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摘要：近年来，我国的隧道工程建设有了很大进展，在隧道工程中，锚杆支护是非常重要的组成部分。锚杆支护作为主动支护，既允许围岩的适当变形又提高了岩体的承载能力，使围岩的稳定性得到充分发挥。文章阐述了预应力锚杆加固原理，重点关注隧道施工中锚杆支护的优化应用，并提出注意事项。本研究可为同类工程提供借鉴。
关键词：锚杆支护；锚固机理；锚杆材料；优化应用
引言
近年来，国内外地下工程发展迅速，越来越多的能源、交通、矿山、水利工程在山岭地区兴建。但地下工程施工条件复杂，支护体系要求高。在实际施工过程中隧道围岩多因支护不善造成围岩出现大变形，引起隧道的坍塌，不但威胁到施工人员的生命安全，还造成了公共财产的损失。锚杆支护作为一种主动支护，其允许隧道围岩出现微小变形，从而使围岩的自稳能力得到充分发挥，备受相关从业人员的青睐。国内外学者也从锚杆材料、结构、适用性及隧道锚杆支护与优化应用等方面做了大量的研究工作。
1建模
在正式开展有限元分析之前，需要选择适宜的计算参数进行有限元分析模型，这是决定有限元分析能否顺利完成的关键，必须引起相关人员高度重视，切实做好建模的工作。而建模的过程必须得到相关数据的支持，数据是否准确也会对模型的建立及后续有限元分析造成影响。
2锚杆支护机理及特点
锚杆加固是一种柔性加固技术，主要依靠锚杆与土体之间的摩擦。锚杆支护充分利用岩土本身的承载能力保持岩体的稳定，它的本质便是经过锚固增强岩土的整体性，控制开挖后岩土的变形，防止应力突然释放。根据不同围岩的岩层产状和稳定状况，锚杆可以采用不同的组合形式达到预期的效果。锚杆支护理论主要有悬吊理论、减跨理论、组合梁、拱理论。随着对锚杆作用机理以及荷载传递机理理解的深入，有学者提出了中性点理论、围岩松动圈理论。
3隧道施工中锚杆支护的优化应用
3.1大断面隧道支护参数优化
大断面及大埋深隧道地质环境复杂，对支护破坏严重。在支护设计中安全系数取值偏大，不能达到最优设计目的，有必要对大断面支护设计进行分析研究。黄庆显研究了全锚支护在大断面大埋深巷道支护中的应用，认为全锚支护较好解决了深部矿井极软岩巷道遭受复杂应力破坏，巷道支护难以稳定这一难题。对比分析不同强度等级围岩，不同开挖方法在无支护、锚杆支护、H型钢拱架支护和H型钢拱架+锚杆支护方式下隧道围岩变形、支护构件受力变化规律，认为H型钢拱架+锚杆支护很好的控制了围岩变形，保证了现场初期支护安全。
3.2锚杆的张拉
锚杆送装到位后，手动用力外拉、旋转锚杆体，随着杆体被拉出旋转，使得涨壳头充分张开，涨壳与岩壁充分咬紧；安装垫板、螺母，通过三臂凿岩台车操作筐中高压风口，带动风炮机扭紧锚杆螺栓，对锚杆施加初始预应力，使垫板与岩壁充分接触。
3.3层状围岩隧道支护参数优化
层状围岩在我国分布广泛，在隧道工程施工中，不可避免会穿越层状围岩地段。水平层状围岩对拱顶、拱底不利，竖直层状围岩对边墙不利，倾斜层状围岩对隧道拱肩，拱脚不利。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当倾角小于50°时，出现顺层滑动的概率较低，此时围岩屈服主要受层间抗拉强度影响；当倾角50°~70°时，岩层顺弱势节理面变形随岩层倾角的增大而提高，此时洞周围岩层破坏则主要受节理面摩擦力和粘聚力影响。根据受力不同，水平互层岩体隧道，将全断面布置锚杆优化为仅在拱部120°范围内按设计配置锚杆，在边墙可根据实际施工情况局部打设锚杆，墙拱交界及拱脚增加锁脚锚杆，对薄弱部位，增加锚杆长度，以及衬砌的支护强度，使围岩达到稳定要求。
