浅谈锁脚锚杆角度控制器在隧道施工中的应用

郭琪

北京市首发高速公路建设管理有限责任公司 北京 101100

摘要：以东天山特长隧道项目锁脚锚杆施工为工程实例，就锁脚锚杆的打设方法、控制要点、施工亮点、应用效果等方面进行阐述，通过分析锁脚锚杆打设质量在初期支护施工中如何确保整体拱架的支撑能力，对项目使用实例及经验进行总结，展示锁脚锚杆角度控制的先进方法。

关键词：初期支护；拱架施工；锁脚锚杆角度控制、锁脚锚杆质量。

1引言

目前在隧道初期支护施工中，拱架支护作为主要承受围岩荷载的受力单元，在隧道整体支护中有着无可取代的重要地位，而作为钢架支护的拱脚部位，更是初期支护施工的重中之重，就如何确保锁脚部位的承重能力，提高锁脚锚杆的施工质量的问题应尤为重视，在传统的人工打设过程中，锁脚锚杆的角度控制通常是通过人为的肉眼判断，往往不能满足设计要求，因此，在隧道领域内，越来越多的锁脚锚杆角度控制模具逐渐发明出来并投入使用，但大多数的模具因重量较大，操作繁琐、耗时较长等原因延长了工序时长，作业工人也很难接受使用。鉴于此，本文依托中交一公局集团五公司承建的东天山特长隧道项目实例，对其发明出的锁脚锚杆角度控制器开展深入研究探讨，以期能够提高隧道初期支护中锁脚锚杆施工质量，有效控制锁脚锚杆打设角度，减少人工投入，提高作业效率，最大限度减少因使用各类定位卡具而造成的工序时间延长的现象。

2项目简介

东天山特长隧道位于新疆维吾尔自治区哈密地区哈密市，北起巴里坤哈萨克族自治县，南至哈密市，隧道左洞全长11.767公里，右洞全长11.775公里，进出口独头掘进距离长，建设工期非常紧迫，施工图纸设计中正洞IV、V级围岩及斜井施工初期支护均为钢支撑，并要求打设锁脚锚杆加强拱脚支护，因此在隧道施工中锁脚锚杆打设的效率与质量控制工作非常重要。

3锁脚锚杆的作用

锁脚锚杆在隧道施工中应用非常广泛，具有结构简单，经济适用等特点，在初期支护拱架施工完成后，在拱架拱脚两侧位置进行钻孔，随后将锚杆打入孔内，再将锁脚锚杆与拱架焊接牢固，最后使用锚固剂将孔眼周边填充密实，在锁脚锚杆施工质量满足要求的情况下，不但能够起到稳定锁脚的作用，而且在上下台阶施工时还可对下部开挖起到超前支护的作用。

4锁脚打设要求

4.1锁脚锚杆打设要求

采用φ22的砂浆药卷锚杆，先将锚杆用锚固剂浸泡湿润，浸泡时间大约在1～1.5分钟，然后将锚固剂装入钻孔内，钻孔要保证角度满足设计要求，然后使用顺直坚硬的木棍或类似棍状物送至孔底，孔内要求要充满锚固剂，填充完毕后，再将锁脚锚杆插入孔内，随后采用锚固剂将孔口封闭密实，将拱架与锚杆采用满焊的方式焊接牢固，焊接过程中要保证焊缝宽度、长度满足规范要求。然后按照设计要求采用相应型号的卡筋将锁脚锚杆焊接牢固，单面满焊，搭接长度大于10倍的钢筋直径，且卡筋应与拱架双面满焊。

角度要求：孔口距离拱脚上方50cm处，打设角度向下倾斜30-45度为宜。

图4.1-1 锁脚锚杆打设示意图

4.2锁脚锚管打设要求

立架完成后应立即按照设计要求进行锁脚锚管施工，钻孔前先标识出需钻孔的位置，角度应满足设计要求，钻孔应比锚管直径大15mm，深度误差应控制在±50mm以内，成孔后采用高压风进行清孔，钻孔深度应大于锚管设计锚固长度的95%，但超长值不得大于10cm。锚管安装前须先做好材料、机具、作业平台的准备工作，按设计要求采用相应型号的钢管作为锁脚锚管，钻孔完成后将锚管插入孔内，随后进行注浆，浆体使用水灰比1:1、标号不低于M20的水泥砂浆。（每侧打设两组）

