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1、现代科学学技术在在悬索桥隧道式式锚碇施工工中的应应用（路桥华华南工程程有限公公司）摘要：本本文介绍绍湖北沪蓉西高高速公路路四渡河河特大悬悬索桥隧道式式锚碇开挖及支护护施工技技术，重点阐阐述了拉拉拔模型型试验、地地质探测测等现代代科学技技术在隧隧道式锚锚碇开挖施施工中的的运用，为为隧道式式锚碇在在以后的的施工中中提供借借鉴。关键词： 科学学技术 隧道道式锚碇 运用1 概述四渡河特特大桥是是湖北沪蓉蓉西主干干道湖北北宜昌至至湖北恩恩施段中中的一座座特大悬悬索桥，所处位置为深切峡谷，地势陡峭，坡度达80。该桥的桥面至谷底高差（达500多米）、单向纵坡及锚碇的单根可换式锚固系统等居世界第一。桥位布置图
2、见图1.1图1.11 四四渡河特特大桥桥桥位布置置图该桥宜昌昌岸锚碇碇设计为为隧道式式锚碇，恩恩施岸为为重力式式锚碇。在宜昌岸隧道式锚碇（见图1.2）的正下方约23米处为八字岭公路隧道，该区域地质围岩发育皆为与桥轴线呈25竖向发育，岩层厚为3050cm不等，裂隙较发育，为典型的岩溶地质，围岩一般为。图1.22四渡河特特大桥宜昌岸锚锚碇设鞍室、锚锚体及后后锚室三部部分。锚锚碇开挖最小小断面为为9.88100.9mm，最大大开挖断面为为1414mm，洞轴线线水平方方向倾角角为355，洞洞斜向长长度左锚为为71.14mm，右锚为为66.2m，锚体都为440m，锚体后面面设2.2m的的后锚室。整个锚锚
3、碇开挖方量量约为22.1m3，砼方量量约为1.6万mm3。为了增大大锚塞体与与围岩的锚固应力，原原设计较普通隧隧道的洞洞周增设了反向向齿坎，每每4m一道道，一个个锚塞体体设置10道。齿坎坎尺寸为为3500cm87.5，由由于围岩岩裂隙发发育，施施工时无无法确保保齿坎的的形成，后后设计变变更取消消反向齿齿坎增设设了32结结构锚杆杆。2 开挖支护护施工在隧道式式锚碇开挖施工工中采取取了“短进尺、强支护护、快封闭闭、勤观测”的基本本工艺，施施工工序序严格遵守守“安全施施工、爱爱护围岩岩、内实实外美、重重视环境、动态态施工”的原则。四渡河特特大桥宜昌岸岸隧道式式锚碇开挖在开始始阶段分分上、中中、下三三
4、个台阶开挖，施施工过程中，由由于该锚锚碇正处于公路路隧道的的正上方方且竖向距离离仅约233m，考考虑到开挖爆破破的相互互影响，惟恐恐对结构构间围岩岩造成扰扰动，将中下台台阶合并成成一个台阶开挖，以以减少爆破破次数，并形形成一个个1015长长的水平平工作平平台。整整个拱圈部部分为一个上台阶，开挖过过程中先先对上台阶超前引引进，下台阶阶落后4.5M跟跟进，开挖时采用短短进尺钢拱架和和锚网喷支护护紧跟随的形式式进行施工工。工作作面布置置形式如如图2.1所示。图2.11锚碇开挖工作作面示意意图锚碇的整整个开挖均均采用微微台阶光面爆爆破开挖法，以尽量保护锚锚碇围岩整体体结构的完完好性。根据地地质资料及及
5、施工过过程中所所积累的一一些经验验，结合围岩为类围岩的实际际，在施施工过程中采采用了如如下一些些参数：炮孔直直径：38mmm，深深度1.61.8mm，花边眼间距为30050ccm（一般采采用400cm），花边眼往里里40ccm为周边眼，周周边眼间距与花花边眼相同同，周边边眼与花花边眼呈梅梅花型布布置，装装药集中中度：00.1000.455Kg/m（根根据岩层层情况进行变化），起起爆方式式：段发发电毫秒秒雷管；雷管连连接方式式：分组组多头并联。每个循环环爆破后后，立即即进行危石石及松动动围石的的清理，然然后进行下一一断面的控控制测量，一一为检测测本次循循环爆破的的效果，二二为下一循循环的施爆爆布
