浅论锚喷法施工

摘要：简述了锚喷法施工的特点、理论及施工要点，介绍了支护手段、施工顺序以及锚喷法的适用范围。指出了锚喷法施工的缺点，并对锚喷法施工进行了展望。

关键词 锚喷法；施工；巷道；光爆

锚喷法即锚杆加喷浆对巷道施工方法的简称，它是以巷道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的实践和理论研究，于20世纪60年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展，已成为现代巷道工程新技术标志之一。20世纪60年代锚喷法被介绍到我国，20世纪70年代末80年代初得到迅速发展。至今，在所有重点难点的井巷工程中都离不开锚喷法，锚喷法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑巷道的一种基本方法。下面仅对锚喷法施工进行论述。

一、锚喷法施工特点

1.及时性

锚喷法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开掘作业面施工，因此，可以利用开掘施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面黏结性，因而保证了支护的及时性和有效性。在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。

2.封闭性

由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。

3.黏结性

喷锚支护同围岩能全面黏结，这种黏结作用可以产生三种作用：⑴联锁作用，即将被裂隙分割的岩块黏结在一起，从而保持围岩的稳定性。⑵复合作用，即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同支护围岩。喷锚支护具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用。⑶增加作用，开巷后及时进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩为双方向受力状态，提高了围岩的黏结力C和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。

4.柔性支护

喷锚支护属于柔性薄性支护，一方面能够和围岩紧粘在一起共同作用，使围岩的自承能力得以充分发挥。另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏。

二、锚喷法理论要点及施工要点

1.锚喷法与传统施工方法的区别

传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩。而锚喷法认为围岩是一种承载机构，锚喷与之构筑薄壁、柔性、紧贴的支护结构来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定；锚喷法将围岩视为巷道承载构件的一部分。因此，施工时应尽可能全断面掘进，减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施，减少对围岩的震动，以保全其整体性。锚喷法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩—支护系统，保持两者的共同变形，故可以最大限度地利用围岩本身的承载力。

2.保护巷道围岩自身的承载能力

锚喷法施工在巷道开挖后采取了综合性措施：构筑防水层、给支护留变形余量、封闭围岩等，都是为保护巷道围岩的自身承载能力，提高围岩强度。

3.发挥围岩的固有强度

允许围岩有一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度。支护结构具有一定的变形量，允许巷道围岩产生一定的变形，以缓和来自巷道的巨大压力，进一步减轻支护荷载。

4.锚喷法施工过程中量测工作的特殊性

由于施工条件的复杂性，以及对工程设计参数的精确要求，要通过许多量测手段，在施工过程中对围岩动态和支护结构工作状态进行监测，并用监测结果修改施工设计，指导施工。对锚杆的测量主要有锚杆拉拔试验及用力矩搬手测量锚杆紧固度，量测的结果可以作为施工现场分析参数和修改设计的依据，因而能够预见事故和险情，提高施工的安全程度。

三、锚喷法的主要支护手段与施工顺序

锚喷法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩紧密黏结的可缩性支护结构，允许围岩有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。施工顺序可概括为：开挖→临时支护→二次支護。

1.开挖

开挖作业依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。为保护围岩的自身支撑能力，临时支护工作应尽快进行。为了充分利用围岩的自身支撑能力，开挖应采用光面爆破（控制爆破）或机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时，可以采用分块多次开挖。岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差时长度可小一些，在同等岩质条件下，分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度就要小一些。一般在中硬岩中长度约为2.0～2.5m，在膨胀性地层中大约为0.8～1.0m。

2.支护作业

第一次支护作业包括：初喷射混凝土、打锚杆、挂网、立拱架、复喷混凝土。在巷道开挖后，应尽快地喷一层薄层混凝土（5～10mm），为争取时间，在较松散的围岩掘进中第一次支护作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣，布置锚杆，加固深度围岩，在围岩内形成承载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外拱，起临时支护作用，同时又是永久支护的一部分。复喷后，应达到设计厚度（一般为100mm），并要求将锚杆、金属网、拱架等覆裹在喷射混凝土内。完成临时支护的时间非常重要，一般情况应在开挖后围岩自稳时间的1/2时间内完成。目前的施工经验是松散围岩应在爆破后3h内完成，并考虑实际施工条件而定。

在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层（如风化花岗岩）中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时间，给一次支护争取时间，需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护（预支护），然后再开挖。

在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器或测点，如常用的顶板离层仪，进行围岩位移和应力的现场测量，并随时记录，依据测量得到的信息来了解围岩的动态以及支护抗力与围岩的相适应程度。一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底，即永久性的支护（补喷射混凝土或浇注混凝土内拱），起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监测结果得到。对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以，应尽快封底，形成封闭式的支护，以求围岩的稳定。

四、锚喷法适用范围

1.锚喷法适用范围

⑴具有较长自稳时间的中等岩体；⑵弱胶结的砂和砾石以及不稳定的砾岩；⑶强风化的岩石；⑷刚塑性的黏土泥质灰岩和泥质灰岩；⑸坚硬黏土，也有带坚硬夹层的黏土；⑹微裂隙的，但很少黏土的岩体；⑺在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石。

2.在下述條件下应用锚喷法必须与一些辅助方法相配合

⑴有强烈地压显现的岩体，要使用加密支护等措施配合；⑵膨胀性岩体，要使仰拱与底部锚杆相配合；⑶在一些松散岩体中，要使钢背板与之配合；⑷在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合。

3.在下列场合中应用应慎重

⑴大量涌水的岩体；⑵由于涌水会产生流砂现象的围岩；⑶极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体；⑷开挖面完全不能自稳的岩体等。

五、锚喷法的缺点

1.锚喷法实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人员都十分熟练，否则，就易于发生错误。

2.开挖暴露出的地质会立即改变其状态，因此要求施工地质人员要亲临现场，以便发现问题。

3.不能控制的施工量测，往往给施工带来不便。

4.干喷射带来的灰尘及高回弹率易受化学药品的损害，因此，必须加强防护，尤其是对眼睛的防护；湿喷虽然可以避免此点，但在同样条件下，不如干喷能有效地支护岩体。

主要参考文献：

[1]吴再生.井工程巷[M].北京：煤炭工业出版社，2005。

[2]东兆星.井工程巷[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009。

[3]杨相海.井工程巷（第三版）[M].徐州：中国矿业大学出版社，2013。

作者简介：付开友（1966?-），男，汉族，采矿工程师，现在师宗县煤炭局从事专业技术工作