一級建造師

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錨噴支護技術及其工程應用

錨噴支護是噴射砼、錨桿以及鋼筋網(wǎng)（或鋼纖維）用于圍巖支護的總稱。隨著圍巖穩(wěn)定程度的不同，它們可以單獨設置，也可以綜合運用。當圍巖穩(wěn)定性較好時，可以采用錨桿支護或噴射砼支護；當圍巖穩(wěn)定性較差時，可以采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護。

目前，錨噴支護理論日益完善，但在實際施工實踐中，理論成果運用不足，普及知識還須加強。本文闡述了錨噴支護在海軍1206工程中應用經(jīng)驗，希望對其它工程建設有參考作用。

1  錨噴支護的基本構造

1.1  噴射砼 本文來源:中大網(wǎng)校網(wǎng)

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，防止圍巖風化，而且可以作為結構物承受荷載，從而起到保護圍巖穩(wěn)定的作用。

噴射砼分為干噴和濕噴兩種，噴射砼的標號不應低于C15，通常應優(yōu)先選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，且強度等級不應低于32.5MPa。為了盡快獲得強度，及早向圍巖提供支護力，通常都在混合料中加入一定數(shù)量（通過試驗確定）的速凝劑。

噴射砼噴射作業(yè)前的準備工作應達到規(guī)范要求，通常都采用分層噴射的方法，每次噴射的厚度應遵守設計要求或規(guī)范要求。

后一次噴射應在前一層砼終凝后進行，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良好，不影響其受力性能。噴射作業(yè)緊跟開挖工作面時，砼終凝到下一循環(huán)放炮的時間，不應少于3小時。

為了提高支護的承載能力，也可以在噴射砼中設置鋼筋網(wǎng)，稱為網(wǎng)噴支護。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造鋼筋。鋼筋網(wǎng)應隨巖面鋪設，并與錨桿聯(lián)結牢固，防止噴射砼時震動。

近年來，鋼纖維噴射砼技術發(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)，工藝簡單，施工方便，既節(jié)約勞動力和時間，又能夠提高抗拉強度，增大結構韌性，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 來源：中大網(wǎng)校

錨桿支護是在巖石中鉆孔，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，本文重點介紹鋼筋砂漿全長錨固錨桿（簡稱砂漿錨桿）。錨桿桿體鋼筋宜采用Ⅱ、Ⅲ級鋼，鉆孔直徑為28～32mm時，宜采用Q235鋼筋。桿體直徑一般為16～32mm。固結錨桿的水泥砂漿強度等級不應低于M20,錨固力必須滿足設計要求。

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。錨桿一般應與主結構面垂直或盡可能有較大的交角。當主結構面不明顯時，則沿周邊徑向布置。

砂漿錨桿又有兩種注漿方法。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力，它與鋼筋的類型、直徑以及錨桿的錨長度等因素有關，一般都由試驗直接測定。

2 錨噴支護的作用機理

錨噴支護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構（巖石結構），而把襯砌（人工結構）轉(zhuǎn)變成扶持圍巖穩(wěn)定的一種支護措施。錨噴支護和圍巖粘結在一起，形成一個統(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，錨噴支護特點如下：

(1)工藝簡單，操作方便，能在爆破后幾小時內(nèi)及時加固圍巖；

(2)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)需要在不同時段分層構筑； 來源：中大網(wǎng)校

(4)厚度薄，剛度小，具有較大的韌性。

它的作用機理可以從以下幾方面來認識：

2.1 錨噴支護能夠積極保持和提高圍巖的二次強度。

錨噴支護的及時性和密貼性，在保持和提高圍巖二次強度方面有著特別積極的作用。

首先，在洞室開挖后的短時間內(nèi)，噴射砼能夠及時封閉圍巖，隔絕大氣對圍巖的風化作用，防止圍巖二次強度急劇降低，特別是對那些易于風化、解體的軟弱圍巖更加重要，它是保持和發(fā)揮圍巖自穩(wěn)能力的關鍵。另外，以高壓射流形式噴射的砼，一部分砂漿滲入巖體結構面中，使互不聯(lián)系或聯(lián)系較弱的巖塊膠結在一起，加強了圍巖的整體性，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，能在軟弱圍巖局部破壞前及時提供支護力，限制圍巖變形發(fā)展，使巖體結構面中的粘結力最大限度地保持不變，以維護圍巖的整體穩(wěn)定。

