隧道施工支護(hù)中的錨桿作用分析

     公路隧道建設(shè)是提高公路等級，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型交通的重要措施之一，也是實(shí)現(xiàn)高速、快捷、安全運(yùn)輸?shù)闹匾こ淘O(shè)施，公路隧道在現(xiàn)代化公路交通運(yùn)輸發(fā)展中起著不可替代的作用。隧道施工地質(zhì)復(fù)雜多變，施工時必須對隧道進(jìn)行支護(hù)襯砌，噴錨襯砌支護(hù)是目前高等級公路隧道運(yùn)用最廣泛的支護(hù)襯砌方式，其核心工序?yàn)殄^桿支護(hù)。錨桿支護(hù)作為一種支護(hù)方式，與傳統(tǒng)的支護(hù)方式有著根本的區(qū)別。傳統(tǒng)的支護(hù)方式常常是被動地承受坍塌巖土體產(chǎn)生的荷載，而錨桿支護(hù)可以主動地加固巖土體，有效地控制其變形，防止坍塌的發(fā)生。錨桿支護(hù)的主要作用有懸吊作用、減跨作用、組合梁作用和擠壓加固作用。其作用機(jī)理分述如下：
　　懸吊作用：將不穩(wěn)定的巖層懸吊在堅(jiān)固巖層上，以阻止圍巖移動滑落。錨桿本身受拉，其拉力即為所懸吊巖體的重量，在塊狀結(jié)構(gòu)或裂隙巖體中，使用錨桿可將松動區(qū)內(nèi)的松動巖塊懸吊在穩(wěn)定的巖體上，也可把節(jié)理弱面切割形成的巖塊串連在一起，阻止其沿滑面滑動。
　　減跨作用：在隧道頂板巖層中打入錨桿，相當(dāng)于在頂板上增加了支點(diǎn)，從而使頂板巖體的應(yīng)力減小，起到維護(hù)隧道的作用。當(dāng)然，要使錨桿能有效的起到減跨作用，錨桿頂端必須錨固于堅(jiān)硬穩(wěn)定巖層中。
　　組合梁作用。在層狀巖層中打入錨桿，把若干薄層巖層錨固在一起，類似于將疊置的板梁組成組合梁，從而提高了頂板巖層的自支承能力，起到了維護(hù)隧道的作用。
　　擠壓加固作用：安裝在圍巖中的錨桿在受力后，可在其周圍一定范圍內(nèi)形成壓縮區(qū)，在錨桿系統(tǒng)中，壓縮區(qū)相互重疊從而形成一個連續(xù)的壓縮帶，使已破碎的巖層具有整體性或近似整體性，提高了其整體的強(qiáng)度和承載力。
　　以上所述各種錨桿作用是相互獨(dú)立的，應(yīng)根據(jù)巖層的不同特性選擇不同形式的錨桿，發(fā)揮不同的作用?，F(xiàn)以達(dá)陜高速公路獅子寨隧道為例作簡單闡述。
　　一、隧道設(shè)計(jì)概況
　　1.工程地質(zhì)概況。隧址區(qū)位于大巴山弧形構(gòu)造南端大洪山拗陷褶皺束內(nèi)，構(gòu)造帶由一系列大致沿走向延伸，線性分布的褶曲和斷層組成。褶皺多有復(fù)式構(gòu)造特征，與隧道大角度相交，構(gòu)造線延展方向與巖層走向大體一致。隧道進(jìn)口圍巖巖體軟弱破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道洞身位置巖溶中等發(fā)育，存在斷層和破碎帶。
　　2.初期支護(hù)體系設(shè)計(jì)。初期支護(hù)由砂漿錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等組成。錨桿孔采用YT28型風(fēng)動鑿巖鉆機(jī)鉆孔和安裝，注漿采用BW-250／50型液壓注漿泵，噴射混凝土采用TK-961型混凝土濕噴機(jī)。加強(qiáng)監(jiān)控量測，及時處理分析數(shù)據(jù)，修正支護(hù)參數(shù)，指導(dǎo)施工。
　　二、初期支護(hù)施工過程
　　1.錨桿組合梁作用機(jī)理。錨桿組合梁作用機(jī)理主要是依靠系統(tǒng)錨桿對圍巖的整體加固作用，使圍巖在一定深度范圍內(nèi)形成拱形承載結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮圍巖巖體抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，發(fā)揮圍巖的自承能力。
　　系統(tǒng)錨桿采用兩種型式：中空注漿錨桿和砂漿錨桿。這兩種錨桿都屬于全長粘結(jié)型錨桿，即用水泥漿或水泥砂漿作填充粘結(jié)劑，使錨桿和孔壁粘結(jié)牢固，提供摩擦阻力，阻止巖體發(fā)生位移，并通過安裝在孔口的錨桿托板對巖壁的約束力來抑制圍巖變形或承受圍巖荷載。根據(jù)設(shè)計(jì)文件中規(guī)定，隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用的是：噴混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。
