防腐錨桿在海底隧道施工中的應用

防腐錨桿在海底隧道施工中的應用
 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）。隧道分四個標段，其中第三施工合同段暗挖段3214.3m（海域1700m）。區別于傳統隧道施工方法，青島海底隧道采用格柵拱架噴射混凝土與系統錨桿聯合作用的支護方式，從而更好的保證隧道圍巖的穩定性。 
　　 2 系統錨桿工作原理 
　　 在當前的隧道支護體系中，系統錨桿是一種十分有效的支護方式，其運用非常廣泛，類型也較多，但是系統錨桿在隧道支護體系中到底發揮怎樣的作用還不十分清晰。通常認為系統錨桿的加固效應有4種：懸吊效應、增強效應、成拱效應和內壓效應。系統錨桿的作用除了上述4種外，在地質條件較差的軟肉圍巖地段，還有穩定初期支護格柵拱架作用。在于格柵拱架的共同作用中，系統錨桿在在一定程度上穩定了承受較大壓力的相對較薄的初期支護，不至使其產生局部或整體失穩，同時系統錨桿還可以減少初期支護與圍巖之間的相對位移，防止初期支護產生多大的整體下沉。為了保證初期支護的穩定性，系統錨桿要及時施做，從而起到保證初期支護的承載力，更好的保證圍巖的穩定性。 
　　 3 系統錨桿的選擇 
　　 3.1 選擇依據 
　　 根據《公路工程地質勘察規范》及巖土工程勘察規范》判定，海域及距海域較近處的地下水的化學成分與海水相似，對鋼結構具有中等腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性，為了保證初期支護中錨桿的耐久性青島海底隧道初期支護中系統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 系統錨桿布設分類 
　　 3.3 采用錨桿技術參數 
　　 3.4 錨桿防腐與防腐機理 
　　 埋設在巖土層中的錨桿結構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。根據目前技術研究的成果，鋼錨桿在地層中的腐蝕有化學腐蝕、電化腐蝕、高應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電性等腐蝕介質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、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，錨桿安裝時在錨桿體與套管內壁和套管外壁與鉆體之間注水泥漿，固結后即成多重防腐錨桿。若采用鍍鋅錨桿體(三重防腐結構)，則防腐性能更可靠。 
　　 
　　 4 系統錨桿施工工藝 
　　 4.1 鉆孔 
　　 青島海底隧道系統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行清孔，因此在鉆孔完畢可以直接進行錨桿安裝。 
　　 4.2 錨桿的組裝 
　　 在全螺紋實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，徐徐推動錨桿，使桿體95%沒入孔中，調整墊板位置，使其緊貼混凝土表面。 
　　 4.4 注漿 
　　 4.4.1 注漿前準備工作 
　　 （1）用扭力扳手擰緊螺母，達到設計扭矩，給錨桿施加預應力。 
　　 （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，待砂漿強度達到設計強度在進行注漿。 
　　 （3）機械設備準備 
　　 4.4.2 配制水泥漿液 
　　 （1）水泥漿液配比的選擇 
　　 中國工程建設標準協會頒布的標準CECS22：2005《巖土錨桿（索）技術規程》中第8.4.2中有“宜選用水/灰比0.40～0.45。但根據青島海底隧道施工經驗，大水灰比的漿液雖有易于充填索所鉆孔的裂隙的優點，但其不利的弊端更多。 
　　 ①大水灰比的注漿液固結后的強度比小水灰比注漿液固結后的強度低。 
　　 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生縫隙，注漿體柱本身在收縮時又會因拉應力產生裂紋，這樣既會降低錨桿安裝后的抗拔力，又會因縫隙或裂紋存在積水加快錨桿桿體銹蝕。有實驗表明，水泥漿中的水灰比在0.38時凝固后的收縮率為3.6%，而水灰比在0.5時的收縮率高達6.4%。 
　　 ③在向上安裝錨桿的作業中，大水灰比注漿后卸下注漿接頭時，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早早被銹蝕，從而降低系統錨桿的使用壽命，進而會影響整個隧道的耐久性。 
　　 因此，為保證錨桿的注漿質量，區別于常規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 
　　 在各種準備工作完成后通知實驗室，經實驗人員現場指導配制水泥漿液，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越性，但由于水灰比較小，水泥漿液屬于較稠的漿液，其流動性差、粘結力強，易凝固，阻塞注漿管道，所以常規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過程 
　　 ①注漿液由注漿囊(鋼質球形或塑料筒形)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狀空間的注漿囊端往漲殼(錨頭)端流動并充滿這一空間.這時鉆孔內的空氣由防腐套管與鉆孔孔壁間的環狀空間經墊板上的排氣孔排出. 
　　 
　　圖2 漿液流動效果圖 
　　 ②注漿液到達漲殼端由套管內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.注漿液到達漲殼端由套管內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 漿液流動圖 
　　 5 質量控制 
　　 5.1 錨桿的控制 
　　 嚴格按照設計規范要求，對不同圍巖段錨桿的材料、規格、尺寸進行控制。 
　　 5.2 錨桿孔的控制 
　　 鉆孔前，應由技術人員按設計要求對錨桿孔位的布設進行定位，三臂臺車大臂鉆孔時要沿隧道徑向進行鉆孔，鉆孔長度不得短于設計要求。 
　　 5.3 預應力的控制 
　　 在注漿前對錨桿施加預應力，用扭力扳手擰緊螺母，使其達到設計扭矩。 
　　 5.4 水泥漿液配合比的控制 
　　 嚴格按照設計規范要求，由試驗人員現場指揮對水泥漿液進行配制。 
　　 5.5 注漿壓力的控制 
　　 注漿壓力必須達到設計規范要求才能進行下一錨桿的注漿。 
　　 6 效果評價 
　　 對所安裝系統錨桿按1%做抗拔試驗，28d拔力平均值≥設計值；最小拔力≥0.95設計值，均超過規范要求≥0.9設計值。 
　　 7 結語 
　　 對于青島海底隧道，特別是海域段，系統錨桿的安裝與注漿是重點也是難點，本文從錨桿的作用機理、防腐錨桿的防腐機理及對海底隧道系統錨桿的施工工藝進行闡述和總結，為以后類似的工程提供了一些經驗。