論噴錨支護(hù)在引洮3#洞的實(shí)踐應(yīng)用

馬麟

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司第六工程公司，甘肅蘭州 730000）

論噴錨支護(hù)在引洮3#洞的實(shí)踐應(yīng)用

馬麟

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司第六工程公司，甘肅蘭州 730000）

通過在引洮總干渠一期工程3#隧洞出口段的施工實(shí)踐，從施工技術(shù)、施工安全等方面闡述了噴錨支護(hù)的適用及其主要特點(diǎn)。

噴錨支護(hù)；實(shí)踐；安全技術(shù)

噴錨支護(hù)主要有兩種，其一是噴砼支護(hù)，其二是錨桿支護(hù)。噴混凝土是通過噴射設(shè)施把混凝土噴到巖石的表層，讓混凝土和圍巖密切粘合且填充裂縫、低洼處，來避免巖層不牢固與風(fēng)化。如此便能夠依托巖層的自乘功能，且讓混凝土和巖石構(gòu)成共同的作用負(fù)載架構(gòu)。錨桿是固定在巖層內(nèi)的金屬桿。主要有三方面的功能：（1）懸吊功能，也就是依托錨桿將不牢固的巖石，固定在完備的巖體上；（2）在水平層狀巖石中將諸多層連為一個(gè)組合梁；（3）利用錨桿的固結(jié)增強(qiáng)穩(wěn)定性，讓巖層構(gòu)成符合有關(guān)要求的負(fù)載巖拱，此三方面的功能是互相促進(jìn)的。

噴錨支護(hù)大概分成4個(gè)類型：（1）錨桿支護(hù)，當(dāng)做暫時(shí)支護(hù)，通常運(yùn)用楔縫型金屬錨桿，長期支護(hù)大多運(yùn)用砂漿錨桿，此種類型的支護(hù)大多使用在硬度較大的巖層中，用來防止大體積巖石的下滑；（2）噴砼支護(hù)，用來避免碎裂巖層的小體積石塊下滑亦或避免巖石受風(fēng)吹的不良影響；（3）砂漿錨桿與噴砼協(xié)同支護(hù)，大多使用在穩(wěn)固性不理想的巖層；（4）噴砼、鋼筋網(wǎng)、砂漿錨桿協(xié)同支護(hù)，適用于碎裂帶與硬度較差的巖體。

本文重點(diǎn)闡述在軟弱巖層中運(yùn)用噴錨支護(hù)方案的科學(xué)性、有效性，及在地下建筑項(xiàng)目中獲得的理想成效。

一、噴錨支護(hù)的基本理論

在地層中挖掘洞室以后因?yàn)橹暗木鉅顟B(tài)被毀壞，巖層朝著臨空面發(fā)生位置移動(dòng)、掉落，乃至大規(guī)模塌陷，為確保安全便應(yīng)對(duì)不牢固的巖石加以支護(hù)，由于其可以第一時(shí)間架設(shè)，還可以和圍巖密切融合，支護(hù)成效顯著，所以從本質(zhì)上轉(zhuǎn)變了此種情況。

噴錨支護(hù)的功能，即在位置移動(dòng)達(dá)到最大極限，巖石松動(dòng)掉落之前，有效的支撐、保護(hù)巖體，且以費(fèi)用最少的支護(hù)方式取得最理想的穩(wěn)固成效。這里存有部分沖突：累積在圍巖中的變形一方面需要調(diào)整，另一方面要有效釋放；一方面準(zhǔn)許有一定程度的位置移動(dòng)，另一方面移動(dòng)的程度不可太大；一方面要恰當(dāng)支護(hù)，另一方面又不可太早支護(hù)，更不可以太晚支護(hù)，一方面要讓支護(hù)達(dá)到一定的剛度，另一方面強(qiáng)度不可太大；此些沖突均是巖體蠕變效能導(dǎo)致的。噴錨支護(hù)運(yùn)用其特殊的可分性（也就是能夠依據(jù)需求分幾層、幾遍噴射，且能夠增添鋼筋網(wǎng)與錨桿），合理地處理了圍巖位置移動(dòng)程度、支護(hù)時(shí)機(jī)與噴層物料強(qiáng)度間的沖突。

