CN106907169A - 一种压力分散型锚索及其在特大断面隧道支护中的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种压力分散型锚索及其在特大断面暗挖隧道支护中的施工方法，属于工程技术领域，包括钢绞线、对所述钢绞线辅以张拉的锚锁、使钢绞线划分为自由段和锚固段的压力分散装置，所述自由段连接于所述锚锁，所述锚固段由至少两个锚固单元组成，所述锚固段的两端、及相邻的两个锚固单元之间均设置有所述的压力分散装置；所述压力分散装置由紧固板、紧固螺杆、P型锚具组成。本发明压力分散型锚索是一种新型的支护技术，目的就是控制岩体的变形，尤其是控制层状岩体蠕滑时，能够有效确保工程岩体的安全运行。

Description

一种压力分散型锚索及其在特大断面隧道支护中的施工方法

技术领域

本发明属于工程技术领域，具体涉及一种压力分散型锚索及其在特大断面隧道支护中的施工方法。

背景技术

根据国际隧道协会(ITA)对隧道断面积大小定义，大于100m²称为特大断面隧道，随着我国交通建设事业的迅猛发展，涌现了许多特大断面隧道，例如北京地铁七号线双井站断面面积320m²，沈阳地铁二号线北站断面为340m²，重庆轻轨二号线大坪车站断面为430m²、临江门车站断面为420.9m²，重庆轻轨三号线红旗河沟车站B型断面面积730m²。地铁暗挖车站初期支护形式多种多样，而采用安全型压力分散锚索作为暗挖初期支护的一部分情况极少存在，该技术可有效地控制隧道侧壁岩土体的变形，尤其是围岩存在滑层的情况下，该技术对于保证隧道开挖和紧临建构筑物的安全意义重大。但由于安全型压力分散锚索抗拔力受地层条件、材料强度、张拉机具等影响较大，容易出现锚固力不足的现象，导致隧道侧壁变形、地表下沉，变形过大会造成周边建构筑物结构破坏，影响其正常使用，变形严重时甚至会造成塌方。因此，施工中确保锚索锚固力达到设计值无疑对隧道施工的安全性有重大影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种压力分散型锚索及其在特大断面隧道支护中的施工方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种压力分散型锚索，包括钢绞线、对所述钢绞线辅以张拉的锚锁、使钢绞线划分为自由段和锚固段的压力分散装置，所述自由段连接于所述锚锁，所述锚固段由至少两个锚固单元组成，所述锚固段的两端、及相邻的两个锚固单元之间均设置有所述的压力分散装置；所述压力分散装置由紧固板、紧固螺杆、P型锚具组成，所述紧固板为两个，套设于所述钢绞线上，所述紧固螺杆用于支撑连接两个间隔分布的所述紧固板，在两个紧固板之间设置有分别靠近于该两个紧固板并套装在钢绞线上的所述P型锚具。

进一步，所述钢绞线为套装有PE管的无粘结钢绞线，其根数为选取4～16中的偶数，且多根钢绞线相对于所述压力分散装置的紧固板径向上呈圆环形均匀间隔布置。

进一步，所述压力分散装置还包括位于两个紧固板之间并套设于P型锚具外的密封罩，所述密封罩内填充有防腐油脂；所述钢绞线在靠近紧固板且相对于该紧固板与密封罩异侧缠绕有密封胶带。

进一步，所述锚索还包括在钢绞线远离锚锁的一端压力分散装置上设置有锥形导向帽。

进一步，所述钢绞线的自由段上套装有多个呈等距间隔分布的定位器。

进一步，所述锚锁由锚头、承压板、盖板、斜铁、垫板、钢管组成，垫板与盖板之间设置钢管和斜铁，盖板背离钢管的一面依次设置承压板和锚头，钢管用于套装所述的钢绞线，锚头用于锚固所述的钢绞线，斜铁用于支撑所述的钢管。

本发明还提供利用上述压力分散型锚索在超大断面暗挖隧道中的施工方法，该施工方法采用逆作法施工、且分段分层施作，即开挖一段施作锚索一段，具体包括如下步骤：

步骤1)、开挖隧道土体至顶排锚索标高，安装、张拉并锁定所述的顶排锚索；

步骤2)、继续土体开挖至二排锚索标高，安装、张拉并锁定所述的二排锚索；

步骤3)、重复步骤2)进行土体开挖及下排锚索施作，直至隧道开挖至设计标高。

优选的，各排的锚索在安装完成后，采用两次注浆法对钢绞线进行锚固段注浆，一次注浆材料采用灰砂比为1:0.5～1:1的水泥砂浆，其注浆压力为0.5～1.5MPa；二次注浆材料采用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆，其注浆压力为2.5～3.0MPa。