6、孔进进行指导。在测量后，辅辅助风镐对对个别未未达到开挖尺寸寸的位置置进行修整整，以保保证开挖尺尺寸。在在保证了开挖尺寸寸后，即即进行初喷5cmm砼封闭闭围岩，防防止围岩的进一步风化及保保证施工安安全。并并开始间间距为11.2mm（横向）x1.00m（纵向）间间距的222钢筋筋锚杆的钻孔孔安装及及I100钢拱架架和88钢筋网网的安装装，再进进行复喷喷完成初初衬施工工，保证证整个初衬衬厚度不不小于115。初初衬后对对未能及及时落地地的上台台阶钢拱拱架增设设两根3mm长的222钢筋锁脚锚锚杆，以以作为钢钢架的承承力点。锚碇开挖挖施工过过程中，对对裂隙较发发育、夹泥较多及溶溶洞断层层处，采采取锚杆加密
7、密加长，钢钢筋网增增加连接钢筋的方方法及时时加固处理。锚杆间距最密密处为00.5mmx0.5m，最最长增加至至5m。钢筋网外外增设12的的连接钢筋。在在处理完毕后，进行观测一段段时间，在在连续观观测几次次中均无无明显变化后后，可视视该部位位为已处处理安全全。由于锚碇碇开挖的特特殊性，开挖空顶时间不能过长，且锚碇开挖出渣工程量较大，故在开挖初期采用大挖机出渣；在锚碇掘进较深后，由于倾斜坡度较大，且大挖机在洞内无自由旋转移动空间后，改为：小挖机装渣，窄轨道（轨距70cm，钢轨22Kg/m、枕木120x20x20cm）、绞车（25T，每个绞车容量为0.8m3）提升运输的方法出渣。3 现代科学学技术的
8、的运用由于四渡渡河特大大桥所处区域地地质为典型型的岩溶溶地质，为了更好好地将现代科学技术与工程实践践有机结合合，在隧道道式锚碇碇开挖施施工过程程中成功功地完成成了国内内目前规模模最大，检检测数据据较全面面的拉拔拔模型试试验，为优化设计变变更提供供了数据依据据；同时时，也是是第一次次较完善地地采用了了物探方方法，对隧道式式锚碇开挖断面周围围围岩进行探测，为为围岩加加固提供供了科学学依据；为了长期监监测该桥桥的健康营营运情况，对隧道式锚碇还增设了健康康监测设设备，该部分设备备正在随施工工的进展而同同步进行安装。31现现代科学学技术检检测311 11：12模型型拉拔试试验鉴于如此此高载荷荷作用下下的
9、隧道道锚碇设设计及施施工工作作在国内内外开展展很少，无无现成的的经验可可供借鉴鉴，为了了验证设设计方案案的可靠靠性并为为其他类类似工程程提供研研究资料料。在实体体隧道锚锚碇附近近与其工工程地质质条件、岩岩体结构构和岩性性接近处处进行了了模型试试验，依依据弹性性力学相相似原理理，按1112 比例制制作隧道道锚模型型，对模模型开展展在不同同设计载载荷水平平以及在在不同的的恒定载载荷下的的张拉、超超张拉及及流变试试验。该该试验先先于实体体锚体开开挖之前前已完成成。该试验模模型布置置见图33.1。该试验模模型的反力系系统由南南北钢筋筋混凝土土反力支支座、支支墩及反反力梁等等组成。反反力梁设设计可承承受
10、荷载载不小于于24000kNN。试验验锚碇的的制作过过程采用用与实体体隧道锚锚碇相同同的设计计标准及及施工工工艺。锚锚体建造造采用与与实体锚锚体相同同等级强强度的CC30 级微膨膨胀混凝凝土。每每个锚碇碇内埋设设4束（每每束由116 根根15.24mmm钢绞绞线组成成）锚索索，通过过钢绞线线的加载载，来模模拟施加加实桥的的张拉荷荷载。在在分层浇浇筑锚碇碇混凝土土前，采采用专用用P 型锚锚具事先先将每束束钢绞线线按设计计位置预预先固定定在锚洞洞内，最最后一次次性浇筑筑锚碇混混凝土。设计采用用的实体体隧道锚锚碇中双双缆载荷荷为4220,0000kkN，试试验锚碇碇的设计计荷载PPm 应应为： 29
11、116.67 kN，又因为为试验时时的张拉拉荷载是是同时通通过8 台千斤斤顶来施施加，因因此在11 倍设设计荷载载作用(1Pmm)下每台台千斤顶顶出力pp 为： 3664.558 kkN。为监测拉拉拔试验验期间试试验锚碇碇周边岩岩体变形形及荷载载变化规规律，共共布置了了4类监测测仪器：多点位位移计、测测缝计、应应变计、锚锚索测力力计。通通过试验验监测表表明：1）在22.6pp 设计计荷载作作用下，所所有监测测仪器均均没有观观测到有有岩体流流变现象象出现。依依据相似似原理，可可推论实实桥隧道道锚碇的的长期安安全系数数不小于于2.66。2）较短短时间内内，试验验锚模型型超载试试验的承承载力达达7.