在洞室挖掘后的第一時(shí)間，快速地噴上厚度較小的一層砼，第一時(shí)間保護(hù)圍巖，避免風(fēng)化，維持且增加圍巖的二次強(qiáng)度，防止圍巖部分毀壞而對(duì)總體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。初次噴射的時(shí)候依托自身薄層，依托自身的柔性，讓圍巖在有關(guān)制約下產(chǎn)生形狀變化，降低形狀變動(dòng)速度，力爭時(shí)間，便于二次應(yīng)力的改進(jìn)。在洞室發(fā)生形狀變化的同時(shí)，累積在周圍的能量能夠釋放一些，一些轉(zhuǎn)到支護(hù)上，一些轉(zhuǎn)到深層次的圍巖上，支護(hù)柔性愈大，釋放與轉(zhuǎn)到深層次圍巖的能量就愈多，支護(hù)擔(dān)負(fù)的能量便越少。

二、噴錨結(jié)構(gòu)的特征和作用原理

依據(jù)突破觀點(diǎn)，噴錨架構(gòu)的效能體現(xiàn)在以別的支護(hù)不具有的特殊的優(yōu)勢參加巖體突破后產(chǎn)生的改變，進(jìn)而掃除突破點(diǎn)亦或迫使破壞以慢的速度發(fā)展。且朝著穩(wěn)固方向轉(zhuǎn)變，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：

（一）及時(shí)性

噴錨的一個(gè)重要優(yōu)勢體現(xiàn)在其可以增快作業(yè)效率，通常有望在幾個(gè)小時(shí)后把新挖掘的洞體噴射、凝固。如此便能夠在巖體的大多數(shù)塑性產(chǎn)生形狀變化以前，便給予早期管控（在噴射以前巖體僅可以產(chǎn)生彈性與局部塑性變形）。假如對(duì)洞體進(jìn)行導(dǎo)洞發(fā)掘，且一邊挖一邊噴射，則先實(shí)施的噴層將在后挖掘?qū)е碌娜孔冃我郧?，在此段被控巖體形狀變化、毀壞過程中，錨桿和噴錨層將視為“巖體的組成內(nèi)容”在起著作用。噴錨和巖體一同施加影響的結(jié)果或許掃除突破點(diǎn)，或許讓突破后的毀壞發(fā)展降低速度，讓其在準(zhǔn)許的范疇中穩(wěn)固下來，也就是避免其進(jìn)一步發(fā)展為塌方突破。

（二）密貼性

噴層和圍巖的粘合性是噴錨可以發(fā)揮多大程度的作用的重點(diǎn)，砼迅速噴射在新挖掘的圍巖表層，乃至噴入縫隙，錨桿插入鉆孔來讓砂漿充分膠結(jié)。其和巖體間穩(wěn)固、密切粘合，進(jìn)而增強(qiáng)了巖體的穩(wěn)定性，讓巖體的硬度與彈性模量得以提升。關(guān)于錨桿拉拔試驗(yàn)與噴層沖切試驗(yàn)的諸多材料表明：只要項(xiàng)目建設(shè)品質(zhì)有一定保障，噴錨和巖體的密切性與粘合力是毋庸置疑的。恰是因?yàn)閲婂^架構(gòu)和巖體間的此種特性，增強(qiáng)了巖體的穩(wěn)固性，讓巖體能夠高效地掃除突破點(diǎn)與管控住破壞的進(jìn)一步發(fā)展。

（三）改進(jìn)應(yīng)力條件

噴錨一方面可以增強(qiáng)巖體的穩(wěn)固性，改進(jìn)巖體力學(xué)屬性以外，還具有改進(jìn)應(yīng)力條件的功能，此種功能可以讓巖體破壞的概率大幅降低，此對(duì)于巖體的穩(wěn)固性是特別有好處的。