优选的，各排的锚索在灌浆完成后，采用超张拉法对钢绞线进行自由段张拉锁定，其超张拉力值为设计张拉力值的1.1～1.2倍，分三次张拉作业施工，即第一次张拉作业力值为设计张拉力值的1/2，第二次张拉作业力值为设计张拉力值的1/3，第三次张拉作业力值至超张拉力值，且每次张拉作业完毕的稳时为4～6分钟。

优选的，各排的锚索在张拉并锁定完成后，对钢绞线进行自由段注浆，注浆材料采用水灰比为0.45～0.5的水泥浆，其注浆压力为2.5～3.0MPa。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明安全型压力分散锚索是一种新型的支护技术，目的就是限制岩体的变形，尤其是在存在顺层的地质中，能够有效确保工程的安全运行。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明锚索的结构示意图；

图2为本发明压力分散装置的结构示意图；

图3为本发明锚锁的结构剖面图；

图4为本发明定位器的结构示意图；

图5为本发明定位器在钢绞线上的布置图；

图6为本发明锚索在超大断面暗挖隧道中的布置图；

图7为锚索预应力变化监测实测曲线；

图8为补偿张拉后锚索监测轴力曲线图；

图9为提高锁定载荷与常规锁定载荷轴力监测曲线图；

附图标记：1-钢绞线，2-压力分散装置，3-锥形导向帽，4-定位器，5-锚锁，6-注浆管；其中，11-自由端，12-锚固段，12a-锚固单元Ⅰ，12b-锚固单元Ⅱ，12c-锚固单元Ⅲ，12d-锚固单元Ⅳ；21-紧固板，22-紧固螺杆，23-P型锚具；51-锚头、52-承压板、53-盖板、54-斜铁、55-垫板、56-钢管。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图下图1-4所示，本发明的一种压力分散型锚索，由钢绞线1、对钢绞线辅以张拉的锚锁5和使钢绞线划分为自由段11和锚固段12的压力分散装置2，所述自由段11连接于所述锚锁5，所述锚固段12由至少两个锚固单元组成，本实施例中，锚固单元为四个，分别为锚固单元Ⅰ12a，锚固单元Ⅱ12b，锚固单元Ⅲ12c，锚固单元Ⅳ12d，这样，本锚索就构成4(锚固单元)+1(自由段)的五道预应力锚索；所述锚固段12的两端、及相邻的两个锚固单元之间均设置有所述的压力分散装置2；该压力分散装置2由紧固板21、紧固螺杆22、P型锚具23组成，所述紧固板21为两个，套设于所述钢绞线1上，所述紧固螺杆22用于支撑连接两个间隔分布的所述紧固板21，在两个紧固板21之间设置有分别靠近于该两个紧固板21并套装在钢绞线1上的所述P型锚具23。通过采用上述方案，本发明安全型压力分散锚索是一种新型的支护技术，目的就是限制岩体的变形，尤其是在存在顺层的地质中，能够有效确保工程的安全运行。

本实施例中，所述钢绞线1为套装有PE管的无粘结钢绞线，其根数为选取4～16中的偶数，且多根钢绞线1相对于所述压力分散装置2的紧固板21径向上呈圆环形均匀间隔布置。

本实施例中，所述锚锁5由锚头51、承压板52、盖板53、斜铁54、垫板55、钢管56组成，垫板55与盖板53之间设置钢管56和斜铁54，盖板53背离钢管56的一面依次设置承压板52和锚头51，钢管56用于套装所述的钢绞线1，锚头51用于锚固所述的钢绞线1，斜铁54用于支撑所述的钢管56。垫板55与盖板53之间的空隙可用M40水泥砂浆填充。

在另一实施例中，所述压力分散装置2还包括位于两个紧固板21之间并套设于P型锚具23外的密封罩24，所述密封罩24内填充有防腐油脂；所述钢绞线1在靠近紧固板21且相对于该紧固板21与密封罩24异侧缠绕有密封胶带25。

