隧道施工支護中的錨桿作用分析

     公路隧道建設是提高公路等級，實現資源節約型、環境友好型交通的重要措施之一，也是實現高速、快捷、安全運輸的重要工程設施，公路隧道在現代化公路交通運輸發展中起著不可替代的作用。隧道施工地質復雜多變，施工時必須對隧道進行支護襯砌，噴錨襯砌支護是目前高等級公路隧道運用最廣泛的支護襯砌方式，其核心工序為錨桿支護。錨桿支護作為一種支護方式，與傳統的支護方式有著根本的區別。傳統的支護方式常常是被動地承受坍塌巖土體產生的荷載，而錨桿支護可以主動地加固巖土體，有效地控制其變形，防止坍塌的發生。錨桿支護的主要作用有懸吊作用、減跨作用、組合梁作用和擠壓加固作用。其作用機理分述如下：
　　懸吊作用：將不穩定的巖層懸吊在堅固巖層上，以阻止圍巖移動滑落。錨桿本身受拉，其拉力即為所懸吊巖體的重量，在塊狀結構或裂隙巖體中，使用錨桿可將松動區內的松動巖塊懸吊在穩定的巖體上，也可把節理弱面切割形成的巖塊串連在一起，阻止其沿滑面滑動。
　　減跨作用：在隧道頂板巖層中打入錨桿，相當于在頂板上增加了支點，從而使頂板巖體的應力減小，起到維護隧道的作用。當然，要使錨桿能有效的起到減跨作用，錨桿頂端必須錨固于堅硬穩定巖層中。
　　組合梁作用。在層狀巖層中打入錨桿，把若干薄層巖層錨固在一起，類似于將疊置的板梁組成組合梁，從而提高了頂板巖層的自支承能力，起到了維護隧道的作用。
　　擠壓加固作用：安裝在圍巖中的錨桿在受力后，可在其周圍一定范圍內形成壓縮區，在錨桿系統中，壓縮區相互重疊從而形成一個連續的壓縮帶，使已破碎的巖層具有整體性或近似整體性，提高了其整體的強度和承載力。
　　以上所述各種錨桿作用是相互獨立的，應根據巖層的不同特性選擇不同形式的錨桿，發揮不同的作用。現以達陜高速公路獅子寨隧道為例作簡單闡述。
　　一、隧道設計概況
　　1.工程地質概況。隧址區位于大巴山弧形構造南端大洪山拗陷褶皺束內，構造帶由一系列大致沿走向延伸，線性分布的褶曲和斷層組成。褶皺多有復式構造特征，與隧道大角度相交，構造線延展方向與巖層走向大體一致。隧道進口圍巖巖體軟弱破碎、節理裂隙發育，隧道洞身位置巖溶中等發育，存在斷層和破碎帶。
　　2.初期支護體系設計。初期支護由砂漿錨桿、鋼筋網、噴射混凝土等組成。錨桿孔采用YT28型風動鑿巖鉆機鉆孔和安裝，注漿采用BW-250／50型液壓注漿泵，噴射混凝土采用TK-961型混凝土濕噴機。加強監控量測，及時處理分析數據，修正支護參數，指導施工。
　　二、初期支護施工過程
　　1.錨桿組合梁作用機理。錨桿組合梁作用機理主要是依靠系統錨桿對圍巖的整體加固作用，使圍巖在一定深度范圍內形成拱形承載結構，充分發揮圍巖巖體抗壓強度高的特點，發揮圍巖的自承能力。
　　系統錨桿采用兩種型式：中空注漿錨桿和砂漿錨桿。這兩種錨桿都屬于全長粘結型錨桿，即用水泥漿或水泥砂漿作填充粘結劑，使錨桿和孔壁粘結牢固，提供摩擦阻力，阻止巖體發生位移，并通過安裝在孔口的錨桿托板對巖壁的約束力來抑制圍巖變形或承受圍巖荷載。根據設計文件中規定，隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖采用的是：噴混凝土+錨桿+鋼筋網+鋼拱架支護結構形式。
