特大桥隧道式锚碇开挖及支护施工技术

（路桥华南工程有限公司）

摘 要：本文重点介绍沪蓉西高速公路四渡河特大悬索桥隧道式锚碇开挖及支

护施工技术，为国内外尚未成熟的隧道式锚碇在以后的施工中提供借鉴。

关键词：隧道锚碇 开挖 科研 施工技术

一、 前言

悬索桥作为一种大跨河谷的桥型，具有其它桥型无法相比的大跨度优势，目前正在被大力推广及应用。而作为新兴的桥型，其施工技术也有待成熟和完善。悬索桥的锚碇有重力式及隧道式锚碇两种。而重力式锚碇，由于其土石方开挖量大，砼方量相应较大的不利因素影响，因此，在西部大开发的大环境下，针对西部特有的山区围岩较好的优势，隧道式锚碇的优化设计及科学化也是备受桥梁界关注。隧道式锚碇的开挖和支护具有常规隧道施工的特点，但又有着与常规隧道施工不同的地方­——倾斜且为变截面这一特定的结构形式，且具有较高的设计要求，使其施工难度远大于一般隧道的施工。

四渡河特大桥所处区域地质为典型的岩溶地质，结合祥勘地质数据，该桥宜昌岸设计采用隧道式锚碇，为了更好地将科技与实践的有机结合，成功地完成了国内目前最全面的模型拉拔试验，为优化设计变更提供了数据依据；也是第一次较完善地采用地质雷达，对隧道式锚碇开挖断面周围围岩进行探测，为围岩加固提供了科学依据；为了长期监测该桥的健康营运情况，隧道锚增设了健康监测设备，该部分设备正在随施工的进展而同步进行安装。

桥址所处位置为深切峡谷，地势陡峭，坡度达80°，桥面至谷底有500多米的高差。在隧道式锚碇的正下方约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30～50cm不等，裂隙较发育，为典型的岩溶地质，该隧道式锚碇的开挖坡度大，施工难度也随坡度的增

大而变的十分困难。 二、 工程概况

四渡河特大桥宜昌岸锚碇设鞍室、锚体及后锚室三部分。锚碇开挖最小断面为9.8×10.9m，最大开挖断面为14×14m，洞轴线水平方向倾角为35°，洞斜向长度左锚为71.14m，右锚为66.2m，锚体都为40m，锚体后面设2.2m的后锚室，后锚室部分为水平开挖。整个锚碇开挖方量约为20400m3。

鞍室及后锚室部分为恒截面开挖，锚体部分为变截面开挖，呈一喇叭形状，断面由小变大，尺寸各不相同，顶拱开挖坡度为33°，底板开挖坡度为37°，整个锚体为一急倾斜洞，开挖坡度较陡。

为了增大锚塞体与围岩的锚固应力，原设计较普通隧道增设了反向齿坎，每4m一道，一个锚塞体设置10道。齿坎尺寸为350cm×87.5cm，由于围岩裂隙发育，施工无法确保其齿坎尺寸，后变更设计为增设Φ32结构锚杆。

该锚碇的鞍室及后锚室部分的支护采用二次支护结合1mm厚EVA/ECB复合防水板（加300g/m2厚无纺布）及RH-5复合防水剂，初次支护为锚网喷加钢拱架柔性支护方式，二次支护为现浇钢筋砼支护，复合防水板及复合防水剂先于二次支护施工，二次支护设置纵横向排水管。锚体仅采取初次支护，且仅采用常规的锚网支护形式。在锚体开挖完成后，根据该典型的岩溶地质环境，在设计的要求下进行地质雷达、地质面波及地质CT探测，根据探测的结果进行4.5m（外露50cm）长的结构锚杆施工，以加强围岩的稳定性及增强锚体的受力能力。 三、 开挖支护施工

四渡河特大桥宜昌岸隧道式锚碇开挖在开始阶段分上、中、下三个台阶开挖，施工过程中，由于该锚碇正处于公路隧道的正上方且竖向距离仅约23m，考虑到开挖爆破的相互影响，惟恐对结构间围岩造成扰动，将中下台阶合并成一个台阶开挖，以减少爆破次数，并形成一个10～15长的水平工作平台。整个拱圈部分为一个上台阶，开挖过程中先对上台阶超前引进，直墙部分落后4.5M跟进，开挖时采用短进尺钢拱架和锚网喷支护紧跟随的形式进行施工。工

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作面布置形式如图1所示。

图1锚碇开挖工作面示意图

锚碇的整个开挖均采用微台阶光面爆破开挖法。上台阶高度为3m（即整个拱部），每个循环为1.5m，上台阶在掘进4.5m后，开始中下台阶的开挖，中下台阶开挖的每个循环为3m，即在整个工作面展开后，上台阶在第二次循环钻孔时，同时进行中下台阶的钻孔布炮。

每个循环爆破后，立即进行危石及松动围石的清理，然后进行下一断面的控制测量，一为检测本次循环爆破的效果，二为下一循环的施爆布孔进行指导。在测量后，辅助风镐对个别未达到开挖尺寸的位置进行修整，以保证开挖尺寸。在保证了开挖尺寸后，即进行初喷5cm砼封闭围岩，防止围岩的进一步风化及保证施工安全。并开始下一步的锚网喷及钢架的安装架设。

整个锚碇设1.2m（横向）x1.0m（纵向）间距的Ф22钢筋锚杆，锚杆单根长为3m，在鞍室部位后为了使锚杆间距与钢拱架匹配，间距改成1.2mx0.5m(纵向)，整个锚网喷设置20cmx20cm间距的Ф8钢筋网。上台阶形成拱圈后，立即进行钢拱架的安装架设；中下台阶形成直墙高度后立即进行直墙钢架的安装架设。所有钢架安装架设都紧贴围岩，并与每根相邻的锚杆焊接，以确保施工工艺的安全性。锚体部分根据围岩情况而设置钢拱架或不设置钢拱架。