角度要求：第一组孔口距离拱脚上方50cm处，第二组位于第一组上方20cm处，打设角度向下倾斜30-45度为宜。

图4.2-1 锁脚锚管打设示意图

5实施背景

东天山特长隧道初期支护施工过程中，为了控制早期的围岩荷载导致的围岩变形与松弛，按照设计要求，采用了钢拱架进行支撑，为了进一步加强钢拱架受力与稳定性，在钢拱架施工时要求打设锁脚锚杆。锁脚锚杆打设要求为孔口距离拱脚上方50cm处，打设角度向下倾斜30-45度为宜，但在实际施工中，由于作业人员质量意识不强，作业水平参差不齐，且对作业人员施工经验要求高，而仅凭经验控制难以保证精度，打设长度、锚固效果及焊接质量控制相对较为容易，但常常会出现锁脚锚杆角度打设不规范现象。为了有效解决上述问题，根据现场实际施工情况，经过多次改进，最终设计出符合现场施工要求的锁脚锚杆角度控制器，锁脚锚杆角度控制器的投入使用，解决了锁脚施工不规范等问题，达到了预期的效果。

6解决思路

锁脚锚杆角度控制器操作应本着方便、快捷、有效的理念，应能够满足现场实际使用需求，一线作业工人便于接受，锁脚锚杆打设时，锁脚锚杆角度控制器可快速在多榀拱架中移动与固定，角度设定应满足设计要求。

7锁脚锚杆（管）角度控制器作业原理

锁脚锚杆角度控制器主要由主体固定爪、紧固罗盘和角度控制筒三部分组成，锁脚打设时，作业人员在拱脚上方50cm的位置将锁脚锚杆角度控制器四个固定爪夹于钢拱架翼缘板之上，然后旋转紧固螺盘使锁脚锚杆角度控制器整体牢固定于钢拱架上，之后将钻杆伸入角度控制筒实施钻孔作业，即可打设出符合规定要求角度的锁脚锚杆孔，然后按锁脚锚杆作业要求完成后续施工。

图7-1 锁脚锚杆角度控制器设计图

图7-2 锁脚锚杆角度控制器展示图

8应用效果

通过实践证明，锁脚锚杆角度控制器投入现场使用后，锁脚锚杆打设角度的合格率达到了100%，一线操作工人对小型模具使用的抵触情绪降到了最低，且未发生因模具的投入使用造成整体工序时间延长现象，具体使用效果如下：

8.1使用优点

①在实际使用过程中，锁脚锚杆角度控制器的安装仅需10秒钟即可完成安装，达到了预期效果。

②锁脚锚杆角度控制器体积小，便于安装、存放，使用便捷；

③有效提高角度控制精度，消除人为误差，将锁脚角度精确控制在设计范围内；

④锁脚锚杆角度控制器容易制造，操作简单，使用后锁脚施工质量提升效果明显。

⑤使用锁脚锚杆控制器后，可以将锁脚锚杆精准的控制在钢拱架两侧对应位置，不会出现锁脚锚杆偏离钢拱架现象，确保锁脚锚杆能与钢拱架有效连接，从而形成一个整体。

8.2存在缺点

对格栅拱架适用性较差，无法平稳牢固的完成固定，通过其它辅助固定措施可加以解决，但延长了工序时间，仍存在改进空间。

9经济社会效益

该项目在锁脚锚杆角度控制器投入使用后，有效的杜绝了锁脚锚杆打设角度不易控制问题，减少了因工人质量意识薄弱或打设角度不准确导致的质量问题，据统计，提高了初期支护整体质量，减少了返工概率，经济效益虽不可估算，但拥有潜在的长久效益。锁脚锚杆控制器投入使用以来，洞内锁脚锚杆角度控制均能在设计范围内，该项目在外界检查或观摩中因锁脚锚杆角度控制器的研制及使用获得了较高的认可，为工程争先创优及品牌打造奠定了基础，创造了良好的社会效益。

结束语

根据该项目使用统计，自锁脚锚杆角度控制投入使用以来，未出现锁脚锚杆施工返工情况，显著的解决了锁脚锚杆施工不规范等问题，有效的提高了施工质量，降低了返工率，达到了预期的效果，在外界多次的检查与观摩中，得到了多次好评，获得了良好的社会效益，且因返工次数的大幅减少，锁脚锚杆角度控制器的投入使用有着巨大的潜在经济效益，并且该模具具有操作方便、快捷的特点，适用范围也较为广泛，下一步应继续对锁脚锚杆角度控制器固定方式进行改进，以期能够更加方便、快捷的适用到格栅拱架施工中，提高适用范围。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通运输部.JTG F60-2009 公路隧道施工技术规范[S].北京：人名交通出版社，2009.9

[2] 中华人民共和国交通运输部.JTG/T F60-2009 公路隧道施工技术细则[S].北京：人名交通出版社，2009.9

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