在另一实施例中，所述锚索还包括在钢绞线远离锚锁的一端压力分散装置上设置有锥形导向帽3。这样，当下锚困难时可在锚固段前端安置锥形导向帽以便下锚顺利。

在另一实施例中，所述钢绞线的自由段上套装有多个呈等距间隔分布的定位器4。其自由段采用安置定位器的结构形式，使钢绞线在锚孔内居中，从而使得钢绞线有均一的保护层厚度，其定位器的间距为2m。此外，定位器与钢绞线束间只能楔紧，不能焊接。

本发明还提供了一种压力分散型锚索及其在特大断面隧道支护中的施工方法，该施工方法采用逆作法施工、且分段分层施作，即开挖一段施作锚索一段，具体包括如下步骤：

步骤1)、开挖隧道土体至顶排锚索标高，安装、张拉并锁定所述的顶排锚索；

步骤2)、继续土体开挖至二排锚索标高，安装、张拉并锁定所述的二排锚索；

步骤3)、重复步骤2)进行土体开挖及下排锚索施作，直至隧道开挖至设计标高。

需要说明的是，锚索以基岩滑坡体为锚固段，要求锚索自由段长度不小于5m。钻孔过程中，若塌孔，应采用增设钢套管的方法处理，要求锚固段周围岩体均为完整岩体。另外，锚索施工前必须做锚索基本实验，要求基岩滑坡体与锚固体粘结强度标准值不小于400kPa。

上述方法中，各排的锚索在安装完成后，采用两次注浆法对钢绞线进行锚固段注浆，一次注浆材料采用灰砂比为1:0.5～1:1的水泥砂浆，其注浆压力为0.5～1.5MPa；二次注浆材料采用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆，其注浆压力为2.5～3.0MPa。

上述方法中，各排的锚索在灌浆完成后，采用超张拉法对钢绞线进行自由段张拉锁定，其超张拉力值为设计张拉力值的1.1～1.2倍，分三次张拉作业施工，即第一次张拉作业力值为设计张拉力值的1/2，第二次张拉作业力值为设计张拉力值的1/3，第三次张拉作业力值至超张拉力值，且每次张拉作业完毕的稳时为4～6分钟。

上述方法中，各排的锚索在张拉并锁定完成后，对钢绞线进行自由段注浆，注浆材料采用水灰比为0.45～0.5的水泥浆，其注浆压力为2.5～3.0MPa。

现根据某工程具体介绍下本发明。

地质情况，地质勘测资料显示，某地铁站埋深20～32.4m，隧道围岩主要为砂质泥岩夹砂岩，围岩基本分级为Ⅳ级，隧道左侧壁岩层面顺向临空，存在偏压，右侧壁J1裂隙顺向临空。该安全型压力分散锚索的承载力主要取决于锚固体的抗拔力，某地铁站周边建筑物及环境极其复杂，对基坑的变形、侧向位移量需严加控制，故本工程锚固体的承载力主要由变形控制。并通过施工前对安全型压力分散锚索进行抗拔性能试验作为检验设计各项数据和工程锚索施工的依据。

采用的锚索参数，隧道左右两侧采用型钢拱架支护+五道预应力锚索(以K17+193.942～DK17+353.942为例)，锚索间距3m×3m，左侧锚索与水平方向的夹角按25°设置，右侧锚索与水平方向的夹角按15°设置。左侧道锚索采用12股Φ15.2的无粘结型钢绞线，右侧道锚索采用8股Φ15.2的无粘结型钢绞线，，锚索钻孔孔径为Φ170mm，具体位置如图6所示。

锚索结构及装配，安全型压力分散锚索由自由段11和锚固段12组成，其中锚固段12分为四个锚固单元，因而每个锚固单元长度各不相同，在锚固段前端安置导向帽以便下锚顺利。定位器间距2000mm，安全型压力分散锚索结构构造大样图如图1所示，安全型压力分散装置构造如图2所示，锚具剖面如图3所示，安全型压力分散锚索具体类型见表1-1。

表1-1安全型压力分散锚索具体类型见表

锚索张拉锁定，当锚固体强度大于15.0MPa(7d)后，开始张拉锁定，隧道左侧锚索受拉设计值1600KN，锁定载荷800KN，锚索长度18.1m～29.8m不等，隧道右侧锚索受拉设计值1050KN，锁定载荷525KN，锚索长度13m～20.1m不等。

