隧道锚杆支护机理及关键问题探讨

蒋剑蓬

（宏远建设有限公司，浙江 温岭 317500）

前言

公路隧道建设在我国的交通运输发展中起着不可替代的作用，为了提高我国公路工程的质量，隧道建设是很重要的环节，隧道建设的成果体现在是否为企业节约了更多的资源和良好的施工环境，将公路隧道建设的重要措施集结起来，这样才能实现公路隧道的高速运转、安全便捷。由于隧道工程具有多变性和复杂性，在施工过程中必须要对隧道进行支护衬砌，目前为止，最为高端的公路隧道建设中应用最广泛的支护衬砌方式是喷锚，喷锚初衬支护的核心工序就是锚杆支护，支护方式中的锚杆技术与传统的支护方式有着根本上的差别，与传统的支护方式相比较，现在的支护方式更加主动地处理坍塌岩土体所发生的荷载现象，防止变形并通过合理有效的方式方法阻止了坍塌现象的发生。锚杆支护机理的主要作用有悬吊作用、减跨作用、挤压加固作用。

1 锚杆支护机理所产生的作用

1.1 锚杆支护机理的悬吊作用。为了防止围岩因为移动而滑落，在施工作业的时候应该在牢固的岩层上面紧紧勾住不稳定的岩层，吊起来岩体的重量就是锚杆所受到的拉力，可以将松动的岩块通过锚杆固定在稳定的岩体上面，也可以通过切割把岩块通过串连加以固定，有效地防止滑动或者是脱落。

1.2 锚杆支护机理的减跨作用：将锚杆钉在隧道顶层的岩层中，这样就等于为隧道顶层设立一个支点，使顶层所受的压力减小，从而起到了延长隧道使用寿命的作用。需要注意的是锚杆虽然起到了减跨作用，但是锚杆在顶层必须固定在牢固的岩层中。

1.3 锚杆支护机理的挤压加固作用：锚杆固定在岩层中所受到的压力，可以使固定的区域形成一定的压缩范围。运用了锚杆支护机理的挤压加固作用可以将固定区域反复重叠形成了不断连续的压缩带，将已经破碎的岩层重新连接起来形成一个整体性，增加了岩层的承载能力和受压能力。

通过对以上三种锚杆支护机理所产生的作用论述，不难看出每个锚杆支护机理的作用都是作为独立的个体进行施工作业，而锚杆注浆后，浆液对围岩裂隙的粘结作用，使破碎围岩除受锚杆的悬吊外还因粘结形成整体。按照实际施工作业所发生的不同状况，进行不同方式的锚杆支护机理，充分发挥好锚杆支护机理的作用。

2 隧道工程设计

2.1 隧道地质勘察。在隧道施工之前要看隧道位置处于什么状况，其大致的结构和具备的施工特点，具体的岩层呈什么形状分布，岩体是否容易滑落、断层、抗压能力薄弱等现象发生的可能性。

2.2 初步阶段的锚杆支护设计。在具体实施支护的时候具体由中空锚杆、砂浆锚杆、钢筋网、喷射混凝土等组成。在钻孔时应该选择什么型号的锚杆孔和混凝土喷射机进行安装。加强对岩层的实时监控和测量，发现问题及时处理并加以分析所产生的数据，准确应用锚杆支护的参数，更好地对施工过程进行指挥。

3 施工过程中的锚杆支护

3.1 锚杆支护的组合梁技术应用。组合梁技术主要是通过锚杆支护起到对整体岩层进行巩固的作用，在构造内部当中使围岩成为具有承载能力的拱形结构，外部及整体具有高抗压能力的鲜明特点，充分发挥围岩本身的承受能力。

3.2 施工过程中的锚杆支护形式。锚杆支护所运用的两种形式为：中空注浆锚杆和砂浆锚杆。这两种锚杆技术是当前隧道工程中应用最为广泛，效果最好的技术。它们都是施工中粘接能力最强的，在使用过程中通过其本身具备的摩擦力，避免岩体移位的可能性发生，并通过安装程序有效的增强了约束能力从而有效地控制了围岩变形或者是围岩荷载承受力不足的通病。

