锚杆在隧道支护中的应用研究

班富理

摘要：锚杆是锚喷支护的重要组成部分,目前广泛应用在隧道的初期支护中.本文分析了锚杆在隧道支护中的作用，并以实际工程为例探讨了锚杆在隧道初期支护中的应用技术。

关键词：锚杆；隧道；初期支护

中图分类号：U455.7+1文献标识码：A

一、锚杆在隧道支护中的作用

在当前的隧道支护体系中，锚杆是一种十分有效的支护方式，其运用非常广泛，类型也较多，但是锚杆在隧道支护体系中到底发挥怎样的作用还不十分清晰。通常认为锚杆的加固效应有4种：悬吊效应、增强效应、成拱效应和内压效应。锚杆的作用除了上述4种外，在地质条件较差的软弱围岩地段，还有稳定初期支护钢拱架作用。由于锚杆的存在，不仅为钢拱架的现场安装提供了方便，而且在一定程度上稳定了承受较大压力的相对较薄的初期支护，不致使其产生局部或整体失稳，同时锚杆还可以减少初期支护与围岩之间产生的相对位移，防止初期支护产生过大的整体下沉。

实际上，锚杆的加固作用是多种效应同时产生作用的结果，不同的锚杆布置方式、在不同的地质条件下，将有某一效应起主导作用，而其他效应居次要地位。对于相对完整的Ⅰ，Ⅱ级围岩地段的局部锚杆，其主要发挥悬吊作用，以加固不稳定块体为主；对于相对破碎的Ⅲ，Ⅳ级围岩地段的系统锚杆，其主要作用以形成具有一定承载能力的承载拱为主；而对于十分软弱的Ⅴ，Ⅵ级围岩，锚杆（锚管）的主要作用则以稳定初期支护钢拱架为主。同时，锚杆的效应与锚杆的布置方式有关，如局部锚杆主要发挥悬吊效应，而系统锚杆主要发挥成拱效应。本文的主要研究工程将结合公路隧道的设计和施工实践，深入分析系统锚杆的工作原理及其适应性。

二、锚杆在隧道支护中的应用

（一）工程概况

某隧道全长1385米；为H市连接新城区和旧城区的市政公路交通隧道。进口段位于闹市区，洞身穿越火车站站前台阶、广场、车站、候车室、铁路轨道、游乐园等建筑，围岩类型主要以松散人工填土、卵砾泥结石层、泥岩层、泥质粉砂岩等为主，进口段153m在埋深10～16m的条件下，地表建筑物在施工中保还完好，不受损坏，施工难度极大，成为整个隧道控制中的难点地段。隧道是按新奥法原理设计的复合式衬砌。

针对进口段的地质特点、经过认真分析和比选，我们采用了在长管棚，短管棚做超前支护的基础上，又采用wTD25径向锚杆系统。这是因为WTD锚杆具有以下特点：WTD锚杆配合特制的锚头、止浆塞、垫板、螺母，采用先锚后灌法施工，在锚头和止浆塞的共同作用下，可使水泥砂浆充填锁孔后随注浆汪力的升高，水泥沙浆可大量地渗透进围岩裂缝，达到固结地层、改良围岩的整体稳定性，将注浆锚固合二为一，彻底解决了普通砂浆锚杆和ZW药包锚杆浆液不饱满和注浆无压力的根本问题，利用表面的连续螺纹可通过联结套将锚杆加长，并且可以非常容易地将其做成预应力锚杆并施加一定吨位的预应力。

（二）施工参数设计

在H隧道的进口段，wTD锚杆主要用来做径向初期支护，做法是，在开挖后的轮廓面上按设计标出锚杆的位置打设锚杆孔，然后压注水泥浆，在隧道的开挖轮廓线外目形成一整体支护结构，控制了围岩的变形，减少围岩的下降量,保护地表建筑的安全。

1、初期支护参数

系统锚杆采用3m／根的WTD25型中空注浆锚杆，纵向、环向间距均为100cm，梅花型布置；拱墙设钢格栅，间距50cm，钢格栅每侧拱脚设4m／根的WTD25中空注浆锁口锚杆，按梅花型布置在钢格栅的两侧，环向间距50cm；挂∮6双层钢筋网，网格尺寸为15cm×15cm，喷射混凝土厚25cm。