一、安全型压力分散锚索细化施工流程：整理工作面→测量组放线确定孔位→钻机就位→校正钻孔角度→钻孔→清孔→钻机撤出→锚索制作→锚索安装→清孔→注浆→张拉→锁定→二次注浆。其中，

1、钻孔

施工现场采用地质钻机进行钻孔施工，施工过程中严格控制倾角误差不超过±1°。

(1)一般要求

1)钻孔不得扰动周围底层。

2)钻孔水平及垂直方向孔距允许偏差位±50mm，钻头直径不应小于设计钻孔直径3mm。

3)钻孔轴线的偏斜率不应大于锚索长度的2％。

4)钻孔深度应超过设计长度0.5～1.0m。

5)钻孔要求孔壁顺直，钻孔直径170mm。

(2)钻孔精度要求

钻孔直径是为了满足施工和锚索的锚固性能的需要，直径过小容易造成施工困难或影响锚索性能，过大则会造成浪费，本工程中设计钻孔为下顷斜钻孔。向下倾斜钻孔，难免会在孔底聚集少量的废渣，这些碎屑将占据空内一定的深度，因此要钻孔延长，延长钻孔长度控制在0.5～1.0m。车站左线锚索向下角度为25度，右侧锚索向下角度为15度。锚索角度及长度见附图6。

(3)钻孔设备：钻孔机具的选择应该根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件等来选择钻孔设备。岩层中要用潜孔冲击成孔，在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中要用跟管钻进技术。

(4)锚孔清理与检验：钻进达到设计深度后，稳钻1～2分钟。在钻孔完成后，使用高压空气(风压0.2～0.4Mpa)将孔内岩粉及水体全部排出孔外。需经现场监理检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径钻头和标准钻杆在现场监理旁站的条件下验孔，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞贱尘碴及水体现象。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。(锚孔底部的偏斜应满足设计要求，可用钻孔测斜仪控制和检测。)

2、锚索制作与安装

(1)锚索编束前要确保每根钢绞线顺直，不扭不叉，排列均匀，严格按照设计尺寸下料，每股长度误差不大于±50mm，钢绞线严禁有接头，要用机械切割，严禁使用焊枪断料。锚索采用的钢绞线必须采用表面除污、除锈处理。锚索钢绞线应平直排列，沿杆体轴线方向每隔2m设置一个定位架，锚索具体构造见附图1。

(2)塑料套管：塑料套管的材质、规格和型号应满足设计要求，具有足够强度，保证其在加工和安装过程中不致损坏。避免剪断和接头，如有接头应绑接牢固并作密封处理，确保不产生拉脱和破损现象。塑料套管内径宜大于筋股外径5～10mm，确保穿套顺利、编束方便和防止张拉胀裂。塑料套管具有抗水性和化学稳定性，与水泥砂浆和防腐剂接触无不良反应。

(3)注浆管：注浆管应按设计要求留普通注浆管，并有足够强度，保证在注浆施工过程中注浆顺利，不堵塞、爆管或破损拉断。注浆管捆扎在锚筋体中轴部位，从承载体中间通过,普通绑在承载体边上,高压注浆钢管头部要伸入导向帽内并距锚筋体内末端宜为50～l00mm。管口要求用胶布封堵严实，并按设计要求预留花管孔眼和安放止浆装置。锚索体长度：锚索体长度严格按照设计要求制作，锚固段长度制作允许误差为±50mm，自由段长度除满足设计要求外，为充分考虑张拉设备和施工工艺要求，一般预留超长1.0～1.5m。

(5)锚索体检验：在锚索体制作完成后，进行外观检验和锚索体各部件检查。锚索编束绑架应符合设计要求，筋股顺直，不扭不叉，互不贴接,排列均匀，绑架牢固。锚索自由段防锈漆、防腐油和各项缠绕密封措施应符合设计要求，防锈漆刷盖均匀，不见黑底；防腐油完全覆盖和填充锚索材料与外环层之间的空间；缠绕密封牢固严实。锚索自由段塑料套管、注浆套管、隔离(对中)支架、以及导向尖壳绑扎捆回应符合设计要求，塑料套管绑扎稳固密塞，具有足够强度，外观完好，无破损修补痕迹；注浆管安装位置正确，捆扎匀称，松紧适度；隔离(对中)支架分布均匀、定位准确，绑扎结实稳固。并且，应按锚索体长度和规格型号进行编号挂牌，使用前需经现场监理工程师认可。