3.3 施工过程中的锚杆安装。第一次喷射混凝土之后就要进行锚杆安装，在整个隧道工程施工中，由于围岩的地质和环境等情况呈复杂性、多变性，特别是整体构造和施工层面应与锚杆的方向是互相平行的，锚杆安装不应千篇一律地按照隧道开挖时的轮廓进行布置，有别于小角度的布置，这样才能避免整体结构和层面"连"在一起，组成特殊的拱形构造。在锚杆安装的过程中，应特别注意几个方面：隧道开始挖掘的时候，应对要挖掘部分的周围情况和整体结构趋向进行勘查研究，对要进行挖掘的部分作标记或者是用图纸记录。关于技术的工作应根据锚杆钻孔的施工人员进行准确的交底，尽量避免锚杆在施工过程中产生的干扰因素和角度布置，这样便于施工顺利进行。

4 锚杆支护机理的运用

4.1 局部锚杆支护。隧道工程在爆破后进行的开挖施工会造成围岩岩体的松动现象发生，在局部的2厘米至3厘米左右范围会出现因为爆破所产生的裂痕，而且爆破后的岩层会比较薄弱，容易发生滑落或是坍塌事故，这时候施工单位应采用局部的锚杆支护方式。由于局部锚杆支护的总工程量比较小，而且技术较复杂，应根据不同的围岩情况进行灵活施工，充分发挥出布局锚杆支护的作用，保证了锚杆支护的技术。

4.2 锚杆支护的钻孔。锚杆支护的钻孔作业应测量好岩面与锚杆的比例，如果在施工过程中因为条件原因受到作业限制，也应该尽可能的排除小角度的布置。锚杆支护钻孔应该在喷射混凝土之前进行施工作业，这样可降低锚杆钻孔的危险性，在隧道工程施工过程中，可能会使围岩碎裂，为锚杆钻孔制造了难度，这种情况应当利用钻杆技术代替锚杆支护，控制好注浆的量，在实际操作中还要根据围岩碎裂程度以及施工设计组织的情况进行作业。

4.3 锚杆支护的检测。制定检测周期，定期地对锚杆支护进行检测，要跟据锚杆支护的质量检测结果进行备案记录，通过全面检测使锚杆支护的效果达到最好。

隧道衬砌支护的操作原则应该严格按照行业内的操作规范进行施工，有效地发挥围岩的自我承受能力，把围岩的应有价值发挥到最大，通过施工前对施工现场的勘探，尤其是隧道工程的地质条件和环境，隧道工程施工阶段也要对围岩的实际情况和分布情况进行考察，然后根据现场勘查的情况采取相应的措施和解决方案，使围岩的体术性能得以充分发挥，这是施工单位在隧道工程中的主要任务目标。但是，不同的隧道工程和地质条件以及环境都是不尽相同的，那么围岩的自我承受能力也是不同的，造成了在施工过程中的挖掘方式以及人为因素所产生的影响也是客观存在的，例如：支护在控制的时候因为时间所产生的差别、施工技术水平等，导致了隧道工程的支护方式往往处在实施阶段的时候就出现问题，从而导致了其应有的作用没有完全发挥出来。所以，施工单位在强调锚杆支护机理作用的时候，不应该只注重加强对理论的学习，还应该不断通过实际操作来完善锚杆支护机理，同时也要对围岩的现场勘探进一步加强，把握好围岩和锚杆支护的理论实践相结合，可以使施工单位能更好地现场指导施工工作。

结论

综上所述，目前为止，我国公路隧道工程项目施工中应用最为广泛的支护衬砌方式就是锚杆支护，施工单位要做好施工前的勘探工作，对地理环境和路面要仔细勘察，准确分析研究周围的自然状况以及分布情况，制定合理有效的支护结构设计方案，根据施工过程中对锚杆支护的运用和布置要根据现场的实际情况进行调整，做到安全施工、文明施工，充分发挥好锚杆支护的技术水平，保证了企业的长远发展。

[1] 江正荣.实用建筑工程施工工程师手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.

[2] 郭小红，王梦恕.隧道支护结构中锚杆的功效分析[J].岩土力学，2007(10).

[3] GB.50086-2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].