长锚杆施工技术

一、前言

6m长锚杆在国内各种地下工程中较为少见，只在近年来随各种大跨、超大跨地下工程以及高边坡加固工程的增多才应用逐渐广泛。中铁二局在某超大跨地下工程的6m长锚杆施工中，采用液压凿岩台车钻设锚杆孔，并引进双管注浆工艺，加以改进和提高，开发出一套长锚杆的施工工法。采用此工法，能加快长锚杆施工进度，确保工程质量，提高施工效率，对长锚杆工程数量大、要求及时发挥长锚杆支护作用的工程施工极为有效。 二、工法特点

1、锚杆钻孔施工进度较快，锚杆锚安工效高，成本低。

2、采用双管工艺并先固定杆体，实现了有压注浆，有利于保证砂浆的保满度和密实度，确保锚固质量。 3、操作方便，所需施工人员少，工人劳动强度低，且人员技术熟练快，能进行高效率的锚安作业。 三、适用范围

本工法适用于全长粘结型砂浆锚杆，长度4~6m，对于长度小于该范围的锚杆，采用本成果不经济，长于该范围则钻孔难度增加，进度缓慢，也不经济。适用的地质条件为有一定自稳性的Ⅰ~Ⅳ级花岗岩地层及类似硬岩地层，节理裂隙较发育至不发育，受地质构造影响较重至轻微，地下水较发育至不发育。 四、工艺原理

对下倾锚杆采用传统的单管注浆工艺，插入注浆管至孔底，不设排气管，边注浆边抽出注浆管至孔内注浆完成，再插入锚杆固定即可。对上倾或竖直锚杆的锚固，采用双管注浆工艺，实现有压注浆，砂浆在压力作用下，由下而上填满锚杆与锚杆孔壁之间的空隙，同时渗透进围岩的节理裂隙中，加强了锚杆与围岩的摩擦力，同时，锚孔内的空气由排气管内排出，至排气管溢浆时表明孔内已注浆饱满。 五、施工工艺 ㈠工艺流程（见图1） ㈡关键技术 1、锚杆眼成孔技术

采用两臂液压凿岩台车、国产优质φ48mm钻头、国外产φ35mm、长6.1m优质钻杆进行钻孔。由于钻杆长度比导轨滑架长度长约1.7m，开孔时需小心谨慎，待钻进1.7m后，将导轨滑架向上收缩抵住岩石，再正常钻进。软弱围岩钻孔中存在的主要问题是围岩破碎、钻孔时排碴不畅，导致坍孔、卡钻。针对性的处理措施是：保证钻孔水压及水量，以使其能将钻碎的岩碴排走；出现卡钻后及时退钻，待处理后再钻进；软弱围岩段钻孔后及时清孔、安装和锚固锚杆，以防止锚杆推不进去或推不到底。 2、锚杆锚安技术

对下倾锚杆采用φ16mm钢管作注浆管插入至孔底5～10cm，不设排气管，边注浆边缓慢匀速拔出注浆管至孔内注浆完成，再插入锚杆固定即可。对上倾或竖直锚杆的锚固，采用双管注浆工艺，将φ16mm注浆钢管插入孔口后封堵，锚杆体插入前绑扎φ10mm塑料软管作排气管，采用灰浆泵对孔内进行有压注浆，锚孔内的空气由排气管内排出，至排气管溢浆时表明孔内已注浆饱满。 3、锚杆质量检测技术

对于6m全长粘结型砂浆锚杆，除进行抗拔力检测外，还应进行砂浆饱满度的检测，并辅以轴力检测项目，方能保证锚杆质量，发挥长锚杆作用。抗拔力采用锚杆拉拔计进行检测。砂浆饱满度则利用声波反射能量对比法，通过使用激发能量大的机械冲击法和用水作接收传感器耦合剂等，采用M-10A型锚杆测试仪检测。锚杆轴力采用JXGM-1型锚杆轴力计，在锚杆的上下面加工监测用槽以安装强度应变片检测，根据轴力值的大小和轴力分布状况，判断锚杆的施工质量及有效性。 ㈢锚杆眼成孔 1、钻孔准备

对围岩较好地段，应先进行找顶作业，清除作业面局部不稳定石块，锚杆作业面滞后开挖面一定距离。对围岩较软弱地段，必须先进行初喷作业，再进行锚杆钻孔，锚杆钻孔紧跟开挖面。

台车就位后，连接好台车的水管和电缆，并保证工作面充分的照明。利用台车吊篮画锚杆眼位，画眼时按照设计间距及位置，并根据围岩节理裂隙情况作局部调整，但孔距偏差必须小于15cm。为便于台车司机准确钻孔，锚杆眼标志应醒目。 2、钻孔作业