(6)锚索体的储存、运输与吊装：锚索体的储存、运输与吊装因地制拟定方案。

组装完成的锚索体应顺直地分开摆放在通风干燥处，露天储存或制作时，不得直接与地面接触，并采用覆盖措施。水平运输时，各支点间距不得大于2m，锚索体的弯转半径不宜太小，以不改变损伤钢筋体结构为限。垂直运输时，除主吊点外，其他吊点应使锚索体快速、安全脱钩。在运输和吊装过程中，细心操作，不得损伤锚索体及其防护介质和组成部件。

(7)锚索体安装：锚索体入放锚孔前，检查锚索体制作质量，确保锚索体组装满足设计要求，并经现场监理认可。锚孔内及孔外周围杂物要求清除干净。锚索体长度与设计锚孔浓度相符，锚索体应无明显弯曲、扭转现象，锚索防护介质无损伤，凡有损伤的必须修复。安放锚索体时，防止锚索体挤压、弯曲或扭转，锚索体入孔倾角和方位一致，要求平顺推送，严禁抖动、扭转和串动，防止中途散束和卡阻。锚索体入孔长度应满足设计要求，锚索体安装完成后，不得随意敲击，不得悬持重物。

3、锚索注浆

(1)水泥宜采用42.5级及以上普通硅酸盐水泥。

(2)锚索锚固段采用二次注浆法注浆。一次注浆采用水泥砂浆,严格按照试验配比执行，必要时可加入一定量的外加剂或掺合料，注浆压力宜为0.5～1.5MPa，注浆体强度不小于25MPa。待一次注浆形成的水泥结石体强度达到5.0MPa后进行二次注浆，二次注浆采用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆，必要时可加入一定量的外加剂或掺合料，注浆压力宜为2.5～3.0MPa，要稳压两分钟。二次注浆为劈裂注浆，其目的是再次向锚固段注浆，使第一次注浆体被劈裂，浆液在高压作业下向锚固体与地层的接触面之间扩散，使锚固体直径扩大，增加径向应力；由于挤压作用，使锚固体周围的地层受到压缩，孔隙比减小，含水量减小，提高了地层的抗剪强度指标以及锚索的承载力。为了使二次注浆达到设计效果，在一次注浆时必须将锚固段完全注满浆。

(3)注浆管宜放置于杆体中心，随杆体一同放入孔中，注浆管的出浆口应插入距孔底300～500mm处，浆液自下而上连续灌注，且确保孔内顺利排水、排气。二次注浆管的出浆孔及端头应密封，保证一次注浆时浆液不进入二次注浆管内。

(4)杆体安放时应防止注浆管被拔出，若注浆管被拔出长度超过500mm时，应将杆体拔出，修整后重新安放。

(5)注浆过程中，若发现注浆量大大减少或注浆管爆裂时，应将杆体及注浆管拔出，待更换注浆后，在下放杆体；若中途耽搁时间超过浆液初凝时间，应重新清孔后再下放杆体，重新注浆。

(6)注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，并在初凝前用完，禁止石块、杂物混入浆液。

4、锚索腰梁的施工

锚索注浆结束后，立即进行锚索腰梁施工。锚索腰梁和钻孔灌注桩之间采用植筋的方法进行连接，采用组合钢模板制模，钢管扣件加固模板，混凝土采用泵车入模，插人式振捣棒振捣混凝土。锚索腰梁混凝土采用C30混凝土，坍落度120±10mm。为尽快张拉锚固，保障工程进度，混凝土中掺加早强剂。腰梁制作时应把锚索用PVC管套装，以免钢筋混凝土与钢铰线粘结。

5、锚索的张拉锁定封锚

张拉机具检测合格后，按照检测报告给定的方程式换算出实际显示值。

(1)锚索灌浆后，在锚固体及腰梁混凝土强度达90％以上时进行张拉锁定。锚索张拉宜采用超张拉法，超张拉力值为设计拉力值的1.1～1.2倍，分三次张拉作业施加。第一次张拉作业力值为设计张拉力值的1/2，第二次张拉作业值为设计张拉力值的1/3，第三次张拉作业直至超拉力值，每级张拉完毕稳时5分钟。