拱部钢拱架安装架设好后，在两侧拱脚位置各设置两根3m长的Ф22钢筋

②①锁脚锚杆，以作为钢架的承力点。直墙钢架分上直墙及下直墙两根，上直墙钢架安装架设好后，也在钢架底部各设置两根3m长的Ф22钢筋锁脚锚杆。下直墙及时跟进并落底，使钢架坐落到基岩上。采用此种开挖支护方法循环进行至锚碇的拱部开挖施工完毕后，再进行底板的清理和钢架的安装。

锚碇开挖施工过程中，对裂隙较发育、夹泥较多及溶洞断层处，采取锚杆加密加长，钢筋网增加连接钢筋的方法及时加固处理。锚杆间距最密处为0.5mx0.5m，最长增加至5m。钢筋网外增设Ф12的连接钢筋。在处理完毕后，进行观测一段时间，在连续观测几次中均无明显变化后，可视该部位为已处理安全。

由于锚碇开挖的特殊性，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，且大挖机在里面无法自由旋转移动，改为窄轨道，绞车（25T，每个绞车容量为0.8m3）提升运输，小挖机装渣的方法出渣。轨道规格为：轨距70cm，钢轨22Kg/m、枕木120x20x20cm。

在锚碇施工中采取了“短进尺、强支护、快封闭、勤观测”的基本工艺，施工工序严格遵守“安全施工、爱护围岩、内实外美、重视环境、动态施工”的原则。

锚碇的土石方开挖施工采用钻爆开挖和人工开挖相结合的方式进行。 齿坎尺寸为350cm×87.5cm，由于围岩裂隙发育，施工无法确保其齿坎尺寸，后变更设计为增设Φ32结构锚杆。

爆破开挖施工 A 爆破原则

在锚碇开挖过程中，采用光面爆破，同时根据不同的围岩情况，采用不同的装药量及孔眼间距，以尽量保护锚碇围岩整体结构的完好性。

B 炮眼布设

在每个循环开始前，先进行测量放样，确定开挖轮廓线，并用红油漆标示

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湖北省沪蓉西高速公路第16标四渡河特大桥施工阶段宜昌岸锚硐围岩工程地质勘察研究报告 在岩面，然后进行炮眼的布设。锚体开挖随深度增加，截面尺寸递增，炮眼数量亦随之增多，布眼原则是炮眼间距控制炮眼数。炮眼布设完毕后，开始钻眼，每个锚碇内选用4～5台电钻进行钻孔，钻头成孔直径为38mm。

C 施工参数的确定

根据地质资料及施工过程中所积累的一些经验，得知锚碇围岩岩层为Ⅲ～Ⅳ类围岩，参考有关资料和总结长期的施工经验，从而在施工过程中采用了如下一些参数：炮孔直径：38mm，深度1.6～1.8m，花边眼间距为30～50cm，一般采用40cm，花边眼往里40cm为周边眼，周边眼间距与花边眼相同，周边眼与花边眼呈梅花型布置，装药集中度：0.10～0.45Kg/m（根据岩层情况进行变化），起爆方式：段发电毫秒雷管；雷管连接方式：分组多头并联（装药参数见表一）

表一 爆破装药参数表

炮眼 名称

段号

眼深m 0.8 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7

单孔装药量Kg 0.45 0.75 0.75 0.6 0.6 0.6

装药 结构 集中 集中 集中 集中 集中 集中

花边眼 1.7 1.7

0.6

集中

不装药 炮眼数随断面尺寸变化而

变化

底板眼 15

D 装药方式

锚碇内每次爆破时设置18个楔型掏槽眼， 分3个段号，分别从里往外爆破。花边眼为空眼不装药，周边眼、辅助眼及掏槽眼均采用集中装药的方式。掏槽眼比周边眼及辅助眼装药量多0.15Kg。

E 耗药量

根据爆破参数考式、参考有关资料以及不同的岩质情况，控制施工中实际耗药量范围为：1.0～1.8Kg/m3，裂隙较发育及溶洞发育区，其实际耗药量只有0.8～1.4 Kg/m3。

F 引爆方式

先引爆中心掏槽眼，然后利用时间差由内向外分组引爆。

备注

1．

出渣及坑壁修整

该隧道式锚碇在总结此前各隧道式锚碇出渣的教训，使用了小型挖掘机配

楔型，与岩面夹角60°，数量各6个，共18个 炮眼数随断面尺寸变化而

变化

炮眼数随断面尺寸变化而

合矿车出渣，加快了施工进度，节省了成本费用及缩短了工期。在每次爆破后采用小型挖掘机装渣，矿车运出锚碇至洞口倒入等候在洞口的运渣车内，由运渣车运送至指定弃渣场地弃渣。

3、岩壁修整

花边眼与周边眼之间为一40cm的松动层，爆破后采用人工配合机械修整使之达到设计位置，以保证围岩的完整性并利于控制超挖。修整到位后，及时进行初喷封闭围岩，并进行下一步的锚网喷护。 四、 支护施工

锚碇设计支护为二次支护。初期支护工作与锚碇开挖石方工作同步交替施工，开挖一段，封闭一段，每榀钢支架在安装前都要进行测量放样，安装后还要进行复测，以确保每榀钢支架安装位置的精确性。传统二次支护是在一次支

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掏槽眼 1 掏槽眼 3 掏槽眼 5 辅助眼 7 辅助眼 9 辅助眼 11

辅助眼 12 1.7 0.6 集中 变化

周边眼 13 1.7 0.3 集中

炮眼数随断面尺寸变化而

变化

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护全断面完成后进行，该锚碇二次支护考虑到为不影响全桥的总工期，二次支护放在主缆索股牵拉完成后，分段由下而上进行砼浇筑施工，墙、拱分段一次性完成。二次支护时，主缆索股全部用彩条布包裹起来，防止二次支护施工对主缆索股造成损伤。

