悬索桥复合式隧道锚碇施工工法

悬索桥复合式隧道锚碇施工工法

1．前言

悬索桥是特大跨径桥梁中最主要的桥梁型式，一般来说其经济跨径为500m以上，适用于宽阔的海湾、水深流急的江河和大跨度的山区山谷、峡谷等。

锚碇是悬索桥的主要承重结构，要抵抗来自主缆的拉力，并传递给地基基础。锚碇按结构形式可分为重力式锚碇和隧道式锚碇。重力式锚碇依靠其巨大自重来抵抗主缆的垂直拉力，一般要求地基具有较大的承载力，水平分力则由锚碇与地基间的摩擦力或嵌固力来抵抗；隧道式锚碇则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩，只适合在基岩坚实完整的地区。为了在地质条件较差的桥位处也能采用隧道式锚碇，近年来在我国悬索桥设计中，出现了一种在隧道式锚碇的锚体后方增加一定数量岩锚的隧道式锚碇，这些附加的岩锚进一步将主缆的拉力传递给更深层的基岩，分担了主缆部分拉力，从而提高了在地质条件较差的桥位处隧道式锚碇的锚固能力，扩大了隧道式锚碇的应用范围。这种在锚体后方增加岩锚的隧道式锚碇，称之为复合式隧道锚碇。复合式隧道锚碇是一种新型的悬索桥锚固方式，由于其结构型式的变化，使这种锚碇的施工过程更加复杂化，出现了许多新的施工工艺、技术和方法。

《一种隧道式锚碇洞室的开挖爆破方法》获国家发明专利、《悬索桥复合式隧道锚碇施工技术》获2004年度广东省中山市科学技术进步二等奖及广东省科技三等奖、中国路桥集团科技进步二等奖、2005年第三届西安丝绸之路国际科技论坛优秀论文，《减少斜式隧道锚超挖》获2003年全国“金圣杯”QC成果发表赛二等奖、《确保锚塞体混凝土不产生裂缝》获2004年全国“玉柴杯”QC成果发表赛一等奖及2004年“全国优秀质量管理小组”奖、《提高悬索桥预应力锚固系统形成精度》获2004年“全国工程建设优秀质量管理小组”奖、万州二桥获2008年度国家优质工程银质奖。

2．工法特点

2.1工法使用功能简介

隧道式锚碇相对于重力式锚碇有巨大的经济效益，主要适用于地质情况良好的地方。复合式隧道锚由于岩锚存在分担了主缆部分拉力，能适用于基岩情况较差的

地方，能克服不良地质的影响。

2.2施工方法上的特点

2.2.1地质条件较差的隧道锚开挖选用微台阶开挖法，整个开挖均采用光面爆破，非电毫秒差控制爆破技术，能够很好地控制开挖断面尺寸。

2.2.2洞口软弱围岩地段及洞身岩溶强发育地段，采用超前锚杆加固拱部软弱岩体，能确保围岩稳定和施工安全。

2.2.3初期支护伴随着锚碇开挖的进度进行，开挖一段支护一段。

2.2.4洞室二衬施工在初衬完工后进行，采用支架法施工。

2.2.5岩锚采用拉压分散型锚索，能有效提高抗拔力。

2.2.6预应力系统安装是隧道式锚碇施工中精度要求最高的一项工作，大体积混凝土施工是其中难度较大的一道工序。

3．适用范围

本工法适用于岩体整体稳定性好的山区悬索桥隧道式锚碇，尤其是地质条件较差的复合式隧道锚碇的施工。

4．工艺原理

4.1复合式隧道锚碇的工作原理

悬索桥复合式隧道锚碇的锚体嵌入基岩内，锚体后方增加一定数量的岩锚，将主缆中的拉力传递给锚体周边围岩和锚后更深层岩体，从而提高了在地质情况较差的桥位处隧道式锚碇的锚固能力。

复合式隧道锚的传力途径为：

→周边围岩

主缆索股→调节拉杆→锚固连接→锚体―

→岩锚→更深层岩体

4.2预应力锚固系统的构造

预应力锚固系统包括岩锚、定位钢支架、锚塞体预应力锚固体系。锚塞体预应力锚固系统由拉杆、索股锚固连接器和P型预应力锚等组成，锚塞体预应力锚固体系通过联结器和岩锚连接，如图4.2所示。

图4.2 锚固系统示意图

4.2.1岩锚施工

1、岩锚概念

岩锚，即岩土锚固，是一种将受拉锚杆埋入地层，利用锚杆周边岩体强度，进而加固岩面或者使结构物在岩面上牢固生根的技术。将岩锚应用于隧道式锚碇中是一种创新。

2、岩锚的分类

预应力岩锚的锚固方式按锚杆周边灌浆体和岩体的传力形式可分为：受拉型、受压型、拉压分散型，如图4.2.1所示。

拉力型锚索

压力型锚索

拉压分散性锚索

图4.2.1 岩锚的锚固方式

1）受拉型岩锚锚索周围灌浆体处于受拉状态，整个锚固段的应力分布很不均匀，锚固段顶部应力最大，其峰值剪应力可达到平均剪应力的4～8倍，向下逐步减小，因而拉伸裂缝和剥离现象首先出现在顶端。

2）在受压型岩锚中，荷载是通过承载板传递压应力，在这种情况下，水泥砂浆体处在受压状态，但锚固段内的应力分布仍不均匀，承载板处压应力最大，向上逐步减小。

3）将以上两种锚固型式的缺点进行改进，发展成拉压分散型锚索，或称为复合型岩锚锚索。在这种岩锚锚索结构中，锚固段受力最为均匀，当锚索承受荷载后，在锚固段拉应力依靠锚索和水泥砂浆体之间的粘结分段传递，压应力由承载板分段向水泥砂浆体传递，并将荷载传递给周围的岩体。复合型岩锚使荷载分散作用于整个锚固段长度上，而不是集中作用于其上部或下部，因此改善了锚固段的受力状态，使应力分布趋向均匀，并使最大应力值显著减小。这样在使用荷载条件下，可以防止岩锚中水泥砂浆体和周围岩体内产生裂缝或发生剥离现象。研究表明，就岩锚发生塑性滑移前的抗拔能力而言，采用压力型岩锚比拉力型岩锚可提高21.5%，而采用拉压分散型岩锚，则可使抗拔能力提高57.0%。

4.2.2锚塞体定位钢支架安装

锚塞体定位钢支架主要用于准确定位各根预应力管道的空间位置，同时又作为劲性骨架加固锚体。为保证预应力管道空间位置的精确性，其安装精度要求也较高。

4.2.3锚塞体预应力锚固体系施工

锚塞体预应力体系是整个悬索桥的生命线，精度要求十分严格，必须采用三维空间坐标精确逐个定位，并进行认真的检查核对。

4.3锚塞体混凝土浇筑

4.3.1锚塞体大体积混凝土需采取温控措施

一般单个锚塞体的混凝土方量都比较大，故应采取严格的温控措施以防止混凝土温度裂缝的产生。

4.3.2需对混凝土收缩进行补偿

隧道锚的锚塞体要求与周围基岩紧密结合，以便将悬索桥主缆的巨大拉力传递到基岩，为了防止混凝土收缩使锚体与基岩产生分离，在隧道锚碇内锚体混凝土施工时，应在混凝土中掺入适量的膨胀剂，对混凝土收缩进行补偿，增强锚体混凝土与周围基岩的紧密联系。