錨噴支護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用

1、錨噴支護(hù)技術(shù)及其應(yīng)用錨噴支護(hù)是噴射砼、錨桿以及鋼筋網(wǎng)（或鋼纖維）用于圍巖支護(hù)的 總稱。隨著圍巖穩(wěn)定程度的不同，它們可以單獨(dú)設(shè)置，也可以綜合運(yùn)用。 當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較好時(shí)，可以采用錨桿支護(hù)或噴射砼支護(hù)；當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較 差時(shí)，可以采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)。目前，錨噴支護(hù)理論日益完善，但在實(shí)際施工實(shí)踐中，理論成果運(yùn)用不 足，普及知識(shí)還須加強(qiáng)。本文闡述了錨噴支護(hù)在海軍1206工程中應(yīng)用經(jīng) 驗(yàn)，希望對(duì)其它工程建設(shè)有參考作用。1錨噴支護(hù)的基本構(gòu)造1.1噴射砼噴射砼是將符合要求的砂、碎石、水泥等按一定比例混合放在噴射機(jī)中， 借助高壓氣流噴射（加水）到巖體表面凝固而成的。噴射砼不僅能夠隔絕 空氣，防止圍巖風(fēng)化，而且可以

2、作為結(jié)構(gòu)物承受荷載，從而起到保護(hù)圍巖 穩(wěn)定的作用。噴射砼分為干噴和濕噴兩種，噴射砼的標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于C15，通常應(yīng)優(yōu)先 選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，且強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于32.5MPaoT 盡快獲得強(qiáng)度，及早向圍巖提供支護(hù)力，通常都在混合料中加入一定數(shù)量 （通過試驗(yàn)確定）的速凝劑。噴射砼噴射作業(yè)前的準(zhǔn)備工作應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求，通常都采用分層噴射的 方法，每次噴射的厚度應(yīng)遵守設(shè)計(jì)要求或規(guī)范要求。后一次噴射應(yīng)在前一層砼終凝后進(jìn)行，只要將噴射表面沖洗干凈，先后噴射的兩層砼一般都能粘結(jié)良好，不影響其受力性能。噴射作業(yè)緊跟開挖 工作面時(shí)，砼終凝到下一循環(huán)放炮的時(shí)間，不應(yīng)少于3小時(shí)。為了提高支護(hù)的承載能力，也可以

3、在噴射砼中設(shè)置鋼筋網(wǎng)，稱為網(wǎng)噴支 護(hù)。通常沿洞室橫向布置直徑較大的受力鋼筋，沿縱向布置直徑較小的構(gòu) 造鋼筋。鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨巖面鋪設(shè)，并與錨桿聯(lián)結(jié)牢固，防止噴射砼時(shí)震動(dòng)。近年來，鋼纖維噴射砼技術(shù)發(fā)展較快。在噴射砼中摻入鋼纖維或玻璃纖 維以取代鋼筋網(wǎng)，工藝簡(jiǎn)單，施工方便，既節(jié)約勞動(dòng)力和時(shí)間，乂能夠提 高抗拉強(qiáng)度，增大結(jié)構(gòu)韌性，改善抗沖擊荷載的性能，可能成為今后發(fā)展 的一種趨向。1.2錨桿支護(hù)錨桿支護(hù)是在巖石中鉆孔，并在其中固定各種材料或形式的錨桿，用來 加固和支護(hù)圍巖的一種是形式。它和噴射砼一起，廣泛使用在地下工程中。錨桿的種類很多，本文重點(diǎn)介紹鋼筋砂漿全長錨固錨桿（簡(jiǎn)稱砂漿錨桿）。錨桿桿體鋼筋宜采用

4、II、III級(jí)鋼，鉆孔直徑為2832mm時(shí)，宜采 用Q235鋼筋。桿體直徑一般為1632mm。固結(jié)錨桿的水泥砂漿強(qiáng)度等 級(jí)不應(yīng)低于M20，錨固力必須滿足設(shè)計(jì)要求。錨桿通常成梅花形布置，間距不宜大于桿體長度的二分之一。錨桿一般 應(yīng)與主結(jié)構(gòu)面垂直或盡可能有較大的交角。當(dāng)主結(jié)構(gòu)面不明顯時(shí)，則沿周 邊徑向布置。砂漿錨桿乂有兩種注漿方法。其一，在鉆孔中先灌注水泥砂漿，然后插 入錨桿；其二，在鉆孔中先安設(shè)桿體，然后用真空法壓注水泥砂漿。無論 采用那一種注漿方法都必須保證砂漿在鉆孔中充填飽滿。砂漿錨桿的承載能力取決于鋼筋與砂漿間的握裹力和砂漿與鉆孔巖壁間的粘結(jié)力，它與鋼 筋的類型、直徑以及錨桿的錨長度等因素