（四）柔性

此種特性是噴錨架構(gòu)的一個(gè)主要特性，實(shí)際與理論均證明：噴錨架構(gòu)并不是硬度過大不準(zhǔn)許巖體發(fā)生形狀變化的剛性架構(gòu)，而是準(zhǔn)許巖體在噴錨架構(gòu)管控下發(fā)生一定程度的位移，而不讓巖體突破亦或點(diǎn)突破之后不讓其肆意的向更壞的方向發(fā)展。其是因?yàn)槠鋷в写朔N特性，讓厚度很小的乃至不連片的噴錨可以起到突出的作用。對(duì)于較差的巖體，從本質(zhì)上而言，在噴錨管控下，讓巖體體現(xiàn)為局部點(diǎn)突破而不進(jìn)一步變成塌方突破的形態(tài)是最好的。在變形較為顯著的狀況下，可運(yùn)用二次噴層法，首次噴的因?yàn)槠渥陨淼娜嵝?，能夠讓巖體在有管控的狀況下釋放一些應(yīng)力，待穩(wěn)固后進(jìn)行再次噴射，以避免條件改變導(dǎo)致巖體惡化。

（五）防風(fēng)化作用

依托導(dǎo)洞作業(yè)的大洞室，作業(yè)期通常很長，假如不一邊開挖一邊噴射，在巖體裸露在空氣中被風(fēng)吹以后會(huì)對(duì)項(xiàng)目的穩(wěn)固性產(chǎn)生一定程度的影響，特別是不良巖體，其穩(wěn)定性會(huì)特別不理想。

（六）止水作用

洞體挖掘后，將地下水原本的滲透狀況產(chǎn)生了變化。由于挖掘?qū)е乱恍┛p隙進(jìn)一步增大亦或出現(xiàn)部分新的縫隙讓滲透系數(shù)變大，并且洞室的挖掘讓滲透距離變短，因此從某個(gè)層面而言，原本不流經(jīng)此地的地下水，也開始從這里流過。導(dǎo)致巖體穩(wěn)固性下降，形成突破點(diǎn)，硬度較小的巖體表現(xiàn)得更顯著。因?yàn)閲妼雍蛶r體的貼合性且填充了部分較大的縫隙，讓滲透系數(shù)變小，所以能夠讓脈狀水的滲透方向等要素產(chǎn)生改變，也就是滲透到其他地方，進(jìn)而發(fā)揮止水作用。當(dāng)水量較小的時(shí)候，挖掘后馬上噴射，則通常能夠取得理想的成效，從而提升巖石的穩(wěn)固性，這點(diǎn)在項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際中已得到了驗(yàn)證。

三、有關(guān)噴錨支護(hù)在軟弱巖層中的施工資料摘錄

以引洮總干渠一期工程3#隧洞出口段工程為例。

（一）工程簡介

洮供水一期工程計(jì)劃從洮河九甸峽水利樞紐工程調(diào)水至甘肅省中部干旱地區(qū)定西市一帶，主要建筑物位Ⅱ等工程。3#隧洞全長13.32 km，本標(biāo)段（出口段工程）位于渭源縣麻家集鎮(zhèn)宗丹溝靳家山，設(shè)計(jì)縱坡1/1500，設(shè)計(jì)流量32 m3/s、加大設(shè)計(jì)流量36 m3/s。

本標(biāo)段主要工程項(xiàng)目有：

1.3#隧洞出口段（15+300-19+825.8）主動(dòng)工程，全長4525.8 m。

2.宗丹溝暗渠。自樁號(hào)19+862.58-19+825.8，全長36.78米,設(shè)計(jì)橫斷面型式為標(biāo)準(zhǔn)馬蹄型,斷面尺寸為4.68×4.68(B ×H),現(xiàn)澆C20鋼筋砼襯砌。

