淺談黃土隧道中的錨桿

張祺

【摘 要】黃土隧道系統錨桿的作用效果問題一直是工程設計與施工人員爭議的焦點，本文對錨桿的作用與使用進行了簡要闡述。

【關鍵詞】黃土隧道；錨桿；施工方法；技術

0 引言

錨桿是地下工程的主要支護手段之一。20世紀60年代末期，隨著新奧法的發展以及全長黏結錨桿的出現，錨桿的使用范圍也不斷擴大，許多國家都在錨桿的作用機制和支護效果上進行了大量的研究，提出了錨桿的懸吊作用、組合梁作用、成拱作用、銷釘作用與支護作用等作用機制。我國的從事隧道工程的設計和施工人員也不斷的摸索，探究，取得了不少成果。錨桿可以分為對于硬巖，錨桿可以起到保持巖塊和控制巖塊的移動，使圍巖成為一整體，促進平衡拱形成的作用；對于軟巖，錨桿的作用效果是增加內壓，以減小圍巖塑性區和隧道變形；對于土沙類圍巖，錨桿的作用效果主要是加強拱腳穩定和防止掌子面崩塌。

關于黃土的工程特性、黃土隧道的設計與施工技術、黃土地層錨固機制以及黃土隧道系統錨桿的效果作用，國內都進行過深入研究，基本基于兩種觀點：一是認為黃土隧道的系統錨桿對隧道初支的穩定性不起作用，可以取消；另一種觀點認為錨桿對隧道初支的穩定性能夠起到一定的作用，應該設置，目前為止，很多設計院都趨于保守的觀點，黃土隧道都設計有邊墻及鎖腳處的系統錨桿。

筆者認為系統錨桿在邊墻及鎖腳的錨桿應該保留，在黃土隧道中的作用尤為重要，應該設置。

1 黃土隧道中錨桿設置的理論基礎

1.1 針對黃土隧道基底承載力低、側應力較大、濕陷性等特點，施工時嚴格執行“管超前、短開挖、強支護、早封閉、快成環、緊仰拱、勤量測、速襯砌”的施工原則，仰拱緊跟掌子面施工，以有效控制拱頂下沉和控制圍巖變形，保證隧道施工安全。而現在國內主要的隧道開挖方法是新奧法，而新奧法的主要支護手段就是錨噴支護，錨桿的設置在里邊起到關鍵作用。

1.2 目前，黃土隧道采用由鋼架、噴射混凝土、鋼筋網和系統錨桿共同組成的聯合支護結構非常合理，鋼架可以和伸入到圍巖內部的錨桿焊接，共同受力，主動加固圍巖、充分利用圍巖承載力。

1.3 黃土隧道中錨桿支護的效果提高了圍巖的彈性模量 E，黏聚力 c 和內摩擦角φ。對土體的穩定性發揮更大的作用。

1.4 錨桿和砂漿在黃土中的作用就如在地基中的地梁，能控制土體的局部變形，維持圍巖的穩定。

1.5 目前在黃土隧道施工過程中，通常采用的支護順序是：開挖→初噴射混凝土→立鋼架→掛設鋼筋網片→安設錨桿→噴射混凝土達到設計厚度，由于安設錨桿在架立鋼架之后，能和初支的鋼筋網和鋼架形成整體，可有效控制邊墻土體變形和噴射混凝土的開裂，還可在仰拱澆筑前控制鋼架的下沉。

2 黃土隧道中錨桿受力分析

2.1 黃土隧道中系統錨桿的作用機制

2.1.1 錨桿對不穩定巖體有很好的加固效果。在巖石隧道中，錨桿一端要錨固在穩定的巖體中，即要有錨固段，而另一端與不穩定的圍巖黏結在一起可產生共同變形，起到錨固作用。

2.1.2 借助于錨桿灌漿料與填土間的摩擦力來提高土體的抗剪強度，從而保證土體平衡。

2.2 黃土隧道中系統錨桿的力學狀態分析

2.2.1 下面從土體的變形分析黃土隧道拱部系統錨桿的力學狀態。黃土隧道開挖后，周圍土體要產生變形，其中包括：

（1）土體應力狀態發生了變化，產生了彈性、塑性、黏性變形。

（2）采用型鋼鋼架支護時，其背部混凝土噴射不到，存在空隙，誘發了土體下沉。

（3）施工過程中，土體被擾動后，后期產生壓密沉降。

（4）地下水位線以下的隧道，開挖后地下水要向隧道位置遷移，地下水位降低，土體中有效應力增大，土體會產生次固結沉降。

隧道開挖后，由鋼架、系統錨桿、鋼筋網、噴射混凝土形成的組合結構共同抑制土體的變形。在初期支護施作后，相對于土體的后續變形，錨桿是固定不動的，因此在淺埋黃土隧道或塑性區大的深埋黃土隧道，拱部系統錨桿受到了土體向下的摩阻力，相當于樁承受負摩阻力，因而拱部系統錨桿受壓。

所以由于黃土的自穩定性差，尤其在拱頂部襯砌噴射混凝土不能密貼圍巖，所有拱頂部位黃土的塑性變形區域較大，再加上拱頂部位錨桿施工工藝所限，注漿一般不飽滿，拉拔力一般不大，所以拱頂部位的錨桿作用效果不會太明顯。

2.2.2 土體工作時，土和錨桿一起承受外部和內部的荷載，由于土與錨桿之間的摩擦作用，將土中的應力傳遞給錨桿，而錨桿所產生的拉應力抵抗了土體的水平位移，就好像在土體中增加了一個內聚力，從而改進了土體的力學特性。因此，土與錨桿間的摩擦作用是土體能否穩定的一個重要因素。

假設錨桿與漿體間界面粘結非錨固系統薄弱面，而漿體與巖土體界面才是錨固系統的薄弱面。根據文獻[1]給定的公式Pmax=τp■Q2分析，邊墻處的系統錨桿的拉拔力由所用灌漿體與土體的極限粘結應力τp（土體與錨桿漿體的極限粘結力）決定的。

3 結論

研究了黃土隧道中錨桿的支護效果及機制，得到以下主要結論：

1）拱頂部位錨桿作用不大，由于國內的施工工藝所限，可以取消；

2）邊墻處的錨桿必須安設，以便維持圍巖的穩定，且要優化施工工藝，嚴格控制成孔工藝，選擇更適合黃土灌注漿液，以便加大與土體的錨固，同時固結土體，以保證圍巖穩定，切不可一味只最求進度，忽略質量，給工程質量留下隱患。

【參考文獻】

[1]魏新江，張世民，危偉.全長粘結式錨桿抗拔力計算公式的探討[J].巖石力學與工程學報，2006（7）.

[責任編輯：丁艷]