5、有關(guān)，一般都由試驗(yàn)直接測(cè)定。2錨噴支護(hù)的作用機(jī)理錨噴支護(hù)的基本原理就是把作為荷載看待的圍巖轉(zhuǎn)化成能夠承受外荷 的一種結(jié)構(gòu)(巖石結(jié)構(gòu))，而把襯砌(人工結(jié)構(gòu))轉(zhuǎn)變成扶持圍巖穩(wěn)定的 一種支護(hù)措施。錨噴支護(hù)和圍巖粘結(jié)在一起，形成一個(gè)統(tǒng)一體，二者互相 依存，彼此制約，共同變形，聯(lián)合受力，而真正起作用的是圍巖。和模注式襯砌相比，錨噴支護(hù)特點(diǎn)如下：工藝簡(jiǎn)單，操作方便，能在爆破后幾小時(shí)內(nèi)及時(shí)加固圍巖；和圍巖緊密連接共同工作，直接提供徑向和切向抗力；(3 )能夠根據(jù)需要在不同時(shí)段分層構(gòu)筑；(4)厚度薄，剛度小，具有較大的韌性。它的作用機(jī)理可以從以下幾方面來認(rèn)識(shí)：2.1錨噴支護(hù)能夠積極保持和提高圍巖的二次強(qiáng)度。錨

6、噴支護(hù)的及時(shí)性和密貼性，在保持和提高圍巖二次強(qiáng)度方面有著特別 積極的作用。首先，在洞室開挖后的短時(shí)間內(nèi)，噴射砼能夠及時(shí)封閉圍巖，隔絕大氣 對(duì)圍巖的風(fēng)化作用，防止圍巖二次強(qiáng)度急劇降低，特別是對(duì)那些易于風(fēng)化、 解體的軟弱圍巖更加重要，它是保持和發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力的關(guān)鍵。另外， 以高壓射流形式噴射的砼，一部分砂漿滲入巖體結(jié)構(gòu)面中，使互不聯(lián)系或 聯(lián)系較弱的巖塊膠結(jié)在一起，加強(qiáng)了圍巖的整體性，提高了巖塊間的抗剪 能力。摻加速凝劑的噴射砼很快產(chǎn)生早強(qiáng)，能在軟弱圍巖局部破壞前及時(shí)提供 支護(hù)力，限制圍巖變形發(fā)展，使巖體結(jié)構(gòu)面中的粘結(jié)力最大限度地保持不 變，以維護(hù)圍巖的整體穩(wěn)定。穿過巖體結(jié)構(gòu)面的錨桿，既起到一定的

7、懸吊作用，乂具有整體加固的效 果。由于錨桿制約圍巖變形，巖體結(jié)構(gòu)面間的壓密程度增加，摩阻力加大。 錨桿本身的抗拉抗剪能力，能防止巖塊松動(dòng)和滑移。噴射砼和錨桿提供的支護(hù)抗力，改善了圍巖的受力條件，使接近二維的 受力狀態(tài)乂向三維受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化，大大提高了圍巖的二次強(qiáng)度。從穩(wěn)定圍 巖的角度分析，必須注意及時(shí)支護(hù)，支護(hù)的作用主要是針對(duì)那些暫時(shí)尚未 滑移塌落但乂難以長期自穩(wěn)的巖塊，在這些巖塊周邊上的粘結(jié)力和摩阻力 急劇降低之前進(jìn)行支護(hù)，就可以最大限度地利用圍巖中尚存的那一部分強(qiáng) 度，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的支護(hù)效果。這樣，既遏制了可能最先出現(xiàn)的那些局部 破壞，也有利于維持洞室的整體穩(wěn)定。2.2錨噴支護(hù)能夠使圍巖的二

