防腐錨桿在海底隧道施工中的應(yīng)用

防腐錨桿在海底隧道施工中的應(yīng)用
 1 概述 
　　 青島海底隧道線路全長7120m，其中隧道長6170m（海底段約3950m）。隧道分四個(gè)標(biāo)段，其中第三施工合同段暗挖段3214.3m（海域1700m）。區(qū)別于傳統(tǒng)隧道施工方法，青島海底隧道采用格柵拱架噴射混凝土與系統(tǒng)錨桿聯(lián)合作用的支護(hù)方式，從而更好的保證隧道圍巖的穩(wěn)定性。 
　　 2 系統(tǒng)錨桿工作原理 
　　 在當(dāng)前的隧道支護(hù)體系中，系統(tǒng)錨桿是一種十分有效的支護(hù)方式，其運(yùn)用非常廣泛，類型也較多，但是系統(tǒng)錨桿在隧道支護(hù)體系中到底發(fā)揮怎樣的作用還不十分清晰。通常認(rèn)為系統(tǒng)錨桿的加固效應(yīng)有4種：懸吊效應(yīng)、增強(qiáng)效應(yīng)、成拱效應(yīng)和內(nèi)壓效應(yīng)。系統(tǒng)錨桿的作用除了上述4種外，在地質(zhì)條件較差的軟肉圍巖地段，還有穩(wěn)定初期支護(hù)格柵拱架作用。在于格柵拱架的共同作用中，系統(tǒng)錨桿在在一定程度上穩(wěn)定了承受較大壓力的相對較薄的初期支護(hù)，不至使其產(chǎn)生局部或整體失穩(wěn)，同時(shí)系統(tǒng)錨桿還可以減少初期支護(hù)與圍巖之間的相對位移，防止初期支護(hù)產(chǎn)生多大的整體下沉。為了保證初期支護(hù)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)錨桿要及時(shí)施做，從而起到保證初期支護(hù)的承載力，更好的保證圍巖的穩(wěn)定性。 
　　 3 系統(tǒng)錨桿的選擇 
　　 3.1 選擇依據(jù) 
　　 根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》及巖土工程勘察規(guī)范》判定，海域及距海域較近處的地下水的化學(xué)成分與海水相似，對鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性，為了保證初期支護(hù)中錨桿的耐久性青島海底隧道初期支護(hù)中系統(tǒng)錨桿在陸域段采用中空防腐錨桿，海域段采用多重防腐錨桿。
　　 3.2 系統(tǒng)錨桿布設(shè)分類 
　　 3.3 采用錨桿技術(shù)參數(shù) 
　　 3.4 錨桿防腐與防腐機(jī)理 
　　 埋設(shè)在巖土層中的錨桿結(jié)構(gòu)的使用壽命取決于錨桿的耐久性，對錨桿壽命的最大威脅則來自腐蝕。根據(jù)目前技術(shù)研究的成果，鋼錨桿在地層中的腐蝕有化學(xué)腐蝕、電化腐蝕、高應(yīng)力腐蝕和散亂電流腐蝕4種，而其中又以電化腐蝕和散亂電流腐蝕為主，這主要由地層中的酸堿度和導(dǎo)電性等腐蝕介質(zhì)通過地下水和空氣與錨桿的外表面接觸引起。錨桿的防腐就是采取隔離和絕緣措施，使存在于地層或巖體裂隙中的水與空氣盡量不與錨桿體接觸。通常采用的隔離方法有注漿包裹保護(hù)、錨桿涂（樹脂）鍍（鋅）法、套管隔離法等。 
　　 3.5 多重防腐錨桿 
　　 多重防護(hù)錨桿是綜合了上述防腐方法中的二種以上的防腐措施，在錨桿的全長上套有PE塑料的套管，錨桿安裝時(shí)在錨桿體與套管內(nèi)壁和套管外壁與鉆體之間注水泥漿，固結(jié)后即成多重防腐錨桿。若采用鍍鋅錨桿體(三重防腐結(jié)構(gòu))，則防腐性能更可靠。 