3.4锚杆长度选择
通过有限元分析能看出，对新建隧道进行开挖施工之前，处于左右部的锚杆，其受到拱腰部位的拉应力，其它位置的锚杆则受到压应力，最大拉应力产生于右侧与进口相临近的位置，而最大压应力则产生于右侧和现有隧道相临近的出口，前者处在拱腰，而后者处在拱顶。将左侧的新建隧道挖好以后，其最大拉应力产生于左侧和现有隧道相临近的拱腰，而最大压应力产生部位保持不变。当锚杆的长度有所不同时，围岩沿竖向发生的位移特征基本相同。当锚杆的长度由4m缩短到3m后，不论数值或分布情况，对围岩沿竖向发生的位移造成的影响很小。对左、右两侧的新建隧道的锚杆。这说明锚杆的长度并不会影响围岩位移。在这种实际情况下，为了给锚杆的施工创造便利，并减少施工的成本，可将锚杆长度确定为3m。
实际施工中100m2以上大断面隧道，根据围岩等级不同长度不同，一般III级围岩2.5m，IV 级围岩为3m到3.5m，V级围岩为4m到4.5m。
4注意事项
①锚杆钻孔施工，根据围岩情况调整钻头直径，围岩较差部位适当扩大钻头孔径，以保障锚杆能有效安装。根据全电脑凿岩台车的钻臂划分好每个钻臂的钻孔范围及顺序，使全电脑凿岩台车的三个臂尽可能的实现平行作业，充分发挥三臂全电脑凿岩台车的性能及功效。②锚杆钻孔顺序采用先上后下形式，或集中完成一个区域，使钻孔施工和锚杆安装能够平行作业。避免钻孔放置时间过长，孔径收缩且塌孔。③锚杆安装时，当杆体将完全至孔底时，用力快速将锚杆送入，使锚杆快速进入孔底并受自重作用，使锚杆前端涨壳头张开固定到孔内。④初始张拉，先用人力搬手紧固，而后用风动扳手紧固。⑤注浆：浆液严格按配合比配制。锚杆安装完毕后，统一注浆，浆液随拌随用，保证注浆作业的连续性，如注浆过程中有中断，则必须将注浆管用清水清洗干净后，方可停止注浆，且需保证注浆桶内剩余浆液搅拌不能停止，避免堵管。严格控制注浆压力，采用低压注浆，避免由于注浆压力过大造成孔内空气无法有效排出，注浆不密实。锚杆注浆完毕后，需用锚固剂或木塞将注浆口进行封堵，避免浆液外流，影响注浆质量。⑥严格执行“三检”制，作好班组自检，必须作好各工序的施工记录，施工中，上道工序不合格或未经监理工程师验收签证的预应力阶段产品，不得进入下一道工序施工。
结束语
综上所述，在围岩中设置锚杆改变围岩的物理力学性质。通过锚固体与土之间的摩擦力，拉杆与锚固体的握裹力以及拉杆强度共同承载，使加固体不被破坏。在施工中要在理解锚杆的锚固机理及支护理论的基础上充分发挥围岩的自稳能力。实际工程中要针对锚杆材料、锚固材料以及锚固方法等方面进行研究，通过改变材料、锚固方法的方式充分发挥锚杆支护的特性。由于地质条件的复杂性，不同带锚岩体的锚固效应是不同的，合理的锚杆支护可以更加有效的改善围岩的应力状态和应力应变特性。在隧道开挖过程中和隧道支护过程中，应针对不同的地层情况提出不同的支护形式，并对支护参数进行优化，使支护达到最优效果，使其经济性最佳。
参考文献
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论文作者:刘慧灵
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/22
标签：围岩论文; 锚杆论文; 隧道论文; 锚固论文; 应力论文; 注浆论文; 层状论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;