(2)张拉时锚索体受力要均匀。

(3)为避免相邻锚索张拉后的应力损失，宜采用“跳张法”即隔一拉一得方法进行锚索张拉施工；若发现有明显预应力损失，应及时进行补偿张拉。

(4)锚索张拉锁定后，进行自由段的注浆，注浆材料同锚固段。

(5)锚索张拉锁定后，须用机械切割余露锚索，严禁电弧烧割，并应留长5～10cm外露锚索，以防拽滑。最后用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，并按设计要求封锚处理，采用C25细石混凝土包住锚头，防止锈蚀和兼顾美观。

二、锚索张拉及锁定过程中，在锚固段注浆时预留浆体试样，当强度大于15.0MPa(7d)后，开始张拉锁定。张拉采用OVM锚具配套的穿心式千斤顶。按照《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》(GB 50086-—2015)[5]的有关规定，张拉的方式按照如下方式进行：

①消除差异载荷增量

取10％～20％的设计张拉荷载。对其预张拉1～2次,使其各部位接触紧密,钢绞线完全平直。压力分散锚索,各单元锚索长度不同,张拉应注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉,根据设计荷载和锚筋长度计算确定差异荷载,并根据计算的差异荷载进行分单元张拉,其张拉顺序为：第一单元锚索→第二单元锚索→第三单元锚索→第四单元锚索。即先长单元后短单元。

安全型压力分散锚索各单元差异伸长量和差异荷载增量计算公式如下：

(1)差异伸长量：

△Ln-n+1＝△Ln-△Ln,△Ln＝(σLn)/E

△Ln+1＝(σLn+1)/E,σ＝P/A

(2)差异荷载增量：

△Pn＝(2EA△Ln-n+1)/L₁

△Pn+1＝{(EA△Ln+1-n+2)/Ln+1+(E_A△Ln+1-n+2)/Ln}×2

其中：Ln、—分别为第n单元锚索的长度，且Ln>Ln+1>Ln+2；

△Ln—各单元锚索在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的差异伸长量；

σ—给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束荷载；

A—单根钢绞线束的截面积(A＝140mm2)；

E—钢绞线的弹性模量(取E＝1.97×105MPa)；

△Pn—分步差异张拉之第一、二步级张拉荷载增量。

根据千斤顶与油压表标定时检测数据知其一次线性方程：P＝0.03339*F-0.047

式中：F-标准力值KN，P-压力表示值MPa

确定消除差异载荷增量油表张拉读数值见表2-1(以隧道左右线第一层锚索为例)

表2-1油表张拉读数值统计表(消除差异载荷增量)

将第一单元拉至分步荷载的对应荷载(第一张拉组张拉单元的差异荷载)，然后再与第二单元一起拉至第二单元对应荷载(第二张拉组张拉单元的差异荷载)，然后再与第三单元一起拉至第三单元对应荷载(第三张拉组张拉单元的差异荷载)；

此时加上第四单元锚索，进入循环加载张拉。

②循环加载张拉

锚索的预应力在补足差异荷载后分5级按有关规范或规定施加,即设计荷载的25％、50％、75％、100％、及110％，张拉时每级荷载稳定2～5min，最后一级荷载应稳定10～15min后卸荷锁定。并分别记录每级张拉时钢绞线的伸长量和受力情况，核实伸长与受力值的相符性。锚索锁定后48小时内,若发现明显的预应力损伤现象,则应及时进行补偿张拉。具体张拉锁定载荷见表3-1。

表3-1张拉锁定载荷表(以隧道左右线第一层锚索为例)

三、基本试验，值得一提的是，锚索施工前必须做锚索基本实验，以确定基岩滑坡体与锚固体粘结强度标准值，本设计要求基岩滑坡体与锚固体粘结强度标准值不小于设计要求的400kPa。本工程试验载荷取424KN进行，试验结果满足设计要求后，方才进行锚索后续施工。

四、安全型压力分散锚索应力损失：

①张拉、锁定对预应力损失的影响

从表4-1中的监测结果可以看出，安全型压力分散锚索在张拉锁定后都表现出一定的预应力损失。当张拉结束后，对锚索进行锁定时安装的锚具夹片会在锚索收缩时被拉入导致一定的锁定预应力损失。

