论喷锚支护在引洮3#洞的实践应用

马麟

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司第六工程公司，甘肃兰州 730000）

论喷锚支护在引洮3#洞的实践应用

马麟

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司第六工程公司，甘肃兰州 730000）

通过在引洮总干渠一期工程3#隧洞出口段的施工实践，从施工技术、施工安全等方面阐述了喷锚支护的适用及其主要特点。

喷锚支护；实践；安全技术

喷锚支护主要有两种，其一是喷砼支护，其二是锚杆支护。喷混凝土是通过喷射设施把混凝土喷到岩石的表层，让混凝土和围岩密切粘合且填充裂缝、低洼处，来避免岩层不牢固与风化。如此便能够依托岩层的自乘功能，且让混凝土和岩石构成共同的作用负载架构。锚杆是固定在岩层内的金属杆。主要有三方面的功能：（1）悬吊功能，也就是依托锚杆将不牢固的岩石，固定在完备的岩体上；（2）在水平层状岩石中将诸多层连为一个组合梁；（3）利用锚杆的固结增强稳定性，让岩层构成符合有关要求的负载岩拱，此三方面的功能是互相促进的。

喷锚支护大概分成4个类型：（1）锚杆支护，当做暂时支护，通常运用楔缝型金属锚杆，长期支护大多运用砂浆锚杆，此种类型的支护大多使用在硬度较大的岩层中，用来防止大体积岩石的下滑；（2）喷砼支护，用来避免碎裂岩层的小体积石块下滑亦或避免岩石受风吹的不良影响；（3）砂浆锚杆与喷砼协同支护，大多使用在稳固性不理想的岩层；（4）喷砼、钢筋网、砂浆锚杆协同支护，适用于碎裂带与硬度较差的岩体。

本文重点阐述在软弱岩层中运用喷锚支护方案的科学性、有效性，及在地下建筑项目中获得的理想成效。

一、喷锚支护的基本理论

在地层中挖掘洞室以后因为之前的均衡状态被毁坏，岩层朝着临空面发生位置移动、掉落，乃至大规模塌陷，为确保安全便应对不牢固的岩石加以支护，由于其可以第一时间架设，还可以和围岩密切融合，支护成效显著，所以从本质上转变了此种情况。

喷锚支护的功能，即在位置移动达到最大极限，岩石松动掉落之前，有效的支撑、保护岩体，且以费用最少的支护方式取得最理想的稳固成效。这里存有部分冲突：累积在围岩中的变形一方面需要调整，另一方面要有效释放；一方面准许有一定程度的位置移动，另一方面移动的程度不可太大；一方面要恰当支护，另一方面又不可太早支护，更不可以太晚支护，一方面要让支护达到一定的刚度，另一方面强度不可太大；此些冲突均是岩体蠕变效能导致的。喷锚支护运用其特殊的可分性（也就是能够依据需求分几层、几遍喷射，且能够增添钢筋网与锚杆），合理地处理了围岩位置移动程度、支护时机与喷层物料强度间的冲突。

在洞室挖掘后的第一时间，快速地喷上厚度较小的一层砼，第一时间保护围岩，避免风化，维持且增加围岩的二次强度，防止围岩部分毁坏而对总体的稳定性产生影响。初次喷射的时候依托自身薄层，依托自身的柔性，让围岩在有关制约下产生形状变化，降低形状变动速度，力争时间，便于二次应力的改进。在洞室发生形状变化的同时，累积在周围的能量能够释放一些，一些转到支护上，一些转到深层次的围岩上，支护柔性愈大，释放与转到深层次围岩的能量就愈多，支护担负的能量便越少。

二、喷锚结构的特征和作用原理

依据突破观点，喷锚架构的效能体现在以别的支护不具有的特殊的优势参加岩体突破后产生的改变，进而扫除突破点亦或迫使破坏以慢的速度发展。且朝着稳固方向转变，其优势体现在：

（一）及时性

喷锚的一个重要优势体现在其可以增快作业效率，通常有望在几个小时后把新挖掘的洞体喷射、凝固。如此便能够在岩体的大多数塑性产生形状变化以前，便给予早期管控（在喷射以前岩体仅可以产生弹性与局部塑性变形）。假如对洞体进行导洞发掘，且一边挖一边喷射，则先实施的喷层将在后挖掘导致的全部变形以前，在此段被控岩体形状变化、毁坏过程中，锚杆和喷锚层将视为“岩体的组成内容”在起着作用。喷锚和岩体一同施加影响的结果或许扫除突破点，或许让突破后的毁坏发展降低速度，让其在准许的范畴中稳固下来，也就是避免其进一步发展为塌方突破。

（二）密贴性

喷层和围岩的粘合性是喷锚可以发挥多大程度的作用的重点，砼迅速喷射在新挖掘的围岩表层，乃至喷入缝隙，锚杆插入钻孔来让砂浆充分胶结。其和岩体间稳固、密切粘合，进而增强了岩体的稳定性，让岩体的硬度与弹性模量得以提升。关于锚杆拉拔试验与喷层冲切试验的诸多材料表明：只要项目建设品质有一定保障，喷锚和岩体的密切性与粘合力是毋庸置疑的。恰是因为喷锚架构和岩体间的此种特性，增强了岩体的稳固性，让岩体能够高效地扫除突破点与管控住破坏的进一步发展。