12、66p，没没有出现现岩体及及结构破破坏现象象。这表表明短期期内，隧隧道锚碇碇的极限限承载能能力可达达到7.6p，桥桥梁的短短期极限限承载力力较高。测试也表表明：尽尽管在短短期，高高承载力力下整个个锚碇系系统没有有破坏，但但其周边边岩体的的流变变变形特征征明显，整整个系统统并不安安全。根根据试验验的结果果，同时时结合实实际开挖挖无法形形成原设设计的反反向齿坎坎的情况况，设计计变更为为现在的整个锚锚碇锚塞塞体范围围内增设设结构锚杆。312 物探检检测在锚塞体体开挖过过施工程程中，由由于所揭揭露的围围岩裂隙隙较发育育，小溶溶洞较集集中等不不良地质质情况，为了进一步掌握锚体的围岩情况，以确保围岩与锚体
13、的锚固应力。在锚体开挖完成后，对锚体进行了地质雷达探测，并辅以地震CT及地震面波检测。通过地质物探检测，以查明锚洞洞周510m范围内有无较大溶洞、夹层、裂隙等地质缺陷及其分布位置，并对锚洞周岩岩体结构完整性作出评价，为后续施工提供了科学依据。地质雷达达外业使使用美国国地球物物理公司司SIRR2型彩色色显示地地质雷达达仪采集集数据，专专用软件件处理数数据，具具有工作作效率高高，分辨辨率高，现现场实时时处理效效果好等等多种优优点。洞洞内以1100MMHz天天线逐测测线连续续扫描, 窗口口长度2250nns,多多次迭加加技术；地面以以低频组组合天线线迭加点点测。地地质雷达达现场工工作示意意如图33.
14、2、图3.3。图3.22锚洞底底板地质质雷达工工作示意意图图3.33锚洞侧侧壁和拱拱顶地质质雷达工工作示意意图地震CTT采用地地震纵波波直达波波透射技技术，直直达波路路径为左左锚洞右锚洞洞 2 对（其其一为试试验对），锚锚洞地表1对，锚锚洞洞口口段1对。仪仪器设备备：美国国NZ224型浅浅层地震震仪采集集数据，具具有分辨辨率高、浮浮点增益益、噪声声实时监监控、现现场实时时分析及及数据处处理等先先进功能能和良好好工作性性能。重重庆地质质仪器厂厂38HHz检波波器拾震震，炸药药爆炸激激震。地地震CTT透射探探测工作作示意如如图3.4、图3.5。图3.44地震CTT现场布布置断面面示意图图图3.55
15、地震CTT炮点和和检波点点布置平平面示意意图地震面波波采用瞬瞬态面波波勘探，目目的是对对地质雷雷达异常常区进行行验证和和提供波波速量化化，反演演异常区区面波值值。仪器器设备:北京华华水物探探研究所所SWSS系列面面波仪，面面波专用用低频检检波器。工工作道数数12道，道道间距22m，记记录长度度2500ms，采采样间隔隔1255s，偏移移距610mm,重锤锤锤击激激震。FFKSWWSA软软件处理理数据。地震面波波探测工工作示意意如图33.6。图3.66地震面面波工作作示意图图通过对三三种物探探方法探探测的情情况统计计表明：左右锚锚洞围岩岩均普遍遍存在113m厚的的松弛圈圈，松弛弛程度由由表及里里