表4-1锚索张拉、锁定检测数据

②预应力大小对预应力损失的影响

为了分析预应力大小对预应力损失的影响，统一对监测成果进行整理。为了使结果有可比性，对损失率进行重新定义，新的损失率定义为测力计载荷和锁定载荷差值与锚索预应力张拉吨位值之比，其结果如表4-2。从表4-2可以看出，800kN级锚索与525kN级锚索相比，800级锚索预应力损失平均值为15.5kN,而525N级锚索的预应力损失平均值为11.33kN，其相应损失率则为1.92％和2.16％。可以看出，高吨位的预应力锚索尽管其损失值较大，但是损失率却较低。

表4-2锚索损失率数据

③锚索材料松弛对预应力损失的影响

锚索在巨大的张拉预应力作用下会发生变形，从而产生松弛损失，在锚索长度不变的情况下，随着时间增长将引起钢绞线内部应力的损失，它是预应力锚索体系产生预应力损失的主要原因。

④施工因素对预应力损失的影响

锚索施工工程中不可避免地要导致锚索预应力的损失，如锚索外锚段封孔注浆、钻孔倾斜等。当外锚段封孔注浆时，由于注浆体温度比锚索温度高，导致锚索体膨胀，致使预应力减少。同时，该部分应力损失与岩体的裂隙度也有很大的关系，如果此段岩体中的裂隙较多，注浆时浆体充填岩体中裂隙，导致岩体发生膨胀变形，反而会使预应力有所提高。锚索施工中钻孔发生倾斜是不可避免的，但过大的倾斜则导致锚索预应力的损失。现场试验表明，钻孔的孔斜率越大，则锚索预应力损失也越大。

⑤预应力损失变化规律

通过工程实例的监测结果分析，锚索锚固锁定后预应力的变化一般都经历三个阶段，如图7。

第一阶段预应力快速损失阶段：在此阶段，锚索预应力快速损失，其损失值仅次于锁定损失，而且持续时间较短，岩性较好的硬岩，持续时间一般为二周左右。

第二阶段预为预应力波动变化阶段：从现场监测的锚索预应力变化曲线都可以发现预应力波动变化阶段。其变化特征表现为预应力值高频低幅波动。究其原因主要是岩体和锚索在内部应力调整，产生压缩、回弹的反复工程，从而导致锚索预应力出现变化。此阶段的持续时间般为3周左右。

第三阶段为平稳变化阶段：此阶段预应力变化的规律比较平稳，虽然一般呈现下降的趋势，但下降幅值一般都不是很大，究其原阅主要是岩体在锚索锚固作用下的变形已经趋于稳定变形，且变形量不大。

五、锚索预应力的补偿

通过以上对锚索预应力损失和变化规律的分析，针对不同的影响因素采用不同的措施来补偿锚索预应力的损失。

1、合理选择材料及设备

①选用低松弛高强度无粘结钢绞线，该材料在不同的破断负荷下的应力损失都比普通钢绞丝的应力损失小的多，随着时间增长钢绞线内部应力的损失相对普通钢筋线小的多。

②选择合理的钻孔设备，尽可能减低钻孔的孔斜率。

2、选择适当的张拉方式

从上面的分析可以看出，锚索在张拉和锁定中存在比较大的预应力损失，因此，在对锚索张拉和锁定的工作中应该选择合适的时间对其进行张拉和锁定。现场实践证明，对锚索体进行必要的超张拉和反复超张拉可以大大减少预应力的损失。同时，在锚索锁定后可以对其进行补偿张拉来弥补应力损失，但是补偿张拉时间不宜拖得太长，而且补偿的次数越多，效果越好。本工程对锚索进行两次补偿张拉后，如图8所示，可补偿锚索应力损失的90％以上。

3、适当提高张拉锁定值

根据上述预应力大小对预应力损失的影响中分析，适当提高锚索张拉时锁定值大小，有利于减低锚索轴力损失百分比。并根据图9分析结果，安全型压力分散锚索施工过程中，需首先选取好材料设备，做好锚索基本试验，分析锚索的预应力影响影响因素，通过控制张拉锁定载荷，及时进行补张拉等方法，确保后期锚索应力稳定。