穿過巖體結構面的錨桿，既起到一定的懸吊作用，又具有整體加固的效果。由于錨桿制約圍巖變形，巖體結構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，能防止巖塊松動和滑移。

噴射砼和錨桿提供的支護抗力，改善了圍巖的受力條件，使接近二維的受力狀態(tài)又向三維受力狀態(tài)轉(zhuǎn)化，大大提高了圍巖的二次強度。從穩(wěn)定圍巖的角度分析，必須注意及時支護，支護的作用主要是針對那些暫時尚未滑移塌落但又難以長期自穩(wěn)的巖塊，在這些巖塊周邊上的粘結力和摩阻力急劇降低之前進行支護，就可以最大限度地利用圍巖中尚存的那一部分強度，以達到最經(jīng)濟的支護效果。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 錨噴支護能夠使圍巖的二次應力向有利的方向調(diào)整

圍巖二次應力的特點是徑向應力解除或減小，切向應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)整二次應力的關鍵，除增大徑向抗力外，還在于緩和切向應力的集中程度。錨噴支護在這方面有著突出的優(yōu)點，由于它能保持和提高圍巖的二次強度，就限制和延緩了圍巖的破壞過程，為二次應力的調(diào)整爭取時間。錨噴支護能夠利用自身的柔性來適應圍巖的蠕變。在蠕變過程中，噴層又以越來越大的徑向抗力和切向抗力來支護圍巖，使變形速度進一步減慢，為充分利用圍巖的塑性創(chuàng)造了條件。

圍巖的塑性使應力不斷地隨時間進行調(diào)整，使二次應力的分布由過度集中向平緩轉(zhuǎn)化。隨著二次應力向深部調(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力相應降低，從而減輕錨噴支護的負擔。

洞室開挖變形過程實質(zhì)上是巖體內(nèi)部能量進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。錨噴支護的作用是：利用它的及時性爭取時間，利用它的柔性既提供一定的支護力，又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)移過程就是二次應力的調(diào)整和重分布過程。

2.3  錨噴支護具有良好的受力狀態(tài)

錨噴支護的密貼性、柔性和可分性，大大改善了它本身的受力狀態(tài)，這是模注式襯砌難以比擬的。

錨噴支護和圍巖緊密連接，二者相互提供粘滯力，彼此制約，共同變形，支護有助于圍巖的穩(wěn)定，圍巖改善了支護的受力狀態(tài)。在圍巖和支護共同工作中，柔性支護處于極有利的地位。一方面，柔性支護易于變形，作用其上的變形壓力變??；另一方面，在相同的荷載作用下，柔性支護的內(nèi)力總比剛性支護要小得多。因此，當錨噴支護和圍巖共同承載時，支護設計柔性大些，可以更好地發(fā)揮圍巖的支撐能力。

分層噴射或錨固對支護內(nèi)力的益處，更是其它一般結構所不具備的。對一般結構來說，材料、形式、尺寸一定時，在外力作用下，會產(chǎn)生一定的內(nèi)力（拉應力、壓應力或剪應力），這就是所謂的單一應力狀態(tài)。錨噴支護分層噴射或錨固，各工序有時間間隔，間隔期內(nèi)圍巖的變形壓力都相應發(fā)展變化。在這種結構厚度和荷載大小都發(fā)生變化的情況下，噴層中的應力狀態(tài)必然隨時間而變化，形成了復合應力狀態(tài)，從而提高了結構的支護能力。

在實踐中，初噴層厚度掌握不好，有時會出現(xiàn)裂隙現(xiàn)象，這正是初噴層材料強度被充分利用的一種表現(xiàn)，如果及時進行補噴，噴層的應力狀態(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。錨噴支護改善了圍巖和支護的應力狀態(tài)（減小或消除了拉應力），破壞形態(tài)以剪切破壞為主，少數(shù)情況下，才會出現(xiàn)彎曲破壞。

圍巖的破壞形態(tài)主要取決于二次應力和二次強度。前者和構造應力、洞室形狀、尺寸有著密切聯(lián)系，后者與巖性、結構面有關。在一般情況下，構造應力不太復雜，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)。只有在構造應力很復雜，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。

支護的破壞形態(tài)，既取決于圍巖的破壞和變形情況，又與自身的形式有關。作用在支護上的力，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，后者相對均勻。柔性支護整體受力變形時的適應性強，力矩小，多出現(xiàn)剪切破形態(tài)。當承受局部壓力時，應力相對集中，容易彎曲破壞。支護類型也有很

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