考虑到方便锚杆杆体插入孔内，钻头采用φ48mm国产优质钻头，锚杆眼成孔直径50mm。开孔时钻杆应垂直于开挖轮廓线，并小心谨慎，待钻进至能将导轨滑架抵住岩壁时，即可向上收缩导轨滑架至岩壁，然后正常钻进。钻孔时必须保证水压及水量，以及时排出孔内岩碴，出现卡钻时应及时退钻，待处理后再继续正常钻进至设计孔深。

钻眼时严格控制钻孔深度及孔向、开孔偏差，一般要求孔深只能超、不能欠，且最大偏差不得大于5cm。锚杆孔向应垂直于开挖轮廓线，方向偏差Δθ<2%[θ]。如台车不能按设计角度或长度钻孔时，应及时调整台车位置。锚杆孔开孔时应按所画位置，其偏差Δd<10cm。锚杆钻孔完成后应进行检查，如不符合设计或规范要求，必须及时采取补救措施，重新钻孔或加深锚杆孔等。 3清孔

清孔质量直接影响着锚杆的锚固力，是决定锚杆锚固质量的重要环节，必须严格控制。凿岩台车在退出钻杆之前，直接用其高压水冲洗锚杆孔直至孔口流出清水为止，对边墙下倾锚杆必须再用高压风吹出孔内残

碴、泥屑和积水，确保孔内清洁干净。软弱围岩段钻孔后应及时清孔并锚固，以防止孔壁掉碴或产生变形，导致锚杆推不进去或推不到底。 ㈣杆作及安装 1、杆作、存放及运输

锚杆采用经抽检合格的Ⅱ级螺纹钢加工制作，所用螺纹钢要有出厂合格证和工厂试验证明，并进行人工除锈、除泥、除油污等处理。按照设计长度，采用钢筋切割机切割而成。切割后发现杆体局部变形较大可能影响锚杆插入时，应予以剔除。加工后，锚杆堆放应下垫12cm枋木，支承距离1.8m以防杆体变形影响安装,同时上盖防水布等，以防锈防污、防腐防损和保持干净。杆体运输过程中应轻拿轻放，以防止撞击变形。 2、排气管绑扎

采用双管注浆工艺时，排气管采用φ10mm塑料软管制作以保证其允许局部少量变形。将其剪断成稍长于锚杆10~20cm，并将其顶部基本与锚杆顶平齐但略低3~5cm，以保证排气管顶部不被眼底岩壁抵紧而失效。采用普通电胶布按0.5m间距将排气管绑扎在锚杆上，同时在排气管两侧加设小木片或其他硬物以防止塑料管在送入时完全被卡，保证排气通畅。排气管随锚杆一起插入孔内，尾端露出锚杆孔孔口10~20cm。排气管采用施工现场随绑随用，存放时应防止被作业面泥水污染。 3、锚杆安装、固定及孔口堵塞

采用可移动简易作业台架或钢管脚手架平台进行锚杆安装、固定作业。施作拱部上倾锚杆时，将绑扎好排气管的锚杆小心插入孔内，然后采用两块木楔对称打入锚孔口，通过木楔与孔口的摩擦力来固定锚杆。再插入注浆钢管，并用牛皮纸浸水后堵塞孔口。堵塞时应塞紧，并采取措施防止排气管失效。注浆完成后抽出注浆管，插入下一锚杆孔内，再次堵塞孔口和注浆。对边墙下倾锚杆，注浆后插入杆体即可。 ㈤锚杆注浆 1、水泥砂浆配合比 ⑴普通水泥砂浆

普通水泥砂浆主要用于洞内岩层较好段的锚杆锚固。

选用材料为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，标号≥425号；砂选用干净的中细砂，粒径≤2.5mm，使用前应过筛的，砂内含泥量及其他杂质含量应符合施工规范要求。水采用普通拌合用水。

配合比可采用水泥：水：砂为1：0.45：1.25，其中每方水泥用量778kg、水用量350kg、砂用量972kg。砂浆性能：稠度110mm，流动性较好，不离析，三天抗压强度16.9Mpa。 ⑵早强水泥砂浆

早强水泥砂浆均用于洞口段及洞内断层带岩层较软弱段的施工。

选用材料与普通水泥砂浆相同，另掺加CSP-3型早强剂，配合比参数可采用水泥：水：砂：早强剂为1：0.45：1.62：0.007，其中每方水泥用量684kg、水用量308kg、砂用量1108kg、CSP-3早强剂用量4.8kg。砂浆性能：砂浆稠度115mm，流动性较好，不离析，三天抗压强度19.4Mpa。 2、注浆准备工作

注浆前将可移动台架移动到需锚杆位置，或搭设钢管脚手架平台，其下分别布置注浆机、砂浆搅拌机、存浆槽，然后将注浆软管连接至台架顶并与注浆钢管连接，同时在工作面附近准备好所需注浆材料，连接好水管路。 3、砂浆拌合

