算牌器机械涨壳式预应力中空注浆锚杆作为一种新型的锚杆形式，其既能发挥普通锚杆的锚固作用，又能将灌浆融合起来，联合改进围岩的受力条件。这种锚杆施工方便，能够在最短时间内发挥锚固作用，使围岩的应力场从二次应力场迅速转变为三维应力场，有效抑制岩爆、围岩变形的发生与发展，对支护部位的稳定非常有利。笔者寄希望通过对其原理和施工技术的总结，对该类锚杆的应用起到推广作用，使支护形式增加一种锚固形态。
标签：涨壳式锚杆；施工方便；应用；推广
1、概述
机械涨壳式预应力锚杆中空注浆锚杆（以下简称为涨壳式锚杆）主要应用于尾调室顶拱，尾调室最大开挖尺寸116.5m×20.0m×65.9m（L×B×H），顶拱为半径分别为R1300cm和R400cm的“三心拱”。顶拱围岩以浅灰～深灰砂质、泥质板岩夹薄层～中厚层状变质砂岩为主，少量灰～灰绿厚层～巨厚层状变质石英中～细砂岩，岩层产状NW3500～NE50NE（SE）∠800～870，与调压室轴线夹角400～550。涨壳式锚杆支护参数为150KN预应力Φ32mm锚杆、L=9.0m（外露15cm）、间排距3m×3m，与Φ28mm普通锚杆交错布置。薄膜线路
2、工作原理分析
涨壳式锚杆属于端头锚固锚杆，前端有一金属楔形涨壳头，将锚杆送入设计位置后，涨壳头完全打开，并与围岩形成摩擦力，然后拧紧螺母，从而实现锚固作用，安装后很快形成拉应力拱區，使洞壁围岩的应力场状态从二次应力场迅速转变为三维应力场，能有效抑制岩爆、围岩变形的发生与发展。
简单来说，涨壳式锚杆是在中空注浆锚杆的前段增加一个可以涨缩的金属涨壳锚固件，该锚固件平时外径处于最小，安装时随锚杆体一起被塞入锚杆孔中，直至撑紧在钻孔壁上，涨壳头完全张开，形成锚固力。施加预应力时，随着锚杆体张拉力的增大，锚固件与钻孔壁间的摩擦阻力也随之增大，发挥锚固作用。涨壳式锚杆样式图见图1。
3、涨壳式锚杆的特点
涨壳式锚杆最大的特点是操作简单，使用方便，能在开挖后立刻发挥预应力以减少或阻止围岩的松动和变形。
采用注浆与涨壳头锁紧两种不同性能支护的组合结构进行联合支护，能发挥两种支护形式 的各自特点，实现围岩长期稳定。
涨壳式锚杆采用优质专用螺纹钢制造，经过特殊的加工工艺，充分利用了锚杆杆体的力学性能，使杆体强度和杆体尾部螺纹强度一致。 涨壳式锚杆能在锚杆全长充沛锚固，施工时配用高强度快速安装扭矩螺母和球形托盘，不存在力学弱面，具有承载强度高、锚固可靠、伸长率好、适合快速安装施工等特点。
4、现场工艺试验
4.1 室内试验
在涨壳式锚杆施工前，需在室内进行相关试验，主要为中空锚杆水泥净浆配合比试验、水泥锚固剂凝结试验与抗压强度检验和扭力扳手的率定试验。
4.2 钻孔直径确定
Φ32mm涨壳式锚杆锚头直径为55mm，为保证锚头顺利插入孔内且能顺利打开涨壳头进行锚固，钻孔时分别使用Φ57mm、Φ64mm两种规格尺寸钻头进行试验。经现场对比试验后，采用Φ64mm孔径即可满足要求。
4.3 造孔
采用多臂钻造孔，每根锚杆钻孔时间一般在10min～15min，施钻结束后，采用风和水对钻孔进行清洗，然后检测孔深，合格后，进行孔口保护。
4.4 安装及封孔
采用人工利用8t吊车自制的作业平台进行安装。因杆体较轻，2人即可安装锚杆，且耗时较短，一般在10min～15min。锚杆安装完毕后即可进行封孔，采用速凝高强锚固砂浆将孔口封堵并平，安装钢垫板及配套螺母。
4.5 张拉
锚杆张拉机具采用预置式TG型200-1000N·m扭力扳手。张拉施工前，将张拉机具进行率定。扭力扳手在试验室采用SDMG-15T型锚杆测力计进行率定，率定结果见图2。
根据室内率定成果，由上表回归方程可知，采用SDMG-15T型锚杆测力计时，要使预应力锚杆达到T=150kN的初始预应力，1#扭力扳手所对应的扭矩值为515N·m。
张拉先按照20%设计张拉荷载对锚杆进行预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，然后分别按450N·m、500N·m、550N·m、600N·m逐级张拉，每级持荷5分钟，测读相应的杆体伸长值，并做好记录。当加荷至1.10T（T=150KN）杆体伸长值无变化时，持荷锁定，拆除机具。
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4.6 注浆
