喷锚支护技术在工程中的应用及发展趋势研究

■李启帆，张 伟，李 英，张 超

■1.空军勤务学院机场工程与保障系，江苏 徐州 221000;2.空后机场营房部，北京 100036;3.中南航空港工程建设总队，湖南 衡阳 514500

自上世纪50年代喷锚支护技术问世，随着新奥地利隧道施工方法的推广，已逐渐在世界各地水工、建筑、铁道、矿山等部门广为应用。这种技术最开始的应用范围仅局限于对岩体进行加固的工程项目中，随着建设施工的发展，逐步开始应用到土体的加固工程中。20世纪80年代，我国将喷锚支护技术引人到高边坡治理工程和隧道支护建设工程中，取得较好的效果。90年代，喷锚支护技术被运用到深基坑项目中，并通过多个案例施工实践得到广泛的推广，均取得良好成效。

1 喷锚支护技术在工程中的应用

喷锚支护是指锚杆支护、喷射混凝土支护以及它们与其他支护结构的组合，国内广泛应用的喷锚支护类型包括:锚杆支护、喷射混凝土支护、锚杆喷射混凝土支护、钢筋网喷射混凝土支护、锚杆钢架喷射混凝土支护以及锚杆钢筋网喷射混凝土支护[1]。

1.1 在深基坑支护中的应用

徐州中央国际广场C地块深基坑工程基坑开挖深度为19.6m。由于基坑围护工程施工时，北侧百货大楼正常营业，含有两层地下室，基础形式为桩基础，锚杆施工时须穿过地下室桩基，对其有一定影响，因此围护方案除西北角采用三道钢筋砼支撑外，其余均选用可回收预应力锚杆作为水平传力体系。基坑施工全过程中，通过对现场监测数据进行处理分析，得到在支护开挖过程中，周边地表沉降、桩顶深层位移的变形值均在设计要求的范围之内，确保了围护结构及周边建筑物的安全。

目前，喷锚支护技术在相当数量的深基坑工程中已经取代了横撑式支挡结构。深基坑的喷锚支护无论从设计理论还是施工技术来讲都日趋成熟。在开挖过程中如果基坑能够及时支护，能根据施工情况及时调整支护方案并在整个过程进行变形监测，则会便于深基坑工程的动态管理，达到保证深基坑工程安全、节省深基坑支护成本的目的。

1.2 在山体护坡中的应用

山体护坡工程喷锚支护体系主要由土钉〔锚固体〕与喷射混凝土面层构成。深圳亚太国际学校建设工程中，建设场地要求沿山腰进行人工岩土体开挖，从而形成了一系列人工边坡，该工程采用喷锚支护技术对边坡进行了加固处理。在山体护坡施工过程中通过对喷射混凝土厚度，锚固体与喷射混凝土强度以及材料质量的检测，结果表明以上指标均达到了设计和规范要求。另外根据土钉抗拔试验结果及变形监测数据，此工程土钉抗拔力及边坡变形量均满足设计和规范要求，边坡处于稳定状态[2]。

目前，喷锚技术在山体护坡中已经很大程度上取代了传统的浆砌块石式挡墙或重力挡墙结构。山体护坡喷锚支护技术的支撑原理简单，施工方案灵活性高，可以根据山体的实际状况和施工要求及时调整支护施工方案，并且可以有效节省山体护坡成本、保证山体护坡工程的安全施工。

1.3 在隧洞工程中的应用

乌鞘岭隧道全长20050m。在隧洞掘进过程中，千枚岩围岩在高地应力的作用下变形十分严重，属大变形围岩。为了有效抑制围岩的变形，实际采用管锚及小直径岩石锚索作为初期的主要支护手段之一。通过对锚固效果和隧道变形情况进行监测，另外还进行了锚索轴力和墙部收敛测试，结果表明支护后隧道处于安全稳定状态[3]。

目前，喷锚支护已经发展成为一种普遍的隧洞衬砌支护临时和永久方式。此种衬砌支护方式发展起来以后，以其施工速度快，应用灵活，并能大大节省工程量的特点得到了隧洞施工的大力推广与应用。

2 存在问题

新奥法是现代支护理论的集中体现，它建立在工程实践基础之上，是一套系统完整的地下洞室工程建设方法，而作为新奥法主要的洞室围岩支护手段，喷锚支护具有及时性、粘贴性、柔性、深入性、灵活性和封闭性等特点，但是在具体的开挖支护设计和施工实践过程中，存在一些困扰工程建设的问题。