设计为了防水考虑，在初次支护与二次支护之间加设了1mm厚的EVA/ECB复合防水板（加300g/m2厚无纺布）及RH-5复合防水剂。同时锚碇二次支护施工鞍室及后锚室，砼采用C30，其厚度为40cm。

EVA/ECB复合防水板铺设施工技术

本桥锚碇所设计的防水层采用“无钉铺设 EVA/ECB复合式防水层”并实施全封闭的防水系统，整个锚碇防水面积约为2650m2。EVA/ECB复合防水层的铺设方法：在锚碇内拱顶部位标出纵向中心线，根据该复合型防水层铺设固定工艺要求，需在初衬砼表面布设水泥钉或射钉，为防止铺设时损坏防水层，水泥钉或射钉布设部位需对应设置凹槽，防水板预留绳一般按每平米4个设置，固定点布置间距应按拱顶及两侧边墙分别设置，拱顶间距控制在50～70cm，边墙控制在100～120cm，底板可控制在150cm左右。EVA/ECB复合型防水板的主要技术指标如下表所示：

主要指标 拉伸强度 断裂伸长率 直角撕裂强度 水蒸气渗透系数 ―70℃低温冲击脆化

性能 尺寸稳定性 规格尺寸

单位 MPa % N/mm g.crt/cm2.s.pa

% mm

指标 ≥14 ≥400 ≥50 1.0×1.0 通过 ±3

备注 纵向、横向

（宽）

锚碇结构初衬采用锚网喷砼施工，其施工特点为：表面粗糙、凹凸不平，为了保证防水板的施工质量，铺设防水板前必须对网喷砼表面进行严格的检查处理，使之符合防水板铺装要求，处理后的基面应达到支护稳定、平整、圆顺、牢固、无砼松动现象。经过多次试验得出了施工时的一些参数，具体如下：对于喷射砼基面，其平整度要求：D/L≤1/6～1/10，本桥在施工中采用了拱顶D/L≤1/8，其它部位D/L≤1/6，对不符合要求的局部采用了1：2.5水泥砂浆进行抹平处理。

D―喷射砼相邻两凸面间凹进去的深度 L―喷射砼相邻两凸面间的距离

锚碇洞室底板基面要求平整无大的明显凹凸起伏，砼需达到设计要求强度，防水层施工时基面不得有明水。在施工中对明水要采取封堵与引排相结合的办法，这样便保证了防水层施工完好并防止由于涌水使复合防水板鼓包影响二次衬砌砼的灌注尺寸。

防水板之间的焊接，采用自动爬行塑料热合机进行施工，在施工前通过取两块相同材料的防水板进行搭接试焊，取得了焊缝强度、焊接速度和温度的控制指针，焊缝强度不低于母材强度的70%（包括抗拉强度和撕裂强度），焊接时温度控制在280～300℃，焊接速度为15～20cm/min，在施工时，要结合电压和防水板厚度的不同，来随时调整热合焊机的温度和行走速度，以保证取得最好的焊接效果。

焊接质量是防水层施工的关键工序，每条焊缝焊接完成后都需要进行认真的检查，在施工中一般情况下，采用直接观察法（包括肉眼和借助放大镜进行），每条焊缝处两条焊缝应排列平直、轮廓清晰，两块防水膜在焊缝处经融压实后形成均匀透明的整体，中间不能有乳白色拉擦痕迹，也不能夹杂有烧黑的塑料颗粒等杂物。

焊接后需对焊接部位抽样进行充气检查，其具体施工方法为：用5号注射

1.2（厚）×2100长度不限

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器与压力表相连接，用打气筒进行充气，充气时检查孔就会膨胀起来，当压力表值达到0.1～0.15MPa时，停止充气，保持该压力时间不小于1分钟，就表明其焊接质量良好；如果出现了压力下降，则证明有未焊好之处，用肥皂水涂在焊缝上进行检查，对产生气泡的地方需要重新焊接，补焊时可用热风焊枪和电烙铁等工具。

二次衬砌设置双层Ф25钢筋网，间距为15×15cm，分布在侧墙及顶拱，钢筋网之间设Ф12的架立钢筋。二次衬砌砼浇筑分段进行，故钢筋骨架也相应地分段制作及安装。在两边侧墙砼浇筑完毕后进行顶拱钢筋骨架的安装，首先在洞外钢筋加工场按照该施工段顶拱的截面尺寸制作好相应的钢筋拱架；然后将拱架的两端分别与两侧墙的预埋钢筋搭接起来，形成环向钢筋支撑；再安装纵向钢筋，从而形成钢筋网。纵、环向钢筋联结要求梅花式绑扎，局部交点联结采用点焊，以加强钢筋网骨架的钢度。

范本的安装根据现场的实际情况，采用P3006型钢模和异形木模相结合进行拼配。纵向采用钢管、横向使用[20槽钢作为模板龙骨，模板位置通过支撑于钢管支架上的调节杆进行调整。侧墙端头模板定位加固，可以通过在钢管加设调节支架杆支撑或从后锚面设钢管支架支撑。侧墙顶面模板使用异形木板，安装时注意定位和加固。对于二次衬砌，在施工过程中范本要安装准确精密，并做好支撑加固工作，严防跑模，对范本及时整修、清理，并均匀涂刷脱模剂。

二次衬砌砼灌注采用分段进行，每次浇筑长度为4m，其分段浇筑顺序为：侧墙、顶拱、底拱。先浇筑鞍室两侧墙砼；然后浇筑顶拱，顶拱砼一次性浇筑完成；底拱砼在墙拱浇筑完毕后，支架拆除以及防水板安装完毕后浇筑。