　　錨桿安裝作業(yè)應(yīng)在初噴混凝土后及時進(jìn)行。在施工過程中，由于圍巖地質(zhì)情況的復(fù)雜性，尤其是在巖層層面或巖體主結(jié)構(gòu)面與錨桿布置方向平行時,系統(tǒng)錨桿作業(yè)不應(yīng)完全按照隧道開挖輪廓線徑向布置，而應(yīng)盡可能成大角度布置，由此才能把不利結(jié)構(gòu)面或巖層“串”在一起，有效地形成組合拱結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)錨桿成大角度布置安裝時，須注意以下幾個要點(diǎn)：隧道開挖后，應(yīng)及時觀察分析開挖面巖體的主結(jié)構(gòu)面或巖層層面的走向；對于錨桿需成大角度布置部位應(yīng)明確予以標(biāo)記或記錄；應(yīng)對錨桿鉆孔作業(yè)人員進(jìn)行認(rèn)真準(zhǔn)確的技術(shù)交底，技術(shù)交底內(nèi)容包括準(zhǔn)確的鉆孔部位、方向和深度，同時要求必須吹孔，以保證孔內(nèi)清潔；還應(yīng)充分考慮錨桿成大角度布置時應(yīng)避免施工中相互干擾或交叉作業(yè)，便于施工。
　　作為永久支護(hù)的全長粘結(jié)性錨桿，良好的全長粘結(jié)效果，不僅可以保證錨桿砂漿與孔壁的摩擦力，使錨桿與圍巖共同工作，同時還可以保證錨桿不受腐蝕，以利其長期的作用效果，要做到這一點(diǎn)，就必須確保錨桿全長注漿飽滿，使其與巖體連成整體。
　　2.錨桿懸吊作用的運(yùn)用。在局部范圍（約2～3m）內(nèi)，爆破開挖后圍巖巖體出現(xiàn)松動，產(chǎn)生裂隙，且?guī)r層呈薄層狀構(gòu)造，巖塊易發(fā)生塌落時，宜采用局部錨桿支護(hù)方式。
　　考慮砂漿錨桿工藝較復(fù)雜，且局部支護(hù)工程量較小，同時鑒于圍巖實(shí)際情況，現(xiàn)場改用φ22藥包錨桿。藥包錨桿不僅可以滿足錨桿全長粘結(jié)效果，發(fā)揮錨桿的懸吊作用，也可以保證錨桿的防腐蝕作用，而且工藝較簡單，便于施工。
　　局部錨桿支護(hù)的鉆孔布置應(yīng)盡量垂直于巖面，如受施工條件的限制，也應(yīng)保證成大角度布置。若錨桿鉆孔施工危險性較小，可在噴混凝土前及時進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)。在施工過程中，當(dāng)圍巖破碎，錨桿孔成孔困難時，一般可采用自進(jìn)式錨桿，即用鉆桿代替錨桿，并利用鉆桿中孔完成錨桿孔內(nèi)注漿，但注漿時間和注漿量較難控制，一般視圍巖破碎情況及施工組織安排現(xiàn)場確定。
　　3.錨桿抗拔力檢測。錨桿支護(hù)的錨固質(zhì)量檢測主要依靠錨桿抗撥力檢測，檢測周期為28天。本隧道經(jīng)過全面檢測，支護(hù)效果良好。
　　最大限度地利用和發(fā)揮圍巖的自承能力是隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)遵守的基本原則，通過前期勘探查明隧道的地質(zhì)條件，通過隧道開挖觀察圍巖的實(shí)際等級及分布情況，根據(jù)圍巖等級及狀況采取一些工程措施和合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，使圍巖的這一特性得以充分發(fā)揮，是我們在隧道施工支護(hù)方面要達(dá)到的基本目的。但是，由于隧道地質(zhì)條件千變?nèi)f化，不同圍巖地質(zhì)條件自身的承載能力的不同，以及在施工過程中所采取的開挖方式不同及其他人為因素，如支護(hù)時間的控制差異、施工工藝水平等，致使隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)形式在工程實(shí)施階段往往無法完全充分有效地發(fā)揮其作用。因此，我們在不斷完善錨桿支護(hù)作用機(jī)理理論的同時應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)圍巖現(xiàn)場監(jiān)測，掌握圍巖動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變規(guī)律，以便更好地指導(dǎo)施工。
　　三、結(jié)論
　　綜上所述，錨桿支護(hù)作為目前高等級公路隧道運(yùn)用最廣泛的支護(hù)襯砌方式，為了充分發(fā)揮錨桿的支護(hù)作用，首先要加強(qiáng)前期的地質(zhì)勘探工作，盡量明確圍巖的性質(zhì)及分布狀況，設(shè)計(jì)合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式；其次要加強(qiáng)圍巖現(xiàn)場監(jiān)測，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況隨時調(diào)整錨桿的布置方式和長度等；最后要做到嚴(yán)格按規(guī)范施工，從技術(shù)上保證錨桿的長期作用效果。