隧道噴錨支護

韓學沖

摘要：為了使巖石隧洞拱部穩定，噴錨支護被廣泛用于地下隧洞的支撐設計中。采用錨噴支護技術施工其經濟效益和邊坡穩定效果更顯優越性，錨桿支護又與鋼筋網片等其他穩定體系結合使用，使其在進度、安全、社會效益、經濟效益等方面達到最優。正確的噴錨支護設計應該基于對噴錨支護加固的特性和洞頂巖石拱結構的機理兩方面都有一個清楚的認識。

關鍵詞：隧道圍巖；噴錨支護；洞頂巖石

1引言

為穩定巖體，世界各地都在使用噴錨支護。因為錨桿便宜，可靈活應用于改善地下隧洞的地質條件，設置容易、快捷。為加強洞頂圍巖強度而進行的合理的噴錨設計應該建立在對噴錨效果充分理解的基礎上，即應該清楚巖石結構的機理。洞頂巖體成拱的機理來源于拱橋的砌石拱。砌石拱具有“無限的”耐壓強度。但應避免沿著砌塊接縫產生的滑動以及拉應力。因此，在實際的洞頂支撐設計中，噴錨支護的目的就是阻止巖塊沿接縫滑動及出現拉應力，以形成自承拱。由于資料、水平有限，對有關問題研究并不十分深入，研究成果可能不入法眼，敬請批評指正。

2錨固原理及受力特點

2.1錨固原理

噴錨支護在洞室開挖后，支護及時，與圍巖密貼，柔性好，有良好的物理力學性能。它能侵入圍巖裂隙，封閉節理，加固結構面和層面，提高圍巖的整體性和自承能力，抑制變形的發展。在支護與圍巖的共同工作中，有效地控制和調整圍巖應力的重分布，避免圍巖松動和坍塌，加強圍巖的穩定性。它不像傳統的模筑混凝土襯砌那樣，只是在洞室開挖后被動地承受圍巖壓力，而是主動地加固圍巖。對噴錨支護作用原理的研究還不完善，有待進一步探索和改進。

2.2受力特點

當錨噴支護錨固段錨桿受力時。首先通過鋼筋或鋼管（鋼絞線）與周邊的水泥砂漿的握裹力傳到砂漿中，然后再通過砂漿與周圍土的摩阻力傳遞到整個錨固段。抗拔試驗表明，當拔力不大時.錨桿位移量極小。拔力增大，錨桿位移量加大，拔力增到一定量時，變形不能穩定，此時認為已經達到抗拔破壞，這種破壞是砂漿與土層間的摩阻力超過了極限。因此，必須通過結構設計計算來確定錨桿直徑和長度，鋼筋網的直徑和間距.保證錨噴支護結構的可靠性。

錨桿抗拔承載力還與土層的性質有關。承載力隨土層的力學性能、力學強度提高而增加，單位荷載的變形量隨土層的力學強度提高而減少。錨桿錨固段要盡可能埋入力學強度高的土層.如砂層、卵石層及巖層，并盡量采用擴孔錨桿或多節擴孔錨桿以增強錨固力。灌漿壓力對錨桿的抗拔有很大作用。

3噴錨支護適用條件

錨桿支護系統適用于地下水位以上較密實的砂土、粉土、硬塑到堅硬的黏性土層或巖層中的大型較深基坑，該體系可簡化支撐，節省勞力，比支撐施工能更有效地控制擋土支護的位移，使得開挖的基坑獲得廣闊的空間，且能夠加快工程進度。在高層建筑施工中一般基礎下多為地下室或人防工程，基坑開挖深度大，地面施工荷載大，邊坡暴露時間長，按照一般場地放坡尺寸很難保證邊坡的穩定，滿足不了施工要求，而噴錨支護系統由于其上述特點及優越性正好適用于該種邊坡的支護，因此近年來在深基坑支護中被推廣應用。

4不同圍巖噴錨施工

關于不同圍巖噴錨支護的施工：Ⅲ類圍巖噴錨支護施工。首先施工系統錨桿和初噴，加固圍巖。錨桿施工時盡量使錨桿方向垂直于巖面及層理面。這樣施工的好處在于使錨桿受力方向與圍巖變形方向一致，同時也可使錨桿穿過的層理數最多，增強錨桿對圍巖的組合梁效果。錨桿尾端預車絲口，并用螺栓將錨桿墊板錨于尾端，增強錨桿對圍巖的懸吊能力及其與其他支護的連接。錨桿施工后進行初噴。這樣完成對圍巖的初期支護.將圍巖變形控制在安全范圍以內。其次施工鋼筋網及格柵鋼架，復噴混凝土。鋼筋網可增加噴混凝土的柔韌性及抗裂性，格柵鋼架側可增加支護體系的剛度。Ⅳ，Ⅴ類圍巖噴錨支護施工。Ⅳ，Ⅴ類圍巖整體性較好，圍巖位移量較少。噴錨施工可按照先錨再噴的次序進行。此時錨桿主要對圍巖起懸吊加固作用，先施工個別裂隙圍巖及節理發育圍巖，保證施工安全，再進行掛網噴混凝土施工，封閉圍巖，防止圍巖風化剝落。噴射混凝土與掌子面間距一般控制在30m～80m左右，支護效果較好。

破碎圍巖地段噴錨支護施工。對于長度小于3m、破碎程度不大的地段，可結合局部超前錨桿進行支護施工。此時超前錨桿的作用是形成兩端支點在較好圍巖、中部在破碎圍巖中的簡支梁。將鋼筋網掛點在超前錨桿上，并立即進行噴混凝土施工，使噴錨支護在破碎帶處形成縱向及環向均受力較好的成片成環的支護結構。對于較大破碎帶的施工，其施工方法原理同上。只是其超前錨桿調整為受力更好的管棚，個別地段還需采取安裝格柵鋼架、墻背注漿等輔助措施。

一般圍巖段噴錨支護施工的最佳效果。噴錨支護施工時錨桿徑向施工則可發揮錨桿支護的最佳效果，從而整體提高噴錨支護的效果，這個結論可從分析中看出：a.由錨桿對圍巖的加固作用上分析，錨桿徑向施工所形成的拱效應，其范圍是最大的，相應的，隧道周圍圍巖所形成的“護拱”其厚度亦是最大的，支護作用最強；b.圍繞徑向錨桿能夠形成一環向連續的加固帶，其對圍巖的加固效果好于其他非徑向錨桿；c.徑向錨桿受力方向與噴混凝土的受力方向一致，最大限度的發揮了錨桿與噴混凝土共同受力的性能，從而提高了噴錨支護的效果。

結語：總而言之，錨噴支護是以充分發揮和利用圍巖的自承能力為基點的，錨桿的作用就是提高圍巖的抗變形能力，并控制圍巖的變現，使圍巖成為支護體系的組成部分。錨桿支護既能用于軟弱巖層和膨脹性巖層中隧道的開挖支護，又能用于整治塌方和隧道襯砌的修復補強。目前，對于錨噴支護作用原理的認識和理論解釋還不能充分反映其深刻內涵。endprint