16、渐弱。左锚洞围围岩为连连续的层层状结构构岩体，整整体完整整性好，岩岩体稳定定。部分分层段裂裂隙发育育并被溶溶蚀改造造充填泥泥质夹层层，呈现现层状碎碎裂结构构特征；局部岩岩层中发发育溶孔孔、小型型溶洞。但但上述缺缺陷对围围岩整体体稳定性性影响不不大，裂裂隙溶隙隙夹泥、溶溶孔溶洞洞等缺陷陷多分布布在锚体体后段以以及后锚锚室围岩岩中，相相应对锚锚体的抗抗拔安全全影响较较小。右锚洞围围岩总体体为连续续的层状状结构岩岩体，岩岩体稳定定，整体体结构完完整性较较好。但但其中局局部岩体体发育裂裂隙并溶溶蚀充填填夹泥，属属层状碎碎裂结构构岩层，溶溶孔、小小型溶洞洞集中组组合发育育的岩段段属局部部结构缺缺陷岩体体
17、。局部部地质缺缺陷对围围岩整体体稳定性性影响不不大，但但锚体中中后段段围岩中中分布较较多的裂裂隙溶隙隙夹泥、溶溶孔溶洞洞等缺陷陷，对锚锚体的抗抗拔稳定定不利，需需进行必必要的加加固处理理。因此，根根据三种种物探检检测的结结果，对对岩层较较破碎、裂裂隙较发发育及溶溶洞发育育的位置置进行了了结构锚锚杆的加加密加长长处理。同同时在进进行围岩岩压浆时时，在这这些位置置压浆孔孔间距也也相应减减小。313桥梁健康康监测由于悬索索桥为一种种新兴的桥梁，其其设计及施施工技术术都有待待完善及及创新。四四渡河悬悬索桥为深切切峡谷桥，其设计计及施工工技术更有待待完善及及论证。给予此原原因四渡渡河悬索桥增设了健康康监
18、测。对四渡河河桥隧道锚健康监测测采用多多点位移计及压力盒。对隧道锚锚散索鞍鞍，健康康监测主要要在散索索鞍底面面埋设22个压力力盒及布布设一个多点位移计。压力盒底底座为一个斜面，斜斜面与散散索鞍底底面平行行，确保保散索鞍鞍压力能垂垂直作用用在压力力盒上。多多点位移计为为倾斜，倾斜角度度为622，与散散索鞍底底面垂直直，多点点位移计植入岩岩层20mm。通过监监测散索索鞍的受受力情况况及散索索鞍与岩岩层的相对位移来监监测桥梁梁的健康康情况。对隧道锚锚锚塞体体，在每每个锚塞体体后锚室埋设一个多点位移计，多点位移计植入岩岩层20mm，倾斜角度度为355，与洞洞轴线平行行。锚塞体选定9束预应力束束埋设测测
19、力计，15-37型型预应力束束8根，155-199型预应力束束1根。通通过监测测预应力力应力及锚塞体与与后锚室岩层的相对位移来监监测桥梁梁的健康康情况。此外，还还在两个锚锚塞体的的中间位置埋埋设一个多点位移计，多点位移计与洞轴线线平行，从从后锚室横洞往上上植入岩岩层45mm，往下下植入岩岩层20mm。用于于监测桥桥梁在运营营阶段岩岩层的相对位移。32现现代科学学技术成成果的运运用结合拉拔拔试验及及物探成成果，为为了增强强围岩整整体性，对对围岩采采取了增增设结构构锚杆和和围岩注注浆等加加固办法法。321 结构锚杆由于围岩岩裂隙较较发育，原原设计的反反向齿坎无法形成成，同时时根据模模型试验验锚的结
20、结果，为为了增加加围岩与与锚塞体体的锚固固应力，将原设计的反向齿坎变更为用32结构锚杆。结构锚杆杆的间距根据据围岩物探检检测结果，在在围岩裂隙隙较发育的的位置为为80ccm80ccm, 锚杆长为750ccm，锚杆伸入入锚塞体500cm；在一般般位置为为1200cm1200cm，锚杆长为450ccm，锚杆伸入入锚塞体500cm。结构锚杆杆在锚碇主主体开挖完成成后进行安装，在在锚塞体位位置搭设设满堂钢钢管脚手手架，采采用潜孔钻成孔，孔孔径为1000mmm。成批进行锚杆安装，两环一一批。锚杆两米设置一个对对中装置置，确保保结构锚杆居中中。孔口口采用砂砂浆封堵，砂砂浆配比为11：1，封堵堵段长度为30