2、喷射混凝土材料及机具选定

（1）机具

喷混凝土采用Bz—5型混凝土喷射机，压力为0.2～0.4MPa。

（2）水泥及细骨科

采用425并普通硅酸盐水泥；细骨料选用山西原平市忻口砂，砂率控制在50％，含泥量≤3％。

（3）粗骨科

采用规格为7～15mm的碎石，经试验选用石灰岩生产的各项指标均达到设计要求的碎石。

（4）粘稠剂

选用STC型粘稠剂，经现场试验，最佳掺量为水泥用量的10％，3min初凝，6min终凝，而且可大量减少回弹量。

（5）水灰比

水灰比过大、过小都会使混凝土回弹量增加，浪费大量的材料；经现场多次试验确定，水灰比为0.47的混凝土喷射效果最佳。

3、喷射混凝土

开挖后为缩短围岩的暴露时间，防止围岩进一步风化，必须先初喷混凝土3～5cm厚再封闭围岩；待钢格栅及钢筋网安设好后，再喷混凝土10～12cm°;最后在下一循环喷射混凝土时分两次喷射至设计厚度。(1)采用掺STC型粘稠剂半湿式喷射混凝土工艺，减小洞内粉尘污染及回弹量。(2)喷射前用高压风将岩壁面的粉尘和杂物吹干净，水泥、粗、细骨料加少量水，用搅拌机干拌，水量按水灰比配制混凝土应加入水总量的20％；拌好后将干料运至喷射作业点再进行人工拌和，并按水泥用量的10％掺入粘稠剂。(3)喷射作业分段、分片由下向上依次分层进行，每段长度为3m。为加快混凝土强度的增长速度及提高混凝土的喷射效果，用多盏碘钨灯提高作业环境温度。(4)喷头喷射方向与岩面偏角小于10，夹角为45°；喷头至受喷面距离在0.6～1.0m之间，喷头呈螺旋形均匀缓慢移动，一般绕圈直径在0.4m为宜。

4、钻孔及安装锚杆

锚杆孔位置误差不大于±15cm，梅花形布置。锚杆孔位允许偏差为±150mm。钻眼深度允许偏差为±50mm。锚杆应垂直于开挖岩面布设。杆孔深度大于锚杆设计长度10cm，锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。钻孔后，孔内石粉必须用高压水冲洗干净。钻到设计深度时，若流出的岩粉呈黄色或褐色，或钎头冲击异常时，说明遇到较软弱的岩石或破碎夹层，则变更锚杆深度与位置。设置垫板的锚杆，垫板应紧贴围岩，围岩不平时要用M10砂浆填平。锚杆孔内灌注1：1（重量比）水泥浆，锚杆孔内灌注浆液应密实饱满。锚杆体露出岩面长度不应大于喷层的厚度。

5、注浆

注浆前，首先检查排气管是否畅通，若排气管堵塞，应先将其疏通再开始注浆。注浆开始或中途停止超过30 分钟时，应用水或稀水泥浆润滑注浆罐及其管路。注浆时，注浆管应插入至距孔底50～100mm。先注浆的永久支护锚杆，应在孔内注满浆后立即插入杆体；后注浆的永久支护锚杆，应在锚杆安装后立即进行注浆。若孔口无砂浆溢出，则应及时采取措施进行补注。

三、施工质量纠正和预防措施

1、按照设计要求布设锚杆，用凿岩机钻孔，成孔后进行清孔。将安装好锚头的中空注浆锚杆插入孔底，安装止浆塞、垫板、螺母，然后连接注浆管，用注浆泵通过尾部向孔内注浆，浆液采用水泥砂浆，注浆压力控制在0.3～1.0MPa。注浆顺序自下而上逐根进行。注浆后将止浆塞塞入钻孔，用速凝水泥封孔。

2、为防止串浆可采取跳打施工，即先施工奇数孔序，再施工偶数孔序。

3、发生串浆后的处理措施：对串浆孔与注浆孔同时注浆，采用分浆器，利用一台注浆泵同时对多根锚杆注浆。

4、发生大量漏浆时，采用以下原则进行处理：采用低压、浓浆、限流、限量、间歇注浆的方法进行灌注或注入其他充填料先堵大通道再采取第一种方法进行处理。

5、涌水处理：在孔口有涌水的注浆孔段，注浆前测量记录涌水压力、涌水量，然后根据涌水情况选用下列综合措施处理。第一，采用较高的压力，自上而下分段注浆。第二，采用浓浆进行屏浆1～24h后再闭浆，并待凝。第三，采用纯压式注浆。第四，用速凝浆液处理。

参考文献

[1]陈建勋,乔雄,王梦恕.黄土隧道锚杆受力与作用机制[j]. 岩石力学与工程学报, 2011年8期.

[2]陈力华,林志,李星平.公路隧道中系统锚杆的功效研究[j]. 岩土力学, 2011年6期.