　　 
　　 4 系統(tǒng)錨桿施工工藝 
　　 4.1 鉆孔 
　　 青島海底隧道系統(tǒng)錨桿孔采用三臂臺車鉆孔，孔徑采用50mm鉆頭，由于三臂鑿巖臺車在鉆孔的過程中使用高壓水直接進(jìn)行清孔，因此在鉆孔完畢可以直接進(jìn)行錨桿安裝。 
　　 4.2 錨桿的組裝 
　　 在全螺紋實(shí)心錨桿一端旋入漲殼錨固件→裝入波紋套管→套入墊板→安裝球型→把球型囊體套入波紋套管使球型囊體與套管緊密連接→擰上螺母 （螺母暫時(shí)不擰緊） 組裝完畢，其效果圖如帶球形注漿囊的多重防腐錨桿局部剖視圖（2） 
　　 4.3 錨桿的安裝 
　　 把組裝好的錨桿帶漲殼端放入以清完的錨桿孔中，徐徐推動(dòng)錨桿，使桿體95%沒入孔中，調(diào)整墊板位置，使其緊貼混凝土表面。 
　　 4.4 注漿 
　　 4.4.1 注漿前準(zhǔn)備工作 
　　 （1）用扭力扳手?jǐn)Q緊螺母，達(dá)到設(shè)計(jì)扭矩，給錨桿施加預(yù)應(yīng)力。 
　　 （2）為保證水泥漿液不從墊板與混凝土面接觸位置流出，在注漿前先用水泥砂漿把墊板周邊與混凝土接觸位置錨固封閉，待砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度在進(jìn)行注漿。 
　　 （3）機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備 
　　 4.4.2 配制水泥漿液 
　　 （1）水泥漿液配比的選擇 
　　 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)頒布的標(biāo)準(zhǔn)CECS22：2005《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》中第8.4.2中有“宜選用水/灰比0.40～0.45。但根據(jù)青島海底隧道施工經(jīng)驗(yàn)，大水灰比的漿液雖有易于充填索所鉆孔的裂隙的優(yōu)點(diǎn)，但其不利的弊端更多。 
　　 ①大水灰比的注漿液固結(jié)后的強(qiáng)度比小水灰比注漿液固結(jié)后的強(qiáng)度低。 
　　 ②大水灰比的漿液凝固后的收縮率大，注漿體育鉆孔壁劍易于產(chǎn)生縫隙，注漿體柱本身在收縮時(shí)又會(huì)因拉應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，這樣既會(huì)降低錨桿安裝后的抗拔力，又會(huì)因縫隙或裂紋存在積水加快錨桿桿體銹蝕。有實(shí)驗(yàn)表明，水泥漿中的水灰比在0.38時(shí)凝固后的收縮率為3.6%，而水灰比在0.5時(shí)的收縮率高達(dá)6.4%。 
　　 ③在向上安裝錨桿的作業(yè)中，大水灰比注漿后卸下注漿接頭時(shí)，所注入的漿液要從注漿孔和排氣孔中漏掉一些，這樣錨桿孔中的下部就會(huì)因漏漿而空掉一截，或是因下邊漏上邊的漿液下落使上邊局部形成空隙，造成注漿不飽滿的缺陷，錨桿體上沒有被注漿體包裹著的部位就會(huì)早早被銹蝕，從而降低系統(tǒng)錨桿的使用壽命，進(jìn)而會(huì)影響整個(gè)隧道的耐久性。 
　　 因此，為保證錨桿的注漿質(zhì)量，區(qū)別于常規(guī)隧道水泥漿液配合比，青島海底隧道水泥漿液配合比采用0.35的小水泥比水泥漿液。 
　　 （2）配制水泥漿液 