（三）改进应力条件

喷锚一方面可以增强岩体的稳固性，改进岩体力学属性以外，还具有改进应力条件的功能，此种功能可以让岩体破坏的概率大幅降低，此对于岩体的稳固性是特别有好处的。

（四）柔性

此种特性是喷锚架构的一个主要特性，实际与理论均证明：喷锚架构并不是硬度过大不准许岩体发生形状变化的刚性架构，而是准许岩体在喷锚架构管控下发生一定程度的位移，而不让岩体突破亦或点突破之后不让其肆意的向更坏的方向发展。其是因为其带有此种特性，让厚度很小的乃至不连片的喷锚可以起到突出的作用。对于较差的岩体，从本质上而言，在喷锚管控下，让岩体体现为局部点突破而不进一步变成塌方突破的形态是最好的。在变形较为显著的状况下，可运用二次喷层法，首次喷的因为其自身的柔性，能够让岩体在有管控的状况下释放一些应力，待稳固后进行再次喷射，以避免条件改变导致岩体恶化。

（五）防风化作用

依托导洞作业的大洞室，作业期通常很长，假如不一边开挖一边喷射，在岩体裸露在空气中被风吹以后会对项目的稳固性产生一定程度的影响，特别是不良岩体，其稳定性会特别不理想。

（六）止水作用

洞体挖掘后，将地下水原本的渗透状况产生了变化。由于挖掘导致一些缝隙进一步增大亦或出现部分新的缝隙让渗透系数变大，并且洞室的挖掘让渗透距离变短，因此从某个层面而言，原本不流经此地的地下水，也开始从这里流过。导致岩体稳固性下降，形成突破点，硬度较小的岩体表现得更显著。因为喷层和岩体的贴合性且填充了部分较大的缝隙，让渗透系数变小，所以能够让脉状水的渗透方向等要素产生改变，也就是渗透到其他地方，进而发挥止水作用。当水量较小的时候，挖掘后马上喷射，则通常能够取得理想的成效，从而提升岩石的稳固性，这点在项目建设实际中已得到了验证。

三、有关喷锚支护在软弱岩层中的施工资料摘录

以引洮总干渠一期工程3#隧洞出口段工程为例。

（一）工程简介

洮供水一期工程计划从洮河九甸峡水利枢纽工程调水至甘肃省中部干旱地区定西市一带，主要建筑物位Ⅱ等工程。3#隧洞全长13.32 km，本标段（出口段工程）位于渭源县麻家集镇宗丹沟靳家山，设计纵坡1/1500，设计流量32 m3/s、加大设计流量36 m3/s。

本标段主要工程项目有：

1.3#隧洞出口段（15+300-19+825.8）主动工程，全长4525.8 m。

2.宗丹沟暗渠。自桩号19+862.58-19+825.8，全长36.78米,设计横断面型式为标准马蹄型,断面尺寸为4.68×4.68(B ×H),现浇C20钢筋砼衬砌。

本标段主要工程量明挖土石方1.36万m3，洞挖石方11.73万m3、现浇钢筋砼2.32万m3、钢筋制安2 057T、洞身回填灌浆2.53万m2、全长粘结式砂浆及水泥基药卷系统锚杆5 2451根，喷混凝土8 720.43m3。

本标段工程计划工期为：60个月。

（二）地质条件

引洮总干渠一期工程3#隧洞出口段岩石属于红褐色泥质砂岩，遇水崩解。裂隙较发育，属于4类围岩。如若隧洞开挖后不及时进行支护，会发生大块岩石的掉落和塌方，影响施工安全，工程进度和工程质量。所以必须采取一次喷锚支护方案。

（三）喷锚段的支护参数和施工

喷锚段的支护参数为拱顶180度范围内设置间距为200 mm的6.5号圆钢隧洞断面每1.5m设置7根系统锚杆，锚杆为22的螺纹钢长2.5m，如若遇围岩不好的情况下就增设随机锚杆或以钢拱架配套设置，喷锚厚度为15 cm。增设锚杆使用锚固剂掺入3%的速凝剂将其固定在岩石里和岩石有效的成为一个整体。进过长时间的变形观测发现，喷锚支护效果显著围岩变形已被有效控制。

总之：在软弱岩层中运用喷锚支护的作业方式，从本质上解决了岩体不稳固的问题，所获得的成效是明显的。当前依旧采用“项目类比法”，先依据围岩的稳固状况和变形特点划分类别，之后再参考日常经验来明确喷锚参数，有些时候也配合使用类似的理论剖析与核算，通常而言，喷锚层的厚度在10～25 cm，锚杆长度在300到600 cm间，锚杆间距大概为1～1.5 m，并且大部分运用普通砂浆锚杆，项目建设时间不多的时候可运用加速凝剂锚固锚杆。总而言之，在地下建筑项目建造过程中，应当依据每个地段的地质状况，且对比剖析技术、费用等，进而明确最佳的喷锚参数，且在现实项目中持续累积与归纳经验，力争在技术方面有所提升。

综上所述：在软弱岩层中采用喷锚支护的施工方案，从根本上解决了围岩不稳定的问题，所取得的成绩是显著的。目前还是用“工程类比法”，首先根据围岩的稳定情况及其变形特征进行围岩分类，然后再参照一般经验来确定喷锚参数，有时也辅以近似的理论分析和计算，一般说，喷锚层的厚度为10～25cm，锚杆长度为300～600 cm，锚杆间距约为1～1.5 m，而且大多数采用一般砂浆锚杆，工程工期紧时可采取加速凝剂锚固锚杆。总之，在地下建筑工程施工过程中，尚须根据各个地段的地质情况，并综合技术、经济各方面加以比较分析，从而确定最优喷锚参数，并在实际工程中不断积累和总结经验，在技术上取得进一步的提高。

（编辑：刘国华）

TV93

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1673-9019(2016)19-0045-02

2016-07-07

马麟(1984-），男（回族），甘肃兰州人，助理工程师，主要从事的水利水电工程施工工作。