衬砌砼严格按照设计配合比进行拌和，保证了砼的和易性，同时对砼要进行振捣，保证砼密实，防止与初期支护产生空洞，初期支护与二次衬砌间空隙采用压浆填实。新老砼接缝间注意要预埋钢筋，并要进行凿毛。

二次衬砌砼强度达到要求后方可脱模，并注意加强砼养生。

在施工过程中，我们特别注意严格控制各支护断面的尺寸、位置以及保证

了其厚度和砼的强度。在进行EVA/ECB复合防水板施工过程中，严格按设计要求与规范进行，并不断进行摸索与探讨，总结了一定的经验。同时在施工过程中严格注意施工的安全性，浇筑砼过程中采用对称浇筑，从而确保范本、支架受力均匀，并按规定振捣，随时注意到钢管支架变形的情况，确保工程安全优质高效地完成。 五、 围岩加固措施

1、

结构锚杆

由于围岩裂隙较发育，原设计的反向齿坎无法形成，后变更为用Φ32结构锚杆替代反向齿坎。结构锚杆的间距根据围岩雷达地质探测结果，在围岩裂隙较发育的位置为80cm×80cm, 锚杆长为750cm，锚杆伸入锚塞体50cm；在一般位置为120cm×120cm，锚杆长为750cm，锚杆伸入锚塞体50cm。

结构锚杆在锚碇主体开挖完成后进行，在锚塞体位置搭设满趟支架，采用潜孔钻，孔径为100mm。锚杆安装成批进行，两环一批。锚杆两米设置一个对中装置，确保结构锚杆居中。孔口采用砂浆封堵，砂浆配比为1：1，封堵段长度为30cm，砂浆封堵段前端采用圆形木板及棉纱封堵。封堵孔口时预埋两根塑料管，一根为压浆管，一根为出气管，压浆管伸入孔底，距孔底20cm ,出气管45cm。

锚杆压浆采用C30砂浆，水灰比为0.4，掺加水泥用量10%的膨胀剂，压力控制在1MPa。压浆时，先压至出气孔出浆，然后将出气孔封堵，再继续压浆，至压力达到1MPa。

2、

围岩注浆加固

由于锚碇围岩裂隙较发育，且在开挖爆破中，爆破对围岩存在一定的影响。为了增加围岩与锚塞体的锚固应力，在结构锚杆安装完毕后，对整个围岩进行了注浆加固。围岩注浆孔为50mm，间距为240cm×240cm，孔深3m。

围岩注浆采用4分镀锌管，镀锌管伸入孔底，距孔底20cm，孔口采用砂浆封堵，封堵长度为50cm。围岩注浆浆液水灰比为1：1，掺加水泥用量5%的水

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玻璃，注浆压力控制在2～2.5MPa。注浆在压力达到2.5MPa时，停止注浆，稳定10分钟，10分钟后如压力无变化则停止该孔的注浆，如压力有下降则继续该孔的注浆，至再次达到2.5MPa。 六、科研

1、1：12模型拉拔试验

2、地质雷达探测

为了进一步掌握锚体的围岩情况，以确保围岩与锚体的锚固应力。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。通过地质雷达探测，查明锚洞洞周5～10m范围内有无较大溶洞、夹层、裂隙等地质缺陷及其分布位置，并锚洞周岩岩体结构完整性作出评价。

地质雷达外业使用美国地球物理公司SIR—2型彩色显示地质雷达仪采集数据，专用软件处理数据，具有工作效率高，分辨率高，现场实时处理效果好等多种优点。洞内以100MHz天线逐测线连续扫描, 窗口长度250ns,多次迭加技术；地面以低频组合天线迭加点测。地质雷达现场工作示意如图2.1、图2.2。

分析及数据处理等先进功能和良好工作性能。重庆地质仪器厂38Hz检波器拾震，炸药爆炸激震。地震CT透射探测工作示意如图2.3、图2.4。

图2.3 地震CT现场布置断面示意

图

图2.4 地震CT炮点和检波点布置平

面示意图

地震面波采用瞬态面波勘探，目的是对地质雷达异常区进行验证和提供波速量化，反演异常区面波值。仪器设备:北京华水物探研究所SWS系列面波仪，面波专用低频检波器。工作道数12道，道间距2m，记录长度250ms，采样间隔125μs，偏移距6～10m,重锤锤击激震。FKSWSA软件处理数据。

地震面波探测工作示意如图2.5。

通过对瞬态面波勘探系统的多次试验，锚硐底板效果较好，而侧壁效果差。

图2.1 锚洞底板地质雷达工作示意

图

图2.2 锚洞侧壁和拱顶地质雷达

工作示意图

图2.5 地震面波工作示意图

通过三种物探方法探测发现左右锚洞围岩均普遍存在1～3m厚的松弛圈，松弛程度由表及里渐弱。

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地震CT采用地震纵波直达波透射技术，直达波路径为左锚洞—右锚洞 2 对（其一为试验对），锚洞—地表1对，锚洞洞口段1对。仪器设备：美国NZ24型浅层地震仪采集数据，具有分辨率高、浮点增益、噪声实时监控、现场实时

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左锚洞围岩为连续的层状结构岩体，整体完整性好，岩体稳定。部分层段裂隙发育并被溶蚀改造充填泥质夹层，呈现层状碎裂结构特征；局部岩层中发育溶孔、小型溶洞。但上述缺陷对围岩整体稳定性影响不大，裂隙溶隙夹泥、溶孔溶洞等缺陷多分布在锚体后段以及后锚室围岩中，相应对锚体的抗拔安全影响较小。