安全型压力分散锚索是一种新型的支护技术，目的就是限制岩体的变形，尤其是在存在顺层的地质中，能够有效确保工程的安全运行。影响安全型压力分散锚索支护效果的因素主要是地质条件、锚索的锚固段长度以及拉杆材料的力学性质等。而锚索所提供的锚固力是直接影响工程安全稳定的因素，因此，对锚索安全型压力分散锚索应力损失的研究是非常有意义的课题，直接影响其锚固效果的好坏。本文通过对影响锚索预应力变化因素的分析，初步确定了影响锚索预应力损失的因素，并提出了相应的补偿措施，为车站暗挖工程压力分散型锚索设计具有一定参考意义。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种压力分散型锚索，包括钢绞线(1)以及对所述钢绞线辅以张拉的锚锁(5)，其特征在于，还包括压力分散装置(2)，使钢绞线划分为自由段和锚固段；所述自由段连接于所述锚锁，所述锚固段由至少两个锚固单元组成，所述锚固段的两端、及相邻的两个锚固单元之间均设置有所述的压力分散装置；

所述压力分散装置由紧固板(21)、紧固螺杆(22)、P型锚具(23)组成，所述紧固板为两个，套设于所述钢绞线上，所述紧固螺杆用于支撑连接两个间隔分布的所述紧固板，在两个紧固板之间设置有分别靠近于该两个紧固板并套装在钢绞线上的所述P型锚具。

2.根据权利要求1所述的压力分散型锚索，其特征在于，所述钢绞线为套装有PE管的无粘结钢绞线，其根数为选取4～16中的偶数，且多根钢绞线相对于所述压力分散装置的紧固板径向上呈圆环形均匀间隔布置。

3.根据权利要求1所述的压力分散型锚索，其特征在于，所述压力分散装置还包括位于两个紧固板之间并套设于P型锚具外的密封罩(24)，所述密封罩内填充有防腐油脂；所述钢绞线在靠近紧固板且相对于该紧固板与密封罩异侧缠绕有密封胶带(25)。

4.根据权利要求1所述的压力分散型锚索，其特征在于，所述锚索还包括在钢绞线远离锚锁的一端压力分散装置上设置有锥形导向帽(3)。

5.根据权利要求1所述的压力分散型锚索，其特征在于，所述钢绞线的自由段上套装有多个呈等距间隔分布的定位器(4)。

6.根据权利要求1所述的压力分散型锚索，其特征在于，所述锚锁由锚头(51)、承压板(52)、盖板(53)、斜铁(54)、垫板(55)、钢管(56)组成，垫板与盖板之间设置钢管和斜铁，盖板背离钢管的一面依次设置承压板和锚头，钢管用于套装所述的钢绞线，锚头用于锚固所述的钢绞线，斜铁用于支撑所述的钢管。

7.一种压力分散型锚索在特大断面暗挖隧道支护中的施工方法，其特征在于，利用如权利要求1-6任一项所述的锚索，所述施工方法采用逆作法施工、且分段分层施作，即开挖一段施作锚索一段，包括如下步骤：

步骤1)、开挖隧道土体至顶排锚索标高，安装、张拉并锁定所述的顶排锚索；

步骤2)、继续土体开挖至二排锚索标高，安装、张拉并锁定所述的二排锚索；

步骤3)、重复步骤2)进行土体开挖及下排锚索施作，直至隧道开挖至设计标高。

8.根据权利要求7所述的压力分散型锚索在超大断面暗挖隧道中的施工方法，其特征在于，各排的锚索在安装完成后，采用两次注浆法对钢绞线进行锚固段注浆，一次注浆材料采用灰砂比为1:0.5～1:1的水泥砂浆，其注浆压力为0.5～1.5MPa；二次注浆材料采用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆，其注浆压力为2.5～3.0MPa。

9.根据权利要求8所述的压力分散型锚索在超大断面暗挖隧道中的施工方法，其特征在于，各排的锚索在灌浆完成后，采用超张拉法对钢绞线进行自由段张拉锁定，其超张拉力值为设计张拉力值的1.1～1.2倍，分三次张拉作业施工，即第一次张拉作业力值为设计张拉力值的1/2，第二次张拉作业力值为设计张拉力值的1/3，第三次张拉作业力值至超张拉力值，且每次张拉作业完毕的稳时为4～6分钟。

10.根据权利要求9所述的压力分散型锚索在超大断面暗挖隧道中的施工方法，其特征在于，各排的锚索在张拉并锁定完成后，对钢绞线进行自由段注浆，注浆材料采用水灰比为0.45～0.5的水泥浆，其注浆压力为2.5～3.0MPa。