砂浆可采用砂浆搅拌机拌合，按选定的施工配合比进行计量配料，但拌合时间不得少于3min，以保证砂浆拌合均匀。浆液拌合后1h内用完,超过1h的浆液不能再用，故浆液拌合前要计算材料用量，做到随拌随用，以免浪费。 4、注浆作业 ⑴拱部上倾锚杆注浆

注浆开始或中途停止时间超过30min时，注浆机及管路应先用清水冲洗，以湿润注浆管路，防止堵管。注浆过程中应随时注意灰浆泵压力，使其逐渐上升，若发现泵压上升过猛、过大表明可能发生了堵管，应及时处理。注浆压力宜保持在0.1～0.15MPa之间，最大不超过0.18MPa，并一直保持到排气管渗出浆液为止，及时将注浆软管折叠绑扎，并将注浆钢管抽出后堵严。压注早强水泥砂浆时，采用与普通砂浆相同的机具、注浆压力及工艺。

注浆结束后应清洗注浆机及管路,以便下次使用。 ⑵边墙下倾锚杆注浆

将注浆管插入至距孔底5～10cm，不设排气管，边注浆边缓慢匀速拔出注浆管至孔内注浆完成即折叠注浆软管，再插入锚杆固定即可。注浆方法与拱部一样。 5养护

锚杆安装后，不得悬挂重物，不得随意敲击，以免影响砂浆与杆体和砂浆与围岩的粘结强度，降低锚杆质量。

㈥锚杆的质量检测 1、锚杆抗拔力检测

采用锚杆拉拔仪检测。普通砂浆锚杆一般在砂浆强度达到20Mpa，即一般在锚杆锚固后6天进行检测。早强砂浆锚杆则一般选择在锚固4天后检测，检测方法与普通砂浆锚杆相同。考虑到长锚杆的质量控制更为困难，故抽检时按每150根抽查1组、共3根。将拉力计千斤顶套上锚杆尾，使其作用线与锚杆轴线同心，

然后加上楔套楔紧，固定牢靠后开启油泵缓慢加压。由于一般不作破坏性检测，加压至略高于设计及规范要求的压力表压强读数即可，然后将压强值换算为锚杆的抗拔力。 2、锚杆的注浆饱满度检测

全长粘结砂浆锚杆砂浆灌注的饱满度是其施作质量的重要指标，采用M-10A型锚杆测试仪进行检测。使用时，先在施工现场按设计参数，对不同类型围岩，各设2～3组、每组1～2根标准锚杆，以确定分级。由于规范规定“对于全长粘结型锚杆应检查砂浆密实度，注浆密实度大于75％方为合格”，同时考虑到长锚杆原因，故提高标准确定三个分级，设握裹水泥砂浆饱满度分别为100%、90%、80% 3组锚杆，定水泥砂浆饱满度100%为a级，90～100%为b级，80～90%为c级，＜80%为d级。当水泥砂浆饱满度为a、b、c级时为合格，为d级时则不合格。

然后，在这些标准锚杆上用激发器和仪器通过接收传感器测定反射波的振幅值存入仪器，若每组有一根以上标准锚杆时，则取这组的几根锚杆的反射波振幅平均值存入仪器，这些值就作为检测其它锚杆的标准。在检测其它锚杆时，仪器将自动将所测振幅值与存储于仪器中的标准值对比，并显示出其水泥砂浆饱满度级别。仪器同时根据实测反射波走时计算并显示杆体锚入深度。 六、机具设备

主要施工机械设备见表1。

表1:长锚杆施工主要机具设备

顺号 1 设备名称 液压凿岩台车 型 号 汤姆洛克H205T 单位 台 数量 1 备 注 两臂、配6.1m国外产钻杆和φ48mm国产优质钻头 2 3 可移动台架 注浆泵 BW-250 台 台 1 1 自制 配6m长和1.5m长钢注浆管、φ25mm注浆胶管 4 5 6 7 8

七、劳动组织

砂浆搅拌机 存浆槽 钢筋剪断机 锚杆拉拔仪 锚杆测试仪 SJ-160B GQ40 ML-5 M-10A 台 个 台 套 套 1 1 1 1 1 自制 用于砂浆饱满度的检测 施工班组所需劳动力组织见表2。

表2长锚杆施工劳动力组织

顺 号 1 2 3 4 工 种 班长 台车司机 台车辅助司机 砂浆搅拌 人 数 1 1 1 2 工 作 内 容 负责全面指挥工作 钻锚杆眼、清孔 司钻配合、台车维修保养 备 注 采用一班制作业，八小时工作制，必要时可适当延长劳动时砂浆搅拌、输送、砂浆搅拌机及注浆泵间。 清洗维修保养 5 6 7