右锚洞围岩总体为连续的层状结构岩体，岩体稳定，整体结构完整性较好。但其中局部岩体发育裂隙并溶蚀充填夹泥，属层状碎裂结构岩层，溶孔、小型溶洞集中组合发育的岩段属局部结构缺陷岩体。局部地质缺陷对围岩整体稳定性影响不大，但锚体中～后段围岩中分布较多的裂隙溶隙夹泥、溶孔溶洞等缺陷，对锚体的抗拔稳定不利，需进行必要的加固处理。

3、桥梁健康监测

由于悬索桥为一种新兴的桥梁，其设计及施工技术都有待完善及创新。四渡河悬索桥为深切峡谷桥，其设计及施工技术更有待完善及论证。给予此原因四渡河悬索桥增设了健康监测。对四渡河桥隧道锚健康监测采用多点位移计及压力盒。

对隧道锚散索鞍，健康监测主要在散索鞍底面埋设2个压力盒及布设一个多点位移计。压力盒底座为一个斜面，斜面与散索鞍底面平行，确保散索鞍压力能垂直作用在压力盒上。多点位移计为倾斜，倾斜角度为62°，与散索鞍底面垂直，多点位移计植入岩层20m。通过监测散索鞍的受力情况及散索鞍与岩层的相对位移来监测桥梁的健康情况。

对隧道锚锚塞体，在每个锚塞体后锚室埋设一个多点位移计，多点位移计植入岩层20m，倾斜角度为35°，与洞轴线平行。锚塞体选定9束预应力束埋设测力计，15-37型预应力束8根，15-19型预应力束1根。通过监测预应力应力及锚塞体与后锚室岩层的相对位移来监测桥梁的健康情况。

此外，还在两个锚塞体的中间位置埋设一个多点位移计，多点位移计与洞轴线平行，从后锚室横洞往上植入岩层45m，往下植入岩层20m。用于监测桥

梁在运营阶段岩层的相对位移。 七、结束语

目前对于锚碇施工在国内尚未有一套成型的施工方案，我们在施工过程中不断地摸索与总结，但还有许多待改正之处，比如对于在施工过程中出现的严重冒顶问题，我们在施工过程中还未能很好地进行控制。因此，对于锚碇的成型施工技术，例如岩层冒顶问题的防治、EVA/ECB复合防水板材料的选择与铺设等问题，有待专家再进一步探讨与完善。

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2．1 项目概况 湖北省沪蓉西高速公路第16标四渡河特大桥宜昌岸隧道锚硐位于大冶组灰岩中,由于地层近于直立、峡谷地形陡峻以及岩石可溶，在长期重力卸荷、溶蚀作用下，岩体完整性存在缺陷。锚硐开挖过程中揭露有溶蚀、夹泥现象，甚至出现有较大溶洞。为下步加固处理提供依据，需对硐室围岩完整性进行详细探查，采用地质雷达等综合物探方法，对硐室10m厚度范围内的围岩地质性状进行详细探测，以查明其中较大溶洞、夹层等地质缺陷部位，为下一步锚杆、注浆加固等工程设计提供依据，确保锚碇安全可靠。

主要目的是：

① 查明锚硐硐周5～10m范围内有无较大溶洞、夹层、裂隙等地质缺陷及其分布位置。

② 查明锚硐硐周岩体结构完整性并作出评价。

③ 针对地质缺陷的性状和影响程度提出相应工程处理措施建议。 2．2工作量

根据探察目的要求，采用地质雷达、地震CT、地震面波等物探手段开展探测研究，获取综合数据信息。以从宏观到微观上系统探查围岩地质性状特征为目的，围绕锚硐合理布置各物探方法工作量，综合判定地质缺陷部位及其属性，进而作出可靠评价。自2005年9月24日～10月27日完成实物工作量如表1—1。

表1—1 完成探测实物工作量表 位置 锚硐内外

方法 工程测量 单位 点 - 7 -

工 作 量 454 备注 湖北省沪蓉西高速公路第16标四渡河特大桥施工阶段宜昌岸锚硐围岩工程地质勘察研究报告

地质雷达 m/条 锚硐内 地震CT 对 地震面波 点 锚硐地地质雷达 m/条 表 2．3 工作方法及质量评述 1801/148 4 98 199/4 含试验6条 含试验1对 含试验24点 为达到本次工作目的，通过认真收集、分析已有勘察和锚硐施工实际揭露资料，充分掌握本次探查对象地质构造特征及工程地质问题表现特征，为工作布置及方法选择奠定技术基础。现场根据锚硐形态变化和硐壁挂网锚喷、钢拱架支撑等影响因素，以及地质缺陷的多样性和随机分布的特点，以地质雷达扫面探测为主要手段探查围岩地质缺陷部位及其性状特征，同时根据勘察工作需要，辅以地震CT和地震面波探测手段验证、确认异常属性。在工作布置上合理使用不同方法并使之有机结合，通过综合数据分析，去伪存真，获取满足设计施工需要的地质数据。工作布置及质量评述如下。 2．3.1 工程测量

为准确控制探测点、线的空间位置，本次实测点、线均以全站仪进行定点布线，并在实地作标识，点、线定位准确。具体工作如下：

① 地质雷达测线：全站仪实地测定各测线（试验、硐底、侧壁、拱顶以及地表）起止点、拐点的标高、施工系统坐标。

② 地震CT点位：全站仪实地测定左—右锚硐之间、锚硐—地表之间岩体以及硐口段岩体的地震CT炮点和检波器接受点的标高、施工坐标。

③ 地震面波探测：全站仪实地测定各测点的标高、施工坐标。 2．3.2 地质雷达

根据勘察、锚硐开挖以及八字岭隧道出口段开挖揭露溶洞等实际数

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据，推测锚硐围岩中可能存在的影响到围岩结构完整性的地质缺陷主要为溶洞溶隙、夹层、卸荷裂隙等。根据探测深度要求和地质缺陷特性，经过试验确定地质雷达使用100MHz屏蔽天线进行硐室围岩探测，其勘探深度和精度可满足要求。但需注意锚硐现状条件对地质雷达施工作业及探测效果产生的如下干扰影响：