8、次應(yīng)力向有利的方向調(diào)整圍巖二次應(yīng)力的特點(diǎn)是徑向應(yīng)力解除或減小，切向應(yīng)力成倍增加而且增 高的范圍主要集中在洞室周邊，成為洞室失穩(wěn)破壞主要原因。因此，調(diào)整 二次應(yīng)力的關(guān)鍵，除增大徑向抗力外，還在于緩和切向應(yīng)力的集中程度。 錨噴支護(hù)在這方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)，由于它能保持和提高圍巖的二次強(qiáng) 度，就限制和延緩了圍巖的破壞過程，為二次應(yīng)力的調(diào)整爭(zhēng)取時(shí)間。錨噴 支護(hù)能夠利用自身的柔性來適應(yīng)圍巖的蠕變。在蠕變過程中，噴層乂以越 來越大的徑向抗力和切向抗力來支護(hù)圍巖，使變形速度進(jìn)一步減慢，為充 分利用圍巖的塑性創(chuàng)造了條件。圍巖的塑性使應(yīng)力不斷地隨時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，使二次應(yīng)力的分布由過度集 中向平緩轉(zhuǎn)化。隨著二次應(yīng)力向

9、深部調(diào)整轉(zhuǎn)移，塑性區(qū)的范圍不斷增大， 穩(wěn)定洞室所需要的支護(hù)力相應(yīng)降低，從而減輕錨噴支護(hù)的負(fù)擔(dān)。洞室開挖變形過程實(shí)質(zhì)上是巖體內(nèi)部能量進(jìn)行釋放再分配的過程。巖體 的破壞是過度集中的能量急劇釋放的一種形式。洞室開挖完后，部分彈性 能迅速釋放，剩余的能量集中于洞室周邊圍巖中。錨噴支護(hù)的作用是：利 用它的及時(shí)性爭(zhēng)取時(shí)間，利用它的柔性既提供一定的支護(hù)力，乂使圍巖在 約束條件下緩慢變形，通過變形有節(jié)制地繼續(xù)釋放一部分能量，通過塑性 將另一部分多余能量轉(zhuǎn)移到深部巖體。能量的釋放和轉(zhuǎn)移過程就是二次應(yīng) 力的調(diào)整和重分布過程。2.3錨噴支護(hù)具有良好的受力狀態(tài)錨噴支護(hù)的密貼性、柔性和可分性，大大改善了它本身的受力狀態(tài)

10、，這 是模注式襯砌難以比擬的。錨噴支護(hù)和圍巖緊密連接，二者相互提供粘滯力，彼此制約，共同變形， 支護(hù)有助于圍巖的穩(wěn)定，圍巖改善了支護(hù)的受力狀態(tài)。在圍巖和支護(hù)共同 工作中，柔性支護(hù)處于極有利的地位。一方面，柔性支護(hù)易于變形，作用 其上的變形壓力變小；另一方面，在相同的荷載作用下，柔性支護(hù)的內(nèi)力 總比剛性支護(hù)要小得多。因此，當(dāng)錨噴支護(hù)和圍巖共同承載時(shí)，支護(hù)設(shè)計(jì) 柔性大些，可以更好地發(fā)揮圍巖的支撐能力。分層噴射或錨固對(duì)支護(hù)內(nèi)力的益處，更是其它一般結(jié)構(gòu)所不具備的。對(duì) 一般結(jié)構(gòu)來說，材料、形式、尺寸一定時(shí)，在外力作用下，會(huì)產(chǎn)生一定的 內(nèi)力（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力或剪應(yīng)力），這就是所謂的單一應(yīng)力狀態(tài)。錨噴支護(hù)分層

11、噴射或錨固，各工序有時(shí)間間隔，間隔期內(nèi)圍巖的變形壓力都相應(yīng) 發(fā)展變化。在這種結(jié)構(gòu)厚度和荷載大小都發(fā)生變化的情況下，噴層中的應(yīng) 力狀態(tài)必然隨時(shí)間而變化，形成了復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，從而提高了結(jié)構(gòu)的支護(hù) 能力。在實(shí)踐中，初噴層厚度掌握不好，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂隙現(xiàn)象，這正是初噴層 材料強(qiáng)度被充分利用的一種表現(xiàn)，如果及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)噴，噴層的應(yīng)力狀態(tài)得 到調(diào)整，不僅可以阻止裂隙的發(fā)展，甚至可以使裂隙重新閉合。2.4錨噴支護(hù)具備比較有利的破壞形態(tài)模注式襯砌由于剛度大，與巖面不密貼，彎曲（受拉）破壞的現(xiàn)象較為 普遍。錨噴支護(hù)改善了圍巖和支護(hù)的應(yīng)力狀態(tài)（減小或消除了拉應(yīng)力）， 破壞形態(tài)以剪切破壞為主，少數(shù)情況下，才會(huì)出現(xiàn)彎曲破

