软岩洞室锚注支护研究现状与展望

刘潘 金鹏 杨翔麟

摘 要：文章介绍了软岩洞室锚注支护体系的概况和基本特点，回顾近年来我国软岩洞室锚注支护研究的代表性成果，并作出相应的简要分析和总结；在此基础上，讨论了软岩洞室锚注支护研究中存在的一些问题以及可深入研究的方向。

关键词：软岩；洞室；锚注支护

锚固技术作为一种经济高效地改善岩土体应力状态与力学性能的工程手段，已在地下洞室、边坡加固与滑坡治理等领域保持着良好的发展态势[1-3]。近年来围绕软软岩洞室围岩的锚固研究，众多学者通过长期的探索，得出了诸多有益的理论和方法，推动了软岩洞室锚固技术的长足进步。文章简要阐述当前软岩洞室锚注支护的研究现状与成果，通过分析与总结，讨论了存在的问题和相应展望，为相关工作提供参考。

1 软岩洞室锚注支护体系概述

锚注支护技术是将锚杆支护和注浆支护这两种洞室支护基本形式有机结合，以此形成的一种新型支护技术。该技术利用锚杆兼做注浆管实现外锚内注，一方面通过注浆将破碎围岩胶结成整体，在洞室围岩内形成一连续的注浆加固圈；另一方面通过锚杆与围岩相互作用在围岩内又形成一锚杆加固圈，从而充分调动围岩自身的承载能力，达到控制洞室稳定性的目的[4]。同时，具有成本低、工艺简便以及实用性好等优点。

2 软岩洞室锚注支护研究现状

实践表明，锚杆支护的锚固力大幅取决于对象岩体的力学性能，传统的锚杆支护体系已不能满足深部软岩以及高应力软岩洞室围岩的施工要求。杨新安等[4-5]针对我国软岩洞室锚杆支护系统支护强度不足等特点，在试验研究基础上首次提出了锚注支护加固技术，由此拉开了锚注支护技术的序幕。因运而生的锚注支护体系成为研究热点，针对其支护机理与效应的研究较为活跃。刘长武等[6]研究和论证了软岩巷道全断面锚注加固的力学原理作用机制，通过计算分析，提出了确定锚注加固参数的理论计算公式。刘全林等[7]根据软岩巷道锚注机理，基于体力代替锚杆作用、注浆改变围岩力学性能的思路建立了锚注支护计算的力学模型，并应用粘弹性理论对具有流变特性围岩的变形进行推导分析。王连国等[8-9]对软岩巷道锚注支护进行了数值模拟研究，建立了锚杆支护巷道和锚注支护巷道两个模型，对比了支护前后围岩的应力、位移及塑性区的变化情况。以上研究结果表明，在软岩条件下巷道应力分布集中，普通锚杆的围岩稳定支护较差，而锚注支护注浆既加固了围岩，改善了巷道围岩本身的力学性能，缓解围岩特别是底角处的应力集中，又给锚杆提供了可靠的着力基础，从而缩小应力分布范围，减小巷道位移，显著提高围岩强度和承载能力，支护效果大幅优于其他方式。吴宇等[10]利用RBF神经网络，进行了软岩锚注巷道围岩变形量的时序预测研究。通过所建模型的预测值与实测值对比研究，分析了软岩巷道锚固后在时间上的变形规律。该模型下的预测变形结果不仅可以为变形规律研究以及注浆参数选择提供有力参考，还可以反映出软岩巷道锚固的有效性。王连国等[11]将锚注加固区细分为弹性区和塑性区，对锚注前软岩巷道围岩弹塑性以及锚固后锚注体黏弹塑性进行了理论对比分析。以鲍埃丁·汤姆逊模型为基础，建立和推导出软岩巷道锚注支护结构的蠕变分析模型和蠕变公式，得出了结构弹性区、塑性区应力变化的规律，对锚注支护作用机理作了更进一步细化研究。李慎举等[12]进行了破碎围岩锚注技术中浆液扩散规律研究。运用渗透张量法建立了浆液在破碎围岩中扩散的基本方程，在此基础上通过对破碎围岩巷道锚注加固浆液流动的数值模拟，分析了注浆压力和注浆锚杆布置与浆液扩散规律的关系。

3 分析总结与展望

綜上所述，从改变围岩的力学性能出发，利用锚杆与注浆加固相结台的方法将破碎的软弱围岩胶结成整体，可以较好地整合围岩内部松散结构，有效提高洞室围岩的强度和变形模量，在调动和改善围岩自身承载能力的同时继续发挥锚杆支护的优势，实现支护结构和软岩巷道的稳定。同时，对于深部软岩洞室的大变形问题，锚注支护能够发挥巨大作用。

从研究成果来看，基于数模推导的公式及参数、试验数据分析以及工程应用，不同角度的研究使对锚注支护体系加固机理与效应有了较为清晰的认识，该项技术已在一定程度上被认知和证实，应当认为，软岩洞室锚注支护技术已相对成熟。但同时随着研究的深入和相关工程应用的开展，该技术仍暴露出一些问题值得完善。例如，现有技术手段均缺乏对锚固参数提出精确而广泛的计算方法，以简化和假定条件为基础的计算方法能够在相应工程中得到应用论证，但使用面存在狭窄的局限性。数值模拟的假定简化前提是否有理论解释与指导意义、现场与室内试验的差异性定量描述以及结合工程应用需求的高效性、经济性技术等方面留有研究空白，针对建立系统的全面支护理论经典体系的研究仍有进一步的探求空间。

此外，针对软岩水工隧洞锚固的理论研究与分析较少，大多是基于实际工程的施工应用探索研究[13-14]。根据现有研究基础，可进一步探究软岩水工隧洞锚固体与围岩在隧洞运营期共同承受内外水压力的机制与能力，针对不同条件建立定量的承压分担理论，与此同时也可进一步探究裂隙、孔隙、管道水介质对锚固围岩体的影响，为锚固体的工后检测提供参考。

参考文献

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[6]刘长武，褚秀生.软岩巷道全断面锚注加固的力学原理与应用[J].工程力学，2000，17（5）：131-138.

[7]刘全林，杨敏.软弱围岩巷道锚注支护机理及其变形分析[J].岩石力学与工程学报，2002，21（8）：1158-1161.

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[10]吴宇，王连国，李青峰.软岩锚注巷道围岩变形量的时序预测[J].采矿与安全工程学报，2006，23（4）：456-459.

[11]王连国，张健，李海亮.软岩巷道锚注支护结构蠕变分析[J].中国矿业大学学报，2009，38（5）：607-612.

[12]李慎举，王连国，陆银龙，等.破碎围岩锚注加固浆液扩散规律研究[J].中国矿业大学学报，2011，40（6）：874-880.

[13]任金明，李新宇，胡永福，等.大型水工隧洞初期及超前支护技术应用实例[J].水电与新能源，2011，（5）：4-7.

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作者简介：刘潘（1991-），男，研究生，主要从事岩土、水利方面研究。