① 硐口断面9.8m×10.9m、底断面14m×14m，底板平均坡度35°局部达40°，硐顶及底板表面凹凸不平，对施工作业造成较大困难。

② 硐底铺有出渣钢轨，对底板探测效果和数据解释产生较大影响。 ③ 锚固段以20cm×20cmΦ8钢筋网锚喷，锚杆密度约1根/0.9m2,深度3～6m，表面凹凸不平，对地质雷达探测效果干扰影响明显。

④ 散索－鞍座段采用闭合型钢支架加筋支护，型钢规格I10，间隔1道/50cm，对地质雷达探测效果（尤其是100MHz天线）影响显著。

外业使用美国地球物理公司SIR—2型彩色显示地质雷达仪采集数据，专用软件处理数据，具有工作效率高，分辨率高，现场实时处理效果好等多种优点。硐内以100MHz天线逐测线连续扫描, 窗口长度250ns,多次迭加技术；地面以低频组合天线迭加点测。具体工作程序如下：

a、选择试验测线，通过试验确定雷达系统工作的有效性及技术参数。 b、根据锚硐现场条件，按2m间隔布控测线，人工移动牵引天线逐线扫描。

c、当日工作结束后，在试验测在线重新测量，测试雷达系统的零点漂移，以确定当日资料的可靠性。

d、确定外业采集数据可靠后，转入内业数据处理，进行常规文件编

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辑、数据零点确认以及时深转换，解释探测成果。

地质雷达现场工作示意如图2.1、图2.2。

图2.1 锚硐底板地质雷达工作示意

图

图2.2 锚硐侧壁和拱顶地质雷达

工作示意图

根据试验工作和实测资料，地质雷达的探测深度和精度可满足要求，局部呈现异常，层状岩层特征明显。但应注意区分衬砌造成的浅部假异常。 2．3.3 地震CT

地震CT采用地震纵波直达波透射技术，直达波路径为左锚硐—右锚硐 2 对（其一为试验对），锚硐—地表1对，锚硐硐口段1对。仪器设备：美国NZ24型浅层地震仪采集数据，具有分辨率高、浮点增益、噪声实时监控、现场实时分析及数据处理等先进功能和良好工作性能。重庆地质仪器厂38Hz检波器拾震，炸药爆炸激震。

数据反演采用成都理工大学CT层析成像系统（3.0）, 数据处理过程：野外地震波采集后，开始拾取各道集的地震波初至走时，编辑反演地震波走时数据，对数据进行预处理（核查观测数据、平滑观测数据、等高观测曲线），设置反演参数反演数据，设置图像参数反演、输出图像。

根据CT试验和实测图像数据，速度异常特征明显，层状岩层特征清晰，可见局部软弱夹层异常特征。但由于锚硐硐壁凹凸不平，加之CT反

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演软件的局限，对岩溶异常特征表现不明显。

地震CT透射探测工作示意如图2.3、图2.4。

图2.3 地震CT现场布置断面示意

图

2．3.4 地震面波

地震面波采用瞬态面波勘探，目的是对地质雷达异常区进行验证和提供波速量化，反演异常区面波值。仪器设备:北京华水物探研究所SWS系列面波仪，面波专用低频检波器。工作道数12道，道间距2m，记录长度250ms，采样间隔125μs，偏移距6～10m,重锤锤击激震。FKSWSA软件处理数据。

地震面波探测工作示意如图2.5。

通过对瞬态面波勘探系统的多次试验，锚硐底板效果较好，而侧壁效果差。

图2.4 地震CT炮点和检波点布置平

面示意图

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图2.5 地震面波工作示意图

2．3.5 瞬变电磁

编制工作大纲时，针对评价锚硐区整体岩溶、裂隙发育特征的需要,拟定进行瞬变电磁工作,采用WDC—2A TEM SYSTEM瞬变电磁仪采集数据，使用浅层测量系统、30m×30m或20m×20m正方形重迭回线装置。但因现场地表的高压线、施工机械以及锚硐挂网锚喷、钢拱架支撑等干扰严重,瞬变电磁试验探测效果很差，故取消了瞬变电磁的实测工作。 2.4 探测效果评价 2.4.1 地质雷达

锚硐完整岩体的正常地质雷达图像特征：反射波彩色条纹平直，宽度及颜色变化小，即反射波频率、强度变化小。如图2.6。

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图2.6 锚硐完整岩体的地质雷达图像

特征 图2.7 锚硐型钢支撑地质雷达图像

特征

锚硐闭合型钢拱架加筋支护影响的地质雷达图像特征:反射波出现很强的金属反射亮条纹且影响到整个记录长度窗口，可靠性很低。如图2.7。

岩溶发育段的地质雷达图像特征：反射波彩色条纹呈较大的弧形反射且伴有多次反射，反射能量渐弱。如图2.8。

图2.8 溶孔、溶洞发育段地质雷达图像特征

溶隙、裂缝发育段的地质雷达图像特征：反射波同相轴错断，局部呈小的弧形反射、且伴有多次反射，反射能量渐弱。如图2.9。

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图2.9 溶隙、裂缝发育段地质雷达图像

特征

2.4.2 地震CT

地震CT进行了左锚硐—右锚硐 2 对、锚硐—地表1对，锚硐硐口段1对探测。布置地震CT透射时充分考虑了地层产状的影响，透射路径主要为穿层。地震CT直达波记录清晰，能量较强，初至走时容易读取。

经过反复试验对比反演效果，最终设置反演参数为：迭代次数15；速度最小值1.5km/s、最大值6.0km/s，初始速度4.0km/s；单元网格边长为1；X-最小值 0 、最大值 20；Z-最小值 0 、最大值11。数据反演后设置图像参数，输出反演图形。典型反演图像如图2.10。