2.1 工程经验、理论分析、现场监测都存在缺陷

在实际工程中由于几乎没有完全相似的建设条件，因此工程经验具有鲜明的个体性、局限性，在应用中必须具体问题具体分析，绝不能“生搬硬套”。

就目前而言，理论分析成果并不能作为工程设计和施工的有力支撑，只能作为辅助手段，必须与工程经验相结合。在现有水平下，想要通过理论分析完整真实地模拟工程地质条件还十分困难，如果再考虑开挖爆破等施工动态影响，那更是一个巨大的挑战，很难得到令人满意的成果。

现场监测同样存在缺陷，一方面表现在仪器的埋设具有时序性，仪器所监测的数据仅反映了某个时间状态以后的变化，不同仪器的起始观测时间状态不一样;另一方面表现在监测仪器布置的局限性，相对于洞室围岩整体，监测总是点位的、局部的，而地质环境具有空间差异性，这就需要结合整体地质环境对监测数据进行分析;此外，一些外部的工程因素，如爆破、撞击、仪器安装质量等都可能影响仪器的测试结果。

2.2 支护时机的选择难以把握

在实际工程中，何时是最合适的支护时机，并没有确切的答案。虽然可以通过监测数据分析围岩变形，但是当变形到什么程度是合适的支护“时机”，这些依然也没有很好的解决方案。更重要的是，支护时机应该考虑工程施工，要和施工进度相协调，要有利于施工的顺利进行。

3 发展趋势

3.1 自钻式锚杆技术

自钻式锚杆是一种新型的支护技术，已经在隧道衬砌支护、深基坑边墙维护和高边坡治理等工程中得到广泛应用，其优点是:能在破碎而极易塌孔的地层中应用，甚至在砂卵石或淤泥质地层中也能采用。其注浆工艺是在钻孔后立即从锚杆的中孔向内注浆，浆液到达孔底后，即沿孔壁与锚杆壁间自底向孔口进行充填，因而不仅保证了及时支护地层，同时也保证了钻孔中注浆的饱满，并能充填钻孔周壁的地层缝隙，增大了锚固力。另外，由于孔外锚端的螺母拧紧力作用，每根该类锚杆均可作为预应力锚杆设计。目前，有的工程设计中已用大直径自钻式锚杆代替了预应力锚索，有的设计则将其放在普通砂浆锚杆和预应力锚索之间进行选择。

3.2 不同受力机理的预应力锚固技术

传统的预应力锚索均采用拉力型锚索结构，该种结构尽管施工简易、造价较低，但是由于其内锚固段受力不合理，上部浆体易开裂，特别是不能充分利用岩体的力学传递性能，因此锚固效果不理想。

压力型锚索结构能初步改善岩土力学传递性能。该种锚索结构的特点是利用设在孔底端的承压板将无粘结锚索的拉力转化为对砂浆体的压力，并通过相互勃结传递给土体。而砂浆体的受压性能均远大于其受拉性能，因此它的受力性能在一定程度上优于拉力型锚索。

3.3 可回收高压喷射扩大头锚杆技术

可回收扩大头锚杆是采用高压喷射原理在锚孔底部一段长度范围内对孔壁土体进行切割扩孔并置换充填水泥浆而形成一个圆柱状的扩大头，具有抗拔力高、位移小、可靠性高、防腐耐久性好等优异性能。在深基坑支护工程中采用扩大头锚杆，锚杆根数比采用普通锚杆可减少50%左右，锚杆工程的总造价可大幅降低，同时可以减小对周围环境的影响，减少基坑外土体中的遗留物。可回收高压喷射扩大头锚杆是目前基坑围护工程中最便利、对环境影响最小的支护形式，这项新技术可以为城市建设带来更多的经济效益和社会效益，比较理想地处理在建基坑和周边地下空间环境的关系问题。

[1]刘尔烈，崔恩第，徐振铎.有限单元法及程序设计[M].天津:天津大学出版社，2006

[2]李爱国.喷锚技术在边坡支护中的应用[J].水文地质工程地质，1996，6∶52-55.

[3]徐祯祥.岩土锚固工程技术发展之回顾与展望[J].市政技术，2009，27(2):136-140.