八、质量控制

锚杆制作 锚杆锚安 试验检测 合计 3 2 2 12 钢筋除锈及剪断、运输、绑扎排气管 锚杆插入、固定、孔口堵塞、注浆 锚杆抗拔力及砂浆饱满度检测 ㈠原材料的质量控制

1、锚杆加工前，所用螺纹钢要有出厂合格证和工厂试验证明，并根据有关规定抽样，对钢筋的极限强度、屈服强度、屈服延伸率、弹性模量等性能进行试验，不使用不合格钢材。

2、水泥进场前要有出厂合格证，使用前要对水泥的细度模量、标准稠度、需水量、凝结时间、安定性、强度及与添加剂的相溶性等性能进行试验，杜绝使用劣质水泥。

3、砂子应不含有机质、粘土块及杂质,其耐磨指数、细度模数、含水量等技术参数必须符合有关规范及标准要求。 4、施工用水

水质必须符合相关规范要求。 ㈡施工质量控制

1、钢筋切割后应对杆体平直、除锈、除油，锚杆在存放、运输时应采取措施，以防止锈蚀、变形、沾染泥水或油污等异物。绑扎排气软管时应按照工艺要求，并采取防失效措施。

2、钻孔时，锚杆眼的孔径、长度、间距、角度、方向必须符合设计和施工规范要求，孔深最大偏差不得大于5cm，方向偏差Δθ<2%[θ]，孔位偏差Δd<10cm。清孔必须干净以确保锚杆锚固力。

3、严格按配合比计量并拌制砂浆，保证砂浆拌合时间、均匀程度，以使砂浆强度不低于M20，同时加强过程监控，做好试件取样。

4、插入杆体时，应尽量让杆体居中。

5、注浆时，注浆压力应保持在0.1～0.15MPa，直到排气管渗出浆液为止，以保证注浆饱满。

6必须进行锚杆抗拔力和砂浆密实度检测。锚杆抗拔力必须符合设计及规范要求，抽检如不符合，应采取加密锚杆予以补强。同时，锚杆的砂浆锚实度检测时必须大于75%。 九、安全措施

施工中，应严格遵照隧道或地下工程相关规范、规程关于安全方面的规定，确保施工安全。同时，应特别注意以下几点：

1、Ⅳ、Ⅴ级围岩段必须坚持先初喷、后锚杆，初喷厚度应大于5cm，以及时封闭围岩，防止掉块砸坏机械或伤及人员。

2、作业平台或简易可移动台架应搭设牢固，设置栏杆、安全网等防护装置。移动简易台架时，严禁有人在平台顶。

3、加强管线检查，防止松动、磨损。处理管线及机械故障时，必须断开停电。 4安设锚杆拉拔仪时，必须固定牢固。拉拔过程中其前方或下方严禁站人。 十、经济技术分析

以某超大跨地下工程的施工为例，经济技术情况如下：

1、液压凿岩台车月使用租金5万元，与锚杆台车的月租金20万元相比，成本大为节约。

2、钻孔时间短，每孔钻眼时间约8～9min，与采用普通风钻钻孔时间50～60min相比，工序时间大为节约，有利于锚杆的及时锚固并保证围岩的稳定，有效预防坍方发生，保障施工安全。

3、锚固工艺简单，操作方便，工人劳动强度低，锚固剂用材简便，费用低。据统计，锚固费用约2元／m。 4、采用本工法施工，能有效确保工程质量，通过抗拔力和砂浆密实度检测，均符合设计及施工规范要求。 十一、工程实例

某工程为国内罕见的超大跨、小失跨比的扁平隧洞，中铁二局在该工程的施工中，通过科技攻关，开发并运用了本工法施工。

该工程地质以花岗岩为主，岩层呈强风化至微风化，局部地段受地质构造影响较重，洞口段及洞内断层带岩层较软弱，洞内节理裂隙发育，地下水较发育。其初期支护采用锚喷网联合支护，其中，锚杆设计采用6m长全长粘结型系统砂浆锚杆，杆体为Φ25mmⅡ级螺纹钢，工程数量达2.5t，约12500根，计75000m。 该工程最初计划采用锚杆钻机施工，但租金昂贵。采用液压凿岩台车后，月租金大大降低，台车还可用于爆破钻孔，降低了使用成本约50%。施工后对锚杆的施工质量进行了监测结果如下：

1、锚杆的抗拔力均大于100KN以上；

2、锚杆的砂浆密实度通过模拟试验测得在75％以上；

3、锚杆的轴力监测结果（见下图，洞口附近的某组锚杆轴力时程变化图）可以看出：锚杆轴力在孔口附近较大，最大值在距孔口2m左右，然后随孔深增加而降低，至3.75m处趋于0值。通过其他方法测得洞内围岩的松驰带厚度平均为3.8m，这与锚杆轴力测值基本一致。

以上结果说明采用本工法施工的锚杆工质量是符合设计及规范要求的。