　　 在各種準(zhǔn)備工作完成后通知實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)實(shí)驗(yàn)人員現(xiàn)場指導(dǎo)配制水泥漿液，水灰比0.35。 
　　 4.4.3 注漿 
　　 （1）注漿泵的選擇 
　　 由于系統(tǒng)錨桿漿液水灰比選用0.35的小水灰比漿液，雖然小水灰比其他性能比大水灰比具有很大的優(yōu)越性，但由于水灰比較小，水泥漿液屬于較稠的漿液，其流動(dòng)性差、粘結(jié)力強(qiáng)，易凝固，阻塞注漿管道，所以常規(guī)活塞式或柱塞式注漿泵注漿已很難勝任，所以青島海底隧道經(jīng)專家推薦使用G型單螺桿泵作為注漿工具。 
　　 （3）注漿過程中漿液的流動(dòng)過程 
　　 ①注漿液由注漿囊(鋼質(zhì)球形或塑料筒形)上的注漿孔注入, 漿液在壓力作用下由錨桿體和防腐套管形成的環(huán)狀空間的注漿囊端往漲殼(錨頭)端流動(dòng)并充滿這一空間.這時(shí)鉆孔內(nèi)的空氣由防腐套管與鉆孔孔壁間的環(huán)狀空間經(jīng)墊板上的排氣孔排出. 
　　 
　　圖2 漿液流動(dòng)效果圖 
　　 ②注漿液到達(dá)漲殼端由套管內(nèi)擠出充滿漲殼部的空間,在壓力作用下,又著防腐套管與鉆孔孔壁間的環(huán)狀空沿間往注漿囊端返回,直至漿液由墊板上的排氣孔溢出,注漿過程完成.注漿液到達(dá)漲殼端由套管內(nèi)擠出充滿漲殼部的空間,在壓力作用下,又沿著防腐套管與鉆孔孔壁間的環(huán)狀空間往注漿囊端返回,直至漿液由墊板上的排氣孔溢出,注漿過程完成。 
　　 
　　圖3 漿液流動(dòng)圖 
　　 5 質(zhì)量控制 
　　 5.1 錨桿的控制 
　　 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對不同圍巖段錨桿的材料、規(guī)格、尺寸進(jìn)行控制。 
　　 5.2 錨桿孔的控制 
　　 鉆孔前，應(yīng)由技術(shù)人員按設(shè)計(jì)要求對錨桿孔位的布設(shè)進(jìn)行定位，三臂臺車大臂鉆孔時(shí)要沿隧道徑向進(jìn)行鉆孔，鉆孔長度不得短于設(shè)計(jì)要求。 
　　 5.3 預(yù)應(yīng)力的控制 
　　 在注漿前對錨桿施加預(yù)應(yīng)力，用扭力扳手?jǐn)Q緊螺母，使其達(dá)到設(shè)計(jì)扭矩。 
　　 5.4 水泥漿液配合比的控制 
　　 嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，由試驗(yàn)人員現(xiàn)場指揮對水泥漿液進(jìn)行配制。 
　　 5.5 注漿壓力的控制 
　　 注漿壓力必須達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求才能進(jìn)行下一錨桿的注漿。 
　　 6 效果評價(jià) 
　　 對所安裝系統(tǒng)錨桿按1%做抗拔試驗(yàn)，28d拔力平均值≥設(shè)計(jì)值；最小拔力≥0.95設(shè)計(jì)值，均超過規(guī)范要求≥0.9設(shè)計(jì)值。 
　　 7 結(jié)語 
　　 對于青島海底隧道，特別是海域段，系統(tǒng)錨桿的安裝與注漿是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，本文從錨桿的作用機(jī)理、防腐錨桿的防腐機(jī)理及對海底隧道系統(tǒng)錨桿的施工工藝進(jìn)行闡述和總結(jié)，為以后類似的工程提供了一些經(jīng)驗(yàn)。