的確定
　　 根據設計選定的錨桿孔深，確定施工中使用卷式錨固劑的個數 N

式中 κ ——富余系數，一般取 1.05 ～ 1.10 ；

L ——要求錨固長度， mm ；

D ——鉆孔直徑， mm ；

ф——錨桿直徑，㎜；

ｌ——錨固藥卷的長度， mm ；

d ——錨固藥卷的直徑， mm 。

3 ． 4 現場試驗數據 ( 表 4 ～表 7)
　　 試驗現場：東秦嶺特長隧道開挖后拱部及邊墻；
　　 孔徑：ф 42 風鉆孔；
　　 孔內狀況：巖粉較多，孔內有水；
　　 錨桿：ф 22 螺紋鋼筋；
　　 錨固劑：早強型、ф 30 × 235mm 。

表 4 Ⅵ級圍巖錨桿試驗數據

表 5 V 級圍巖錨桿試驗數據

表 6 Ⅳ級圍巖錨桿試驗數據

表 7 Ⅲ級圍巖錨桿試驗數據