12、壞。圍巖的破壞形態(tài)主要取決于二次應(yīng)力和二次強(qiáng)度。前者和構(gòu)造應(yīng)力、洞 室形狀、尺寸有著密切聯(lián)系，后者與巖性、結(jié)構(gòu)面有關(guān)。在一般情況下， 構(gòu)造應(yīng)力不太復(fù)雜，洞室表面光順，高跨比不過于懸殊，圍巖的破壞主要 以剪切形式出現(xiàn)。只有在構(gòu)造應(yīng)力很復(fù)雜，洞室成型不好或高跨比過于懸 殊的情況下，圍巖才出現(xiàn)局部彎曲破壞。支護(hù)的破壞形態(tài)，既取決于圍巖的破壞和變形情況，乂與自身的形式 有關(guān)。作用在支護(hù)上的力，一來自圍巖的局部破壞，二來自洞室的整體變 形，前者比較集中，后者相對(duì)均勻。柔性支護(hù)整體受力變形時(shí)的適應(yīng)性強(qiáng)， 力矩小，多出現(xiàn)剪切破形態(tài)。當(dāng)承受局部壓力時(shí)，應(yīng)力相對(duì)集中，容易彎 曲破壞。支護(hù)類型也有很大影響，厚度較

13、小的錨噴支護(hù)多屬剪切破壞，厚 度較大的噴射砼或網(wǎng)噴支護(hù)則有可能出現(xiàn)彎曲破壞。圍巖性質(zhì)也有影響，堅(jiān)硬完整且與噴層粘結(jié)牢固時(shí)，多屬剪切破壞；松軟破碎且與噴層粘結(jié)不 牢時(shí)，則有可能出現(xiàn)彎曲破壞?？傊?，錨噴支護(hù)主要以剪切破壞為主，彎曲破壞雖有存在的可能，但只 要采取適當(dāng)?shù)拇胧?，還是可以避免的，或者控制在最小范圍內(nèi)。2.5錨噴支護(hù)能夠合理解決圍巖和支護(hù)之間的矛盾錨噴支護(hù)的密貼性，它和圍巖緊緊地粘結(jié)在一起。噴層可以看作是一層 人工巖石，巖體可以看作是一個(gè)天然結(jié)構(gòu)，二者形成一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體， 互相依存，彼此制約，共同變形，聯(lián)合受力。同時(shí)錨噴支護(hù)和圍巖在共同 的工作中，存在著許多固有的矛盾：變形大小的矛盾：從

14、有利于二次應(yīng)力的調(diào)整和減輕支護(hù)負(fù)擔(dān)來看，應(yīng) 當(dāng)允許圍巖有一定程度的變形，從保持圍巖的二次強(qiáng)度上來看，變形愈小 愈好；支護(hù)早晚的矛盾：從保持圍巖強(qiáng)度，防止局部破壞來看，支護(hù)愈早愈 好，從減小支護(hù)上的變形壓力來看，乂不宜過早支護(hù)，從防止圍巖松脫破 壞來看，更不能過晚支護(hù)；噴層厚薄的矛盾：從提高支護(hù)的強(qiáng)度和加大對(duì)圍巖的抗力來看，噴層 厚一些較好；從釋放圍巖蠕變變形、充分發(fā)揮圍巖承載能力和改善支護(hù)受 力狀態(tài)來看，噴層薄一些比較有利。變形大小，支護(hù)早晚和噴層厚薄之間的矛盾，在模注式襯砌中難以克服， 而在錨噴支護(hù)中卻可以合理解決，即把支護(hù)分成幾部分，根據(jù)實(shí)際需要在 不同時(shí)間里構(gòu)筑。初期支護(hù)要力爭(zhēng)早而薄，以

15、便保證圍巖在不產(chǎn)生過分松 弛的情況下有足夠的變形，后期支護(hù)則適當(dāng)?shù)赝砗秃?，在保證圍巖穩(wěn)定的 同時(shí)，具有足夠的安全儲(chǔ)備。綜上所述，錨噴支護(hù)的作用機(jī)理概括成如下：錨噴支護(hù)和圍巖緊密連接，構(gòu)成支護(hù)一一圍巖統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體，共同變形， 聯(lián)合受力。在這個(gè)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體中，起主導(dǎo)作用的是圍巖，在支護(hù)的輔助下， 利用圍巖的承載能力來維持自身的穩(wěn)定性。利用圍巖的關(guān)鍵是盡可能地保 持和提高圍巖的二次強(qiáng)度，并使圍巖的二次應(yīng)力合理地進(jìn)行調(diào)整。要兼顧 這兩個(gè)方面，必須采取分期構(gòu)筑的辦法來解決變形大小、支護(hù)早晚和噴層 厚薄之間的矛盾。在洞室開挖后，立即噴射較薄一層砼加固巖體，防止局 部破壞，為洞室整體穩(wěn)定創(chuàng)造條件。支護(hù)的柔性允許

