拱架锁脚锚杆安装施工技术分析

［摘要］隧道及地下工程初期支护拱架一般采用锁脚锚杆（管）等形式进行固定，主要采用风钻配合人工进行钻眼安装，并通过点焊连接的方式固定在拱架上。该方法存在打设角度不易控制，连接牢固性差等问题，直接影响到锚杆工作效果。介绍了一种简易固定安装控制钻眼角度，再通过垂直L形连接筋实现锁脚锚杆（管）的有效连接，提升了锁脚锚杆（管）与拱架连接质量，研究结论可供类似工程参考。

［关键词］锁脚锚杆（管）；高精度；L形钢筋；钢拱架

锁脚锚杆（管）等结构形式是现阶段隧道及地下工程初期支护中钢拱架固定安装最常见的方式，主要起到固定拱架作用，对初期支护水平和侧向受力变形起到抗收敛作用，安全意义重大。而目前锁脚锚杆（管）施工方法基本采用的是人工配合普通风钻在钢拱架拱脚位置进行钻眼，再通过点焊焊接在钢拱架上，该方法中普通风钻受作业环境和不同位置变化施工影响，不能有效固定控制角度，通常达不到设计角度要求。同时受钢拱架结构的影响，锁脚锚杆（管）与拱架的接触面较小，通过点焊的方式连接受力效果较差。施工中主要受以上两种方法影响，造成锁脚锚杆（管）施工质量水平不高，对隧道及地下工程围岩收敛起不到应有的作用，形成较大的安全隐患。因此，开展提升该项目施工质量控制水平施工技术探讨研究，具有重要理论和现实意义。

1工程概况

青岛地铁2号线轮渡站站后折返线区间全长349.16m。区间断面超大，洞身范围主要位于强风化、中风化及微风化岩层中，拱顶埋深20~27.6m，围岩分级为III~V级。隧道结构采用单洞单线、单洞四线马蹄形复合式衬砌，拱脚及格栅钢架连接处每循环需打设锁脚锚杆（管）40根，隧道全段约打设锁脚锚杆（管）16000根，工程数量巨大（锁脚设计位置如图1所示），而施工人员水平参差不一，施工质量难以保证，对超大断面暗挖工程形成一定安全隐患。

2施工原理及要点

2.1施工流程图

具体施工工艺流程如图2所示。

2.2主要原理

利用两个A42的钢管和钢板焊接固定成15°的角度制作重复使用的导向管模具，锁脚穿过导向管打设，规范锁脚锚杆（管）打设的位置，控制打设角度为15°避免锁脚锚杆（管）打设角度、位置参差不齐的现象。使用L形筋加大锁脚锚杆（管）与格栅主筋连接的接触面积，L形筋一边与格栅主筋满焊，另一边与锁脚锚杆（管）满焊，同时L形筋一边形成弯勾与格栅主筋锚固加强整体性效果，锁脚锚杆（管）导向模具及L形连接钢筋结构示意如图2、图3所示。

2.3施工要点

2.3.1加工导向管模具钢板采用厚度5mm，尺寸为390mm×150mm（长×宽），钢板中心两侧100mm位置确定圆心并钻孔，孔直径45mm；两侧导向管型号为外径42.5mm×3.25mm的钢管，单根长度35cm，一个模具上两根。导向管穿透钢板预留孔，沿水平向下15°布设（具体角度按设计锚杆角度加工）。钢板两侧导管长度分别为10cm及25cm。L形筋选用22螺纹钢筋加工，角度控制在105°，L形筋与格栅主筋双面焊接，焊接长度11cm，与锁脚锚杆（管）单面焊接长度为23cm，锚固段长度85mm（导向模具设计图如图5、图6所示）。具体尺寸可根据现场实际情况调整，满足刚度及牢固性要求即可。2.3.2安装锁脚锚杆（管）导向管模具拱架安装完成后，安装导向管模具，安装时，钢板需和拱架紧贴，再使用扎丝将模具与格栅钢架纵向连接筋固定牢固即可。2.3.3穿过导向管钻孔、安装锁脚锚杆（管）使用风钻穿过导向管中钻孔至设计长度，再使用高压风清除孔中残渣、之后穿过模具安装锁脚锚管，待锁脚安装完成后取下模具，具体施工如图7所示。2.3.4焊接L形钢筋L形筋加工完成后，并连接在锁脚锚杆（管）或锁脚锚管与拱架主筋之间，L形筋一边与格栅主筋满焊，另一边与锁脚锚管满焊，同时L形筋一边形成弯钩与格栅主筋锚固增加了结构的整体性，具体连接效果如图8所示。

3效果分析

利用导向管模具规范了锁脚锚杆（管）打设的位置，有效控制了风机钻孔角度。精确的施工角度有利于将拱脚位置的压应力传递到拱脚所在的岩层上，提升了拱脚位置的承载能力。导向管模具安装快捷方便，容易操作，在提升施工质量的同时加快了施工速度、减小了劳动强度。利用L形钢筋与主筋焊接代替锁脚锚杆（管）和主筋点焊，增加了焊接面积，提升了锁脚锚杆（管）的施工质量，加强了隧道洞身支护的整体性，有效地将围岩对洞身的应力传递到拱脚的岩层上，现场施工效果如图9所示。该技术使用简单，只需投入制作简单的导向装置即可，大幅减少了施工过程中反复调整角度的工作量，提高了施工工效。同时通过该技术的应用，能够有效规避围岩水平收敛引起的安全事故。

4结束语

通过制作导向钢板和钢管固定装置，能在锁脚锚杆（管）钻眼过程中起到引导角度作用，最终实现角度的精准控制，避免了人为配合机械施工过程中的不可控因素。再通过L形连接对连接牢固部位进行了加强。总体而言，该技术能够有效提高锁脚锚杆（管）施工质量，充分发挥初期钢拱架支护作用，有效提高隧道及地下工程施工的安全性，且应用领域广泛，可为后期类似工程施工提供可靠参考依据。

参考文献

[1]陈丽俊，张运亮，马震岳，等.锁脚锚杆导向模具[J].岩土力学与工程学报，2015，34（1）：129-133.

[2]陈建勋，乔雄，王梦恕.黄土隧道锚杆受力与作用机制[J].岩土力学与工程学报，2011，30（8）：1690–1697.

[3]伍毅敏，吕康成，徐岳.软弱地基隧道锁脚钢管承载特性研究[J].岩土工程学报，2009，31（12）：1825–1832.

[4]张涛.软弱围岩隧道锁脚锚杆（管）支护特性研究[D].西安：长安大学，2011.

[5]罗彦斌，陈建勋.软弱围岩隧道锁脚锚杆受力特性及其力学计算模型[J].岩土工程学报，2013，35（8）：1519–1525.

[6]徐晨.软弱围岩隧道中锁脚锚杆支护效果研究[D].西安：长安大学，2010.

[7]郭小红，王梦恕.隧道支护结构中锚杆的功效分析[J].岩土力学，2007，28（10）：2234–2239.

[8]黄明琦.锁脚锚杆作用机理及其在厦门翔安隧道中的应用研究[J].铁道建筑技术，2009（7）：86–89.

作者：刘辉 余诚 单位：中铁四局集团有限公司第七工程分公司