本標(biāo)段主要工程量明挖土石方1.36萬m3，洞挖石方11.73萬m3、現(xiàn)澆鋼筋砼2.32萬m3、鋼筋制安2 057T、洞身回填灌漿2.53萬m2、全長粘結(jié)式砂漿及水泥基藥卷系統(tǒng)錨桿5 2451根，噴混凝土8 720.43m3。

本標(biāo)段工程計(jì)劃工期為：60個(gè)月。

（二）地質(zhì)條件

引洮總干渠一期工程3#隧洞出口段巖石屬于紅褐色泥質(zhì)砂巖，遇水崩解。裂隙較發(fā)育，屬于4類圍巖。如若隧洞開挖后不及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，會(huì)發(fā)生大塊巖石的掉落和塌方，影響施工安全，工程進(jìn)度和工程質(zhì)量。所以必須采取一次噴錨支護(hù)方案。

（三）噴錨段的支護(hù)參數(shù)和施工

噴錨段的支護(hù)參數(shù)為拱頂180度范圍內(nèi)設(shè)置間距為200 mm的6.5號(hào)圓鋼隧洞斷面每1.5m設(shè)置7根系統(tǒng)錨桿，錨桿為22的螺紋鋼長2.5m，如若遇圍巖不好的情況下就增設(shè)隨機(jī)錨桿或以鋼拱架配套設(shè)置，噴錨厚度為15 cm。增設(shè)錨桿使用錨固劑摻入3%的速凝劑將其固定在巖石里和巖石有效的成為一個(gè)整體。進(jìn)過長時(shí)間的變形觀測發(fā)現(xiàn)，噴錨支護(hù)效果顯著圍巖變形已被有效控制。

總之：在軟弱巖層中運(yùn)用噴錨支護(hù)的作業(yè)方式，從本質(zhì)上解決了巖體不穩(wěn)固的問題，所獲得的成效是明顯的。當(dāng)前依舊采用“項(xiàng)目類比法”，先依據(jù)圍巖的穩(wěn)固狀況和變形特點(diǎn)劃分類別，之后再參考日常經(jīng)驗(yàn)來明確噴錨參數(shù)，有些時(shí)候也配合使用類似的理論剖析與核算，通常而言，噴錨層的厚度在10～25 cm，錨桿長度在300到600 cm間，錨桿間距大概為1～1.5 m，并且大部分運(yùn)用普通砂漿錨桿，項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間不多的時(shí)候可運(yùn)用加速凝劑錨固錨桿。總而言之，在地下建筑項(xiàng)目建造過程中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)每個(gè)地段的地質(zhì)狀況，且對(duì)比剖析技術(shù)、費(fèi)用等，進(jìn)而明確最佳的噴錨參數(shù)，且在現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目中持續(xù)累積與歸納經(jīng)驗(yàn)，力爭在技術(shù)方面有所提升。

綜上所述：在軟弱巖層中采用噴錨支護(hù)的施工方案，從根本上解決了圍巖不穩(wěn)定的問題，所取得的成績是顯著的。目前還是用“工程類比法”，首先根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況及其變形特征進(jìn)行圍巖分類，然后再參照一般經(jīng)驗(yàn)來確定噴錨參數(shù)，有時(shí)也輔以近似的理論分析和計(jì)算，一般說，噴錨層的厚度為10～25cm，錨桿長度為300～600 cm，錨桿間距約為1～1.5 m，而且大多數(shù)采用一般砂漿錨桿，工程工期緊時(shí)可采取加速凝劑錨固錨桿。總之，在地下建筑工程施工過程中，尚須根據(jù)各個(gè)地段的地質(zhì)情況，并綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)各方面加以比較分析，從而確定最優(yōu)噴錨參數(shù)，并在實(shí)際工程中不斷積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在技術(shù)上取得進(jìn)一步的提高。

（編輯：劉國華）

TV93

A

1673-9019(2016)19-0045-02

2016-07-07

馬麟(1984-），男（回族），甘肅蘭州人，助理工程師，主要從事的水利水電工程施工工作。