16、圍巖產(chǎn)生一定的變形， 使二次應(yīng)力向深部巖體調(diào)整，并在洞室周圍形成一個(gè)有一定自撐能力的巖 石碹。支護(hù)向圍巖提供徑向抗力，使圍巖逐漸趨向三維應(yīng)力狀態(tài)，但本身 卻避免了過大的變形壓力，并使噴層中的彎曲應(yīng)力減小。良好的受力狀態(tài)， 使錨噴支護(hù)的破壞大多以剪切形式出現(xiàn)，有利于發(fā)揮支護(hù)材料的潛力。當(dāng) 變形基本穩(wěn)定以后，再構(gòu)筑晚期支護(hù)，使圍巖在形成松脫壓力以前保持穩(wěn) 定，并有足夠的安全儲(chǔ)備。這樣，錨噴支護(hù)就以少的材料消耗，達(dá)到了積 極的支護(hù)效果。3錨噴支護(hù)的優(yōu)越性極其運(yùn)用中必須注意克服的幾個(gè)問題3.1錨噴支護(hù)的優(yōu)越性和模注式襯砌或裝配式襯砌相比，錨噴支護(hù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：錨噴支護(hù)將圍巖從荷載轉(zhuǎn)變?yōu)槌休d結(jié)構(gòu)。

17、錨噴支護(hù)突破了一切舊的被復(fù)形式，它將消極的、被動(dòng)的支護(hù)形式轉(zhuǎn)變 為積極的、主動(dòng)的支護(hù)形式。它可以加強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性、完整性，控制圍 巖力學(xué)形態(tài)變化，限制圍巖的風(fēng)化、變形、位移和裂隙的發(fā)展，能充分發(fā) 揮圍巖本身的承載作用，將圍巖從荷載轉(zhuǎn)變?yōu)槌休d結(jié)構(gòu)，這是錨噴支護(hù)的 最大優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐一再證明：只要光爆效果達(dá)到一定程度，錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)和 施工得當(dāng)，強(qiáng)度就比較高，安全有保證。錨噴支護(hù)能夠在洞室開挖后的短時(shí)間內(nèi)，即可實(shí)施作業(yè)，不僅能夠防 止圍巖風(fēng)化，還能及時(shí)限制圍巖變形急劇發(fā)展，避免圍巖強(qiáng)度急劇降低。錨噴支護(hù)抗靜載能力強(qiáng)錨噴支護(hù)能夠分層作業(yè)，因而可以根據(jù)圍巖變形的發(fā)展和洞室穩(wěn)定情況 來選擇支護(hù)參數(shù)和作業(yè)時(shí)機(jī)，

18、使用少的材料，達(dá)到有效的支護(hù)效果。實(shí)踐 證明，在同樣跨度和支護(hù)厚度的地下工程中，錨噴支護(hù)比模注式砼被復(fù)有 較高的抗靜載能力。由于工藝和機(jī)械的革新，錨噴支護(hù)施工變得簡(jiǎn)單，鉆孔、注漿、攪拌、 輸送和噴射都很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度。錨噴支護(hù)造價(jià)低廉錨噴支護(hù)的厚度一般比模注式砼被復(fù)要薄1/22/3，不僅節(jié)約材料，而 且減少毛洞的幅員尺寸和開挖的土石方量，降低爆破器材的消耗，從而降 低工程造價(jià)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中等跨度地下工程中，錨噴支護(hù)的成本降低30 50%。3.2錨噴支護(hù)在應(yīng)用中必須注意克服的幾個(gè)問題錨噴支護(hù)，由于它的優(yōu)越性，在地下工程中得到愈來愈廣泛的運(yùn)用，大 有取代傳統(tǒng)襯砌的趨勢(shì)。目前，錨噴支護(hù)的運(yùn)用，已經(jīng)從小跨度洞室發(fā)展 到中大跨度洞室，從堅(jiān)硬巖石發(fā)展到松軟巖石，從洞室支護(hù)發(fā)展到門框構(gòu)筑、邊坡加固和對(duì)模注式襯砌的加固處理，甚至利用錨噴支護(hù)制止塌方和 通過流沙層。據(jù)統(tǒng)計(jì)，錨噴支護(hù)成功的經(jīng)驗(yàn)占主流，但也存在少量的失敗教訓(xùn)。通過 總結(jié)和分析，我們認(rèn)為主要是技術(shù)人員對(duì)這