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003244333.1163.1963.1633.0252.8662.7342.472.2011.8641.7151.5291.51.51.51.51.51.53.153.1972.9992.6682.4092.2772.0812.0052.0492.0752.0241.7221.51.53.9173.0692.5652.3012.1371.8811.8992.0952.041.8061.7471.6231.6321.9661.5342.82.53.2563.52.7962.191.5931.671.6761.6451.51.5671.6741.511.5251.52.3532.52.4962.4622.871.51.6541.7191.6591.51.7711.5421.52.62.691.5841.531.51.5781.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.6322.7323.5182.2811.51.51.51.6011.5352.551.52.9993.1962.9143.983-5-52.52.51.5232.53.0612.5151.561.521.9591.51.52.6542.1771.51.5081.5041.9111.7891.5321.9141.51.5061.5121.9981.9351.9052.7011.51.51.51.51.6991.9111.8891.5352.1551.52.2712.3482.6482.52.4781.52.62.1422.8672.52.2871.5852.442.5352.6282.6282.4741.51.511.5411.521.5542.3061.51.9161.51.8031.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.5-10-102.0992.52.6761.51.52.51.52.51.521.51.51.9351.51.51.51.51.51.51.51.8251.51.51.51.52.0671.541.51.7651.51.9782.5021.8972.1362.5382.9921.51.51.52.6752.9792.9892.5152.7083.2571.51.78222.5542.1022.1052.8913332.0551.5441.5122.9993.5863.52.2731.52.51.9461.5-15-152.7572.52.7012.6992.51.5141.51.51.5132.0932.7472.7582.2472.042.0612.8152.8572.52.2413.1672.81.8261.5181.5071.51.7461.7782.673.342.2681.7641.51.6162.52.9682.1662.52.6482.51.7141.52.1661.51.5162.533.3363.9722.5962.3582.772.8332.9412.52.9232.52.52.5332.4812.6772.52.51.52333.6113.1653.2972.2972.3152.984333332.52.8362.51.8691.51.51.52.362.8393.0193.1253.7173.2753.0022.52.7172.1522.0512.6442.7353.1723.0441.52.539-20-203.0522.52.9822.52.51.8111.51.7121.52.5332.5471.7051.6171.52.2121.6391.51.2221.541.52.52.1331.51.6421.51.52.1851.9351.51.51.51.51.51.81.51.52.521.523.0492.3111.9351.5432.52.8113.0342.53.1722.4431.541.51.562.11.9821.53.2072.522.52.6833.0681.51.7952.1093.10222222.1063.0161.51.9262.5412.9882.52.632.2282.1311.522.1162.3692.20922-25-253.3382.7562.5372.9032.52.852.8062.0893.0812.973333322.53.12.51.8941.5731.51.52.522.3092.3352.97822.433.0611.9762.0422.53.3222.6612.9681.551.781.52.52.22.22.1042.9321.592.6862.53.5223.53.5542.2092.6062.52.22.3192.2431.521.9962.16122.52.562.5253.0692.52.7542.9052.9511.51.9762.0862.8362.6632.5882.51.51.5451.522.12.1-30-302.1882.6952.5542.52.22.2442.4922.6962.7952.1852.7682.6822.51.7171.52.2262.22.15522.52.0381.5221.51.8732.031.6311.6891.6681.6711.6751.7973.0412.732.74521.8851.4331.51.521.522.22.4213.1572.7132.73222.6352.692.7231.51.5981.51.51.51.5871.6651.6371.51.521.51.83421.521.521.62.091.5541.51.51.5671.51.51.52.0411.51.9071.5371.5192.12.10921.51.51.51.52.52.8012.7872.6862.7191.522.3842.6342.757-35-352.0642.441.6791.52.161.7671.52.5982.22.019221.51.51.51.51.5551.51.581.51.7221.51.51.6431.6611.8831.81.51.52.51.51.51.51.71.51.51.52.52.9022.3292.5682.8231.922.0112.532.8711.51.5271.6281.522.522322.51.52.12.2552.2522.5192.9332222.22.2072.612.9822.0832.7412.99633331.5863.0182.7422.51.51.6751.7481.721.51.51.521.5-40-403.0193.0693.9463.6443.633.53.022.9013332.776333.1752.7542.53.633.531.521.51.6051.52.52.8392.52.51.532.52.53221.942.5172.94133322.52.1052.8343.6962.8562.3732.52.53333333.0013.7043.3681.532.52.3982.51.51.6031.51.7831.841.5471.51.52.052-45051015-4532.52.51.8321.5261.51.5071.9062.1962.1432.0191.9711.59832.272.7412.9632.652.5552.5062.5322.6972.8292.1042.8092.912.5342.64 图2.10 地震CT透射反演典型图像

051015 从反演图形可以看出，穿层速度为1.5km/s～3.3km/s，低速变化主轴方向与地层的产状相对应，具有层状岩层特征。局部速度值出现圈闭异常，地质解释为可能由层间岩溶和溶蚀发育区段引起。

纵观CT反演结果，地震波速较低,最低约1.5km/s ,平均约2.5km/s ,与灰岩地层地震波速经验值相差较大。而实测地震波初至能量强，信号可靠。分析原因可能主要有三个方面：一是薄～中层状灰岩的层面及层间夹层多，对波速传播影响较大；二是锚硐开挖、爆破形成围岩松弛圈其波速较低；三是硐身成喇叭形，造成激发点—接受点距离不等，由于软件自身限制影响到波速计算结果。此外，地震CT对细部岩溶的探测效果不明显，分析原因可能有两方面：一是CT探测区段岩溶不发育；二是由于锚硐硐壁凹凸不平使透射路径长短不等，加之CT反演软件的计算局限，使得细