　　錨桿安裝作業應在初噴混凝土后及時進行。在施工過程中，由于圍巖地質情況的復雜性，尤其是在巖層層面或巖體主結構面與錨桿布置方向平行時,系統錨桿作業不應完全按照隧道開挖輪廓線徑向布置，而應盡可能成大角度布置，由此才能把不利結構面或巖層“串”在一起，有效地形成組合拱結構。在系統錨桿成大角度布置安裝時，須注意以下幾個要點：隧道開挖后，應及時觀察分析開挖面巖體的主結構面或巖層層面的走向；對于錨桿需成大角度布置部位應明確予以標記或記錄；應對錨桿鉆孔作業人員進行認真準確的技術交底，技術交底內容包括準確的鉆孔部位、方向和深度，同時要求必須吹孔，以保證孔內清潔；還應充分考慮錨桿成大角度布置時應避免施工中相互干擾或交叉作業，便于施工。
　　作為永久支護的全長粘結性錨桿，良好的全長粘結效果，不僅可以保證錨桿砂漿與孔壁的摩擦力，使錨桿與圍巖共同工作，同時還可以保證錨桿不受腐蝕，以利其長期的作用效果，要做到這一點，就必須確保錨桿全長注漿飽滿，使其與巖體連成整體。
　　2.錨桿懸吊作用的運用。在局部范圍（約2～3m）內，爆破開挖后圍巖巖體出現松動，產生裂隙，且巖層呈薄層狀構造，巖塊易發生塌落時，宜采用局部錨桿支護方式。
　　考慮砂漿錨桿工藝較復雜，且局部支護工程量較小，同時鑒于圍巖實際情況，現場改用φ22藥包錨桿。藥包錨桿不僅可以滿足錨桿全長粘結效果，發揮錨桿的懸吊作用，也可以保證錨桿的防腐蝕作用，而且工藝較簡單，便于施工。
　　局部錨桿支護的鉆孔布置應盡量垂直于巖面，如受施工條件的限制，也應保證成大角度布置。若錨桿鉆孔施工危險性較小，可在噴混凝土前及時進行錨桿支護作業。在施工過程中，當圍巖破碎，錨桿孔成孔困難時，一般可采用自進式錨桿，即用鉆桿代替錨桿，并利用鉆桿中孔完成錨桿孔內注漿，但注漿時間和注漿量較難控制，一般視圍巖破碎情況及施工組織安排現場確定。
　　3.錨桿抗拔力檢測。錨桿支護的錨固質量檢測主要依靠錨桿抗撥力檢測，檢測周期為28天。本隧道經過全面檢測，支護效果良好。
　　最大限度地利用和發揮圍巖的自承能力是隧道襯砌支護結構應遵守的基本原則，通過前期勘探查明隧道的地質條件，通過隧道開挖觀察圍巖的實際等級及分布情況，根據圍巖等級及狀況采取一些工程措施和合理的支護結構形式，使圍巖的這一特性得以充分發揮，是我們在隧道施工支護方面要達到的基本目的。但是，由于隧道地質條件千變萬化，不同圍巖地質條件自身的承載能力的不同，以及在施工過程中所采取的開挖方式不同及其他人為因素，如支護時間的控制差異、施工工藝水平等，致使隧道支護結構形式在工程實施階段往往無法完全充分有效地發揮其作用。因此，我們在不斷完善錨桿支護作用機理理論的同時應該進一步加強圍巖現場監測，掌握圍巖動態和支護結構的應變規律，以便更好地指導施工。
　　三、結論
　　綜上所述，錨桿支護作為目前高等級公路隧道運用最廣泛的支護襯砌方式，為了充分發揮錨桿的支護作用，首先要加強前期的地質勘探工作，盡量明確圍巖的性質及分布狀況，設計合理的支護結構形式；其次要加強圍巖現場監測，根據現場實際情況隨時調整錨桿的布置方式和長度等；最后要做到嚴格按規范施工，從技術上保證錨桿的長期作用效果。