山岭公路隧道系统锚杆支护作用及其施工质量问题分析

李洪泉

(河北省高速公路京衡管理处，河北 衡水 053020)

0 引言

近年来我国公路建设正处于一个快速发展的阶段。隧道工程作为公路的主要组成部分，往往是高速公路的控制型工程，其施工安全对整个高速公路建设的安全、质量、进度与成本具有重大影响。

我国现行公路隧道的设计与施工都遵循新奥法的原则和理念[1]。在新奥法当中，锚杆是隧道围岩的主要支护手段，对围岩稳定能发挥重要的支护作用[2]，主要表现有悬吊作用、组合梁作用、减跨作用和整体加固作用等。

然而，以山岭公路隧道的工程实践来看，锚杆的施工质量存在一定的问题，主要表现在：锚杆数量少；锚杆长度不够；锚杆安插角度不能与岩壁垂直或与主要结构面大角度相交；锚杆注浆不饱满或不注浆；锚杆缺乏托盘与螺母等重要配件。

关于锚杆的施工质量问题，早已引起相关人员的重视[3～5]。本文通过对锚杆支护作用的阐述，结合公路隧道施工当中锚杆出现的常见质量问题，对这些问题的后果进行了分析，希望引起相关工程技术人员和管理人员的重视并采取切实可行的措施加以改进。

1 锚杆的支护作用

按照新奥法理论，隧道的主要支护手段是锚喷支护，其中锚杆的支护作用主要有悬吊作用、减跨作用、组合梁作用和整体加固作用等。

锚杆的悬吊作用是指将不稳定岩层悬吊在坚固岩层上，阻止围岩的移动滑落，如图1所示。

图1 锚杆悬吊作用示意图

锚杆的减跨作用是指在隧道顶板岩层中打入锚杆，相当于在顶板上增加了支点，使隧道跨度减小，从而使顶板岩体内的应力减小，如图2所示。

图2 锚杆减跨作用示意图

锚杆的组合梁作用是指在岩层中打入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力，如图3所示。

图3 锚杆组合梁作用示意图

锚杆的整体加固作用是指锚杆群锚入围岩后，其两端附近岩体形成圆环形压缩区，按照一定间距排列的锚杆在锚固力作用下构成一个均匀的压缩带，即承载环，如图4所示。

图4 锚杆整体加固作用示意图

2 锚杆的实际施工质量问题

公路隧道相关施工技术标准[6]对锚杆的施工质量均有比较严格的要求，如锚杆长度要大于围岩的松动圈，锚杆的角度要与岩壁垂直或者与主要结构面呈大角度相交，全长粘结型锚杆要求整个杆体长度范围内注浆饱满，锚杆必须配有托盘等。若达不到上述要求，则锚杆的初锚力及长期锚固效果将受到非常严重的影响。

然而在隧道工程的实际施工当中，由于种种原因，锚杆的施工质量往往存在一定问题，与规范规定的施工要求相差很远。图5为某高速公路隧道常见的锚杆施工现状，可见缺乏托盘与螺母等重要的配件，且其安插角度与围岩岩壁的夹角过小。

图5 无托盘的锚杆

另外，锚杆数量少，尤其是隧道开挖后最危险部位的拱顶几乎无锚杆、锚杆长度不够、锚杆注浆不饱满或不注浆也是现行山岭公里隧道当中常见的锚杆施工质量问题。

由锚杆的工作原理知，锚杆的末端应深入隧道松动圈之外的稳定围岩之中并与其牢固结合，当松动圈围岩发生变形或松动时，锚杆才能发挥锚固作用。如果锚杆长度太短，当其长度小于围岩松动圈的厚度时，整个锚杆会随着松动围岩的移动而移动，无法发挥作用（如图6中锚杆a）。即使锚杆长度满足要求，但其角度若与围岩岩壁夹角过小，则锚杆末端也不能深入到松动圈之外，从而发挥不了作用。图6中，锚杆b末端伸入到松动圈之外的稳定围岩中，能发挥锚固作用，而锚杆c的长度与锚杆b的长度相等，但锚杆c的角度与围岩夹角过小，导致其末端不能伸入到松动圈之外，从而不能发挥作用。

图5 锚杆长度与角度对锚固功能的影响示意图

3 建议与结论

系统锚杆支护是隧道工程施工中不可或缺的组成部分。系统锚杆的施工质量直接影响到隧道工程的施工及使用安全、隧道工程的使用寿命。为了避免在系统锚杆施工过程中出现以上问题，建议做好以下工作：

（1）加强施工现场管理，增强参建各方的质量意识，并采取相应的奖罚机制，真正将“质量第一”的思想落到实处。

（2）改变锚杆的检测方法，目前将锚杆抗拔力作为对锚杆质量的评定标准是不科学的。试验表明，对于杆体为螺纹钢的锚杆，只要杆体长度达到杆体直径的42倍时，握裹力将不再随锚固长度的增加而增加。也就是说，对于常用的Φ22砂浆锚杆，锚固长度不足1m就能满足要求。

（3）所有锚杆均使用锚垫板。

（4）将锚杆杆体基本参数、砂浆饱满程度、锚杆防腐性能作为对锚杆评定的主要标准。

（5）推广使用可以直接检测锚孔内砂浆饱满程度的方法和仪器，以解决施工后锚杆质量评定难点。

总之，锚杆施工质量问题出现的原因是多方面的，有对锚杆的重要作用不能充分认识和重视的因素，有监管方面的因素，有施工技术方面的因素等。不管何种因素，锚杆的施工质量若达不到要求，则锚杆就不能很好地发挥支护作用，为隧道施工埋下安全隐患甚至引起重大安全事故。因此，在今后的山岭公路隧道施工中，需要参建各方充分重视锚杆的支护作用，加强现场监督与管理水平，提高施工技术水平，使锚杆最大限度地发挥支护作用。

[1] 王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 关宝树.地下工程[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 李文涛.提高软弱围岩隧道锚杆施工质量[J].西部探矿工程，2005，（1）：117-118.

[4] 王慧峰.公路隧道锚杆施工及超声波无损检测[J].科学之友，2010，（9）：45-47.

[5] 李红，陈卫平，宋振欣.公路隧道锚杆支护施工质量控制[J].中外公路，2012，（S1）：125-128.

[6] JTG F60—2009，公路隧道施工技术规范[S].