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部岩溶波速差异不明显。

因此，地震CT数据宏观了解地层变化特征可信度较高，而微观岩溶特征仅可作为其它方法解释成果时的参考。 2.4.3 地震面波

地震面波主要于左、右锚硐的底板施工，先在硐底平均布置了少量控制性面波探测点，对锚硐围岩的整体面波频散曲线特征和地层速度特征加以综合性了解。之后在地质雷达探测的异常部位布置一定量的探测工作，目的是验证解地质雷达异常并提供量化解释，即判定其速度特征与正常速度的差异大小。

锚硐正常岩层面波频散曲线主要特征为：曲线频散点均匀，从上向下速度均匀增加，无畸形拐点特征。浅部松弛岩层速度2.5km/s～4.5km/s，未扰动岩层速度4.5km/s～5.5km/s，从外向内岩层波速呈渐变递增特征。如图2.11。

图2.11 正常地层面波频散典型曲线特征

锚硐岩溶发育部位的面波频散曲线特征主要为：曲线频散点不均匀，

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从上向下速度均匀缓变过程中出现畸形拐点。如图2.12。

图2.12 岩溶发育部位面波频散典型曲线特征

锚硐地层溶隙裂隙夹泥部位地层速度特征主要为：面波速度0.8km/s～1.1km/s，溶蚀岩层速度1.1km/s～1.6km/s，速度差异变化大和规律性差。如图2.13。

图2.13 岩溶裂隙夹泥部位面波频散典型曲线特征

场地整体面波频散曲线特征和地层速度特征规律性好、可信度高。岩溶地层的面波频散曲线异常特征和速度异常特征明显，但其异常速度值差

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异较大、拟合规律性差，可作为其它方法解释成果的半定量依据。 2.5围岩结构完整性评价 2.5.1左锚硐

探测发现左锚硐围岩为连续的层状结构岩体，整体完整性好，岩体稳定。部分层段裂隙发育并被溶蚀改造充填泥质夹层，呈现层状碎裂结构特征；局部岩层中发育溶孔、小型溶洞。但上述缺陷对围岩整体稳定性影响不大，裂隙溶隙夹泥、溶孔溶洞等缺陷多分布在锚体后段以及后锚室围岩中，相应对锚体的抗拔安全影响较小。

需指出的是，三种物探方法探测发现锚硐围岩普遍存在1～3m厚的松弛圈，松弛程度由表及里渐弱。如：地质雷达反射波显示,在1～3m范围内同相轴连续性差，局部错断，反射波的强度变化大（条纹呈杂色）；硐底地震面波显示，在2～4m范围内频散曲线出现拐点异常，该深度段相同拐点异常重现比例达32%～44%，拐点以上面波速度普遍偏低，分析除局部因岩溶裂隙影响外，主要为锚硐开挖松弛圈影响所致；地震CT数据处理结果显示，穿层纵波速度普遍低于灰岩的正常经验值,推测锚硐围岩松弛圈是主要影响因素之一。 2.3.2 右锚硐

探测发现右锚硐围岩总体为连续的层状结构岩体，岩体稳定，整体结构完整性较好。但其中局部岩体发育裂隙并溶蚀充填夹泥，属层状碎裂结构岩层，溶孔、小型溶洞集中组合发育的岩段属局部结构缺陷岩体。局部地质缺陷对围岩整体稳定性影响不大，但锚体中～后段围岩中分布较多的裂隙溶隙夹泥、溶孔溶洞等缺陷，对锚体的抗拔稳定不利，需进行必要的

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加固处理。

此外，三种物探方法探测发现右锚硐围岩松弛圈问题与左硐相似，松弛圈普遍厚1～3m，松弛程度由表及里渐弱。松弛带地质雷达反射波图像、震面波频散曲线、地震CT波形图像等异常显示特征与左硐类同，判定此种有规律的异常主要是松弛圈影响所致。 2 .6结论与建议 针对四渡河特大桥宜昌岸左、右锚硐围岩结构缺陷（层间溶隙裂隙及夹泥层）和岩溶地质缺陷的发育分布特征，以及围岩松弛圈问题，提出如下建议。

① 建议实施普遍加固。将原设计1根/0.8m×0.8m、长5m的硐周受力锚杆与注浆锚杆一并结合使用，以达到普遍加固该深度范围内围岩层间结构缺陷、岩溶缺陷及松弛圈之目的。

② 建议适当降低较完整围岩段（岩溶缺陷不发育、裂隙不密集）原设计锚杆密度，可按间隔1m（有裂隙岩段）～1.2m（裂隙不发育岩段）设置1根，并先注浆加固，尤其要注意松弛圈深度范围的注浆质量。对于分散的个体溶孔、小溶洞在上述注浆锚杆密度、深度普遍加固处理的基础上，可不考虑作单独处理。

③ 对溶孔、溶洞组合发育以及较集中发育的围岩段，建议采取加密、加深注浆加固处理措施，注浆锚杆长度至7～8m，进行高压注浆填充处理。

④ 建议对围岩注浆加固处理后的实际效果进行检验，主要探查重点部位的围岩加固效果。可通过对比处理前与处理后的围岩探查结果，为评价加固质量提供依据。

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本次工作遵循有关部颁规范、规程和我院ISO9001:2000质量体系文件进行，执行的主要技术标准有：

（1）《公路工程地质勘察规范》（JTJ064—98） （2）《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）

（3）《工程地球物理勘察规程》（TB10013—2002）（铁道部） （4）《浅层地震勘探规范》（DZ/T0170—1997）（国土资源部） （5）《电阻率测深法技术规程》（DZ/T0072—93）（国土资源部）； （6）《电阻率剖面法技术规程》（DZ/T0073—93）（国土资源部）；

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