0 引言

　　基底变形、衬砌开裂是西南山区隧道常见病害，部分学者基于设计、施工、运营对病害原因进行分析，并提出整治措施及建议^[1,2]。其中，较常用的整治措施为锚索加固，然而由于地质条件、施工技术等原因，导致加固效果无法得到有效保证。部分学者通过监测锚杆、锚索在滑坡体内的应力变化获取岩体变形特征和滑移信息^[3,4,5]，隧道病害段锚索加固工程监测结果可为整治效果评价提供数据支撑。

　　1 工程概况

　　某铁路隧道K690+755.000—K690+799.000段开通运营后轨道板发生开裂，动检车检测结果表明该段线路动态不平顺，人工测量结果表明该段线路最大上拱量12.6mm/年，通过地质勘察及现场调查确定高地应力导致的软岩大变形为病害主要诱因。经专家论证，决定采取锚索加固及注浆补强的整治措施。另外，为分析锚索加固效果，同步开展锚索拉力自动监测工作。

　　2 整治方案

　　隧道K690+755.000—K690+835.000段轨道板两侧增设锚索进行加固，于左线中线左侧1.60m及右侧1.55m、右线中线左侧1.55m及右侧1.60m处共布置72个130mm锚索钻孔。锚索长20m，纵向间距4m。锚固段长8m，张拉段长1.5m。锚索由6^s15.2钢绞线制成，钢绞线抗拉强度≥1 860MPa。单孔锚固力设计值为800kN，单孔初始预应力设计值取400kN，锚索测力计布设如图1所示。

　　图1 锚索测力计布设示意  

　　3 施工步骤

　　1)设定锚索单孔锚固力和初始预应力设计值。

　　2)当注浆浆体与台座混凝土强度达到设计强度80%以上时进行锚索张拉。

　　3)锚索正式张拉前，取10%～20%的设计张拉荷载进行1～2次预张拉，使锚索各部位紧密接触，钢绞线完全平直。按0.25,0.50,0.75,1.00,1.10倍设计荷载进行逐级张拉，每级荷载施加后稳定观测时间≥10min。当10min相对位移量<1mm时为稳定，结束观测开始下级张拉，否则继续观测，直至相对位移量<1mm。

　　4)锚索张拉后，对锚头与锚杆自由段间隙进行补浆，补浆材料宜选用水灰比为0.45～0.50的纯水泥浆。

　　5)随机抽取锚索总数的3%(≥3根)进行张拉检测，要求张拉力不小于设计规定。检测合格率达100%后，切割锚具外超长部分钢绞线，对锚索进行封头处理。锚索张拉过程中记录锚索伸长及受力，核实伸长与受力是否相符，持续观测至交付验收。

　　6)施工过程中采取露头余长锚索防护措施，不得侵入行车限界，确保列车运营安全。

　　4 监测数据偏差

　　锚索拉力监测过程中发现锚索测力计监测值与液压千斤顶输入压力存在较大偏差，定义压力损失比为(液压千斤顶输入压力-锚索测力计监测值)/液压千斤顶输入压力，由监测结果可知最大压力损失比为73.5%，随着液压千斤顶输入压力的增大减至45.9%。

　　5 数据偏差原因分析

　　5.1 锚索测力计的影响

　　对锚索测力计进行检验标定工作，由锚索测力计监测值与液压千斤顶输入压力的对比可知二者最大偏差为15.3kN，误差为1.53%，表明锚索测力计的影响不是造成监测数据发生偏差的主要原因。

　　5.2 液压千斤顶的影响

　　液压千斤顶标定过程采用分级加载，每级加载10MPa，液压由0MPa增至50MPa，每级加载完成后立刻读取压力计数值，经3次循环试验，计算各阶段液压千斤顶输出荷载平均值。标定结果如表1所示，由表1可知，最大内插误差为1.60%，可知液压千斤顶的影响不是造成监测数据发生偏差的主要原因。

　　表1 液压千斤顶标定结果 

　　表1 液压千斤顶标定结果

　　5.3 偏心受力的影响

　　锚索实际张拉过程中钢绞线存在偏心受力情况，如图2所示，图中F为千斤顶施加荷载;N为锚索测力计对工作锚的支持力;P_摩擦为锚索测力计对工作锚的摩擦力;α为钢绞线偏心角。

　　图2 偏心受力模型  

　　将钢绞线、锚具、工具锚夹片作为整体进行受力分析，根据静力平衡原理可得:

　　当α=10°，F=480kN时，受力偏差Δ=F(1-cosα)=7.3kN，可知误差为1.52%，因此偏心受力不是造成监测数据发生偏差的主要原因。

　　5.4 限位板尺寸不匹配的影响

　　逐项排查后，考虑限位板尺寸与锚具是否匹配。现场观察发现钢绞线张拉完成后表面发生刮伤，与液压千斤顶生产厂家联系后确认限位板尺寸与锚具不匹配，限位板凹槽尺寸偏浅，导致锚具张拉过程中锚索提前被锁定。液压千斤顶加力过程中锚索受摩擦力作用导致表面刮伤，且锚索测力计受到的反力减小。

　　6 改进后监测效果

　　对锚索限位板进行替换，共安装12个锚索测力计，最终监测值如表2所示。由表2可知，液压千斤顶卸荷后锁定应力低于锚索测力计监测值，这是因为液压千斤顶卸荷后钢绞线回缩，导致夹片向锚具孔深部移动锁紧，从而使预应力发生损失。损失后的预应力称为锁定应力，锁定应力与锚索最大张拉力之差为锁定应力损失。锁定应力损失与限位板尺寸、锚索自由段长度、锚固地层强度及液压千斤顶负载有一定关系。由表2可知，锁定应力损失比为6.7%～20.4%，平均值为14.6%，与汪剑辉等^[6]得出的8.7%较接近，因此可根据锁定应力损失比平均值确定超张拉比例。

　　表2 各点位数据对比 

　　表2 各点位数据对比

　　MS04在张拉过程中锚索被拔出，根据王永卫等^[7]和刘伟等^[8]的研究成果，拉力型锚索在锚固段易形成应力集中，该应力大于浆体与孔壁间抗剪强度后锚索被拔出，从而失效。注浆浆体与围岩体界面抗剪强度与浆体抗剪强度、单轴抗压强度、弹性模量及注浆压力成正比，与注浆材料水灰比成反比。施工拉力型锚索时，应严格控制浆体配制、钻孔、注浆等工艺质量。

　　7 结语

　　1)某隧道病害整治过程中出现锚索测力计监测值与液压千斤顶输入压力差距较大的现象，分析结果表明，锚索测力计、液压千斤顶、偏心受力均会造成监测数据发生偏差，但不是主要原因。

　　2)限位板尺寸不匹配是使监测数据发生偏差的主要原因，导致锚索提前被锁定，并因受过大的摩擦力导致张拉不到位。替换合适尺寸的限位板后，锚索测力计监测值与液压千斤顶输入压力较接近。

　　3)注浆浆体与围岩体界面抗剪强度不足将导致锚索失效，应严格控制注浆工艺质量及注浆后锚索施工时间间隔，并密切关注锚索张拉过程中浆体强度变化。

　　4)液压千斤顶卸荷时存在锁定应力损失，不同施工工艺、加压设备及地质条件下的应力损失不同，可根据锁定应力损失比平均值确定超张拉比例。