21、ccm，砂砂浆封堵段段前端采采用圆形钢板及棉棉纱封堵。封封堵孔口口时预埋两根塑塑料管，一一根为压压浆管，一一根为出出气管，压压浆管伸伸入孔底底，距孔孔底200cm ,出气气管长45ccm，外外露510ccm。锚杆压浆浆采用C30砂浆，水灰灰比为00.4，掺加水泥泥用量110%的的膨胀剂剂及0.8%的的减水剂剂，压力控制制在1MMPa。压浆时时，先压至至出气孔孔出浆，然后后将出气孔孔封堵，再再继续压压浆，至压力力达到1MPPa。由于该该隧道式式锚碇的的围岩走走向为竖竖向，在在进行锚锚杆注浆浆时，出出现了孔孔间串浆浆的现象象。在出出现串浆浆后，则则停止该该孔的注注浆，并并将该孔孔的注浆浆管封堵堵，
22、先进进行串浆浆孔的注注浆，在在串浆孔孔注浆压压力达到到1MPPa时，在在回头对对前一孔孔进行注注浆至压压力达到到1MPPa。322 围岩注浆加固由于锚碇碇围岩裂隙隙较发育，且且在开挖爆破破中，爆爆破对围围岩存在在一定的的影响。为了增加加围岩的整体体性，在在结构锚杆安装完毕后，对整个围岩进行了注注浆加固。围岩注浆浆孔为50mmm，在结构构锚杆44.5mm的区域域，间距为2400cm2400cm，孔孔深为55m；在在结构锚锚杆7.5m的的区域，间间距为2200ccm2000cm，孔孔深为88m。围岩注浆浆采用4分镀锌管，镀锌锌管伸入入孔底，距距孔底220cmm，孔口口采用砂砂浆封堵，封封堵长度为5
23、0ccm。围岩注浆浆浆液水灰灰比为11：1，掺加水泥泥用量55%的水水玻璃，注注浆压力力控制在在22.55MPaa。注浆在压力达达到2.55MPaa时，停停止注浆浆，稳定10分钟，10分钟后如压力力无变化化则停止该孔的的注浆，如压力力有下降降则继续续该孔的的注浆，至再再次达到2.55MPaa。围岩注浆浆采用进进浆量及及压力双双控。在在1：11的浆液液进浆量量达到00.188m时，如如压力还还未达到到2MPaa以上，则则改注水水灰比为为0.77的浆液液，如进进浆量还还是过大大，则改改压水灰灰比为00.5的的浆液。4结束语语目前，对对于隧道式式锚碇的设计计及施工工在国内内尚未有有一套成成型的方方案
24、，在在施工过过程中我们们在设计计及施工工技术上上运用现现代科学学试验及及检测技技术，对原有有施工技技术进行行了完善善，为隧隧道式锚锚碇的施施工方案案的趋成成熟提供供了科学学依据。但还有待提高及完善之处。参考文献献：（1）公公路工程程地质勘勘察规范范（JJTJ006498）（2）公公路隧道道设计规规范（JTG D702004）（3）工工程地球球物理勘勘察规程程（TTB100013320002）（铁铁道部）（4）浅浅层地震震勘探规规范（DZ/T01701997）（国土资源部）（5）电电阻率测测深法技技术规程程（DDZ/TT0077293）（国国土资源源部）（6）电电阻率剖剖面法技技术规程程（DDZ/TT0077393）（国国土资源源部）（7）隧道道工程施施工要点点集 （关宝宝树 编 人民民交通出出版社）- 9 -