采用注浆管进浆，浆体逐渐充溢钻孔并向上流动。此时中空锚杆体的空腔成为排气道，当空气排完时，注浆体从涨壳锚固件尾端进浆，充满空腔，从锚杆头流出，注浆完成。
4.7 质量检测
采用锚杆无损检测仪【型号：JL-MG（D）】对密实度进行检测，发现仅局部出现轻微不密实现象，注浆密实度均在80%以上，均达到Ⅱ级及以上标准，高于常规部位锚杆支护密实度规范要求，取得了良好的支护效果。
5、现场施工方法
经过工艺试验，总结出适合于本工程的施工方法。
5.1 钻孔
采用全站仪按照设计间排距测放并标示孔位，然后多臂钻造孔。为控制孔向及倾角，开孔前用罗盘对凿岩机导轨的方向及倾角进行测量，合格后，用半功率开孔，开孔深度达0.5m时，再次对孔向及倾角进行复核，确保无误后，采用全功率钻进，直至钻孔结束，每根锚杆钻孔时间一般在10min～15min。对孔深的控制，采用在钻杆上作好标记，施钻结束后，采用压力水对钻孔进行清洗，然后检测孔深，合格后进行孔口保护，移交下道工序。
隧道喷浆5.2 安装与张拉
（1）采用三臂台车配合人工将锚杆体送入孔内，使用厂家配置专用连接套筒转动锚杆杆体，使钢质锚头涨开与岩壁紧密接触以达到锚固目的。（2）保证锚杆与垫板垂直，使锚杆轴向受力。
（3）放入止浆塞和锚垫板，并安装排气管，旋上螺母，并使锚杆杆体位于锚杆孔的中部，并使用六角扳手预紧。
（4）根据设计要求初始预应力值，使用扭力扳手施加预应力。扭力扳手使用前将扭力扳手
设定到相应的扭矩值，由三臂台车或吊车加吊篮作为作业平台，两人协作，采用管子钳共同施加预应力。当锚杆达到预定应力，扭力扳手达到预设扭矩值时，扭力扳手会发出“咔哒”的响声。
5.3 注浆
采用专用螺旋砂浆泵进行注浆，该泵的优点在于注浆压力和流量可调节，压力动脉小，注浆压力和流量均匀，使用16t汽车起重机配合人工注浆。注浆时，利用排气管注浆，中空杆体排气，直至中空杆体流出浆液方可停止注浆。注浆时注意控制注浆压力和流量，以防止注浆管爆裂。
5.4 注浆密实度检测
注浆完成3天后，采用物探的方法对中空锚杆砂浆密实度进行检测，砂浆密实度不小于75%，且抽查合格率大于90%为合格。
6、质量控制
涨壳式中空预应力锚杆施工工序简单，需重点控制张拉工序。具体控制环节主要有以下几个方面：
对涨壳式预应力中空注浆锚杆杆体、水泥等重要材料，要求相关资料齐全，并进行进场抽检，以确保材质优良。
（2）三臂台车造孔是质量控制的关键环節之一，孔位必须经测量放样，并用红油漆标识。液压凿岩台车要选用经验丰富，责任心强的操作手，开钻前要认真调整好钻臂方向，确保孔向垂直岩面在开钻，钻杆匀速钻进，并不断加水冲洗岩粉。钻孔准确度高，不但确保了锚固效果，且确保插杆及承压垫板安装及张拉施工。
（3）杆体必须轻轻送入锚杆孔中，防止用力过大，涨壳锚固件途中涨开，影响锚固效果。锚杆孔口处采用水泥锚固剂平，垫板与岩壁充分接触，锚杆垂直于岩壁，使锚杆有更好的受力。
（4）张拉是最重要的环节，张拉严格按技术要求进行分级张拉，全过程严格监控，并做好详实细致的原始记录。张拉前首先对扭力扳手进行率定，率定合格后再用于张拉施工。施工过程中扭力扳手极易损坏，要求每周率定一次，确保张拉精度。
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（5）注浆要密实，注浆后改善弱面的力学性能，提高裂隙的粘聚力和内摩擦角，增大岩体内部块间相对位移的阻力，使破碎岩块重新胶结成整体，形成承载结构，提高围岩的整体稳定性，充分发挥围岩的自稳能力。
7、结语
通过工艺试验和施工过程的总结，笔者认为涨壳式锚杆最大的优点在于能在第一时间迅速进行张拉，对支护部位的稳定及早发挥作用。要做好涨壳式锚杆的施工，就应在锚杆施工过程中，严格控制施加的预应力是否满足设计要求。为保证钢垫板平高强锚固砂浆的强度，防止出现裂纹，平前需要对垫板周围围岩清洗并对平高强锚固砂浆进行洒水养护，待速凝高强锚固砂浆强度达到30MPa（6h以上）后即可终止养护。注浆应饱满，随时对注浆过程进行监控，确保注浆效果，以充分改善岩体的整体性能。
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作者简介：刘培（1983-），男，工程师，长江勘测规划设计研究有限责任公司，长期从事水利水电工程施工管理工作
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