隧道施工中系统锚杆存在问题浅析.doc

隧道施工中系统锚杆存在问题浅析张利一、概述20世纪初期锚杆支护在矿山工程首次使用，至今在岩石地下工程中已得到广泛应用，高速公路隧道初期支护中也在普遍使用。但对锚杆在隧道支护体系中作用机理的认识尚存在分歧，但通常认为有以下几种作用：连接作用、组合作用、整体加固作用。连接作用：隧道围岩存在不稳定的岩块或岩层时，可用锚杆将它们连接起来，并锚入完整的岩层中；组合作用：用锚杆将一定厚度的岩层，特别是成层的岩层组合在一起，形成组合拱或组合梁，防止岩层滑移或坍塌；整体加固作用：通过有规律布设的锚杆群，将隧道四周一定深度的围岩通过挤压、粘结加固组成承载环。锚杆在具体的公路隧道设计中，一般二级及以上围岩，仅对局部围岩破碎段采用，长度22.5米；三级围岩的拱、墙部全部使用，长度23米，间距11.5米；四级围岩拱墙部全部使用，长度2.53米，间距11.2米；五级围岩拱墙部全部使用，长度34米，间距0.81.2米；六级围岩属于地质条件极差段，需要通过实验和计算确定。目前公路隧道中通常使用的锚杆主要是中空注浆锚杆和药卷锚杆，本文重点讨论这两种锚杆。二、锚杆施工中存在的问题、原因及影响 隧道工程的绝大部分属于隐蔽工程，要求动态设计，动态施工，且要求24小时连续作业，加之施工环境差，安全风险高，因此隧道施工的规范性相对较差，而在各施工环节中尤以锚杆施工存在的问题最多。主要有：1、锚杆的打设长度不足。主要原因：施工队伍蓄意偷工减料；操作工人偷懒或为了加快进度锚孔深度没有钻够；围岩破碎，成孔后碎落的岩块堵塞了钻孔，致使锚杆无法插入；操作空间受限，施工困难。如在四、五级围岩中，采用三台阶施工，上台阶仅3米左右，而锚杆设计长度通常在3.54米，根本无法施工。锚杆的长度未达到设计要求，必然导致锚入完整围岩部分的长度不足，降低了锚固作用。2、锚杆打设角度偏差过大。锚杆也称径向锚杆，要求打设角度必须垂直岩面，这样才能发挥最大的锚固作用。而实际施工中锚杆打设角度偏差非常大，特别是拱顶部分，有的甚至和岩面的夹角只有1020度。主要原因：操作工人个人原因如技术水平差、作业随意不规范；拱顶范围的锚杆孔属于竖向垂直作业，钻孔难度大，且钻渣和泥水随时会落到操作工人身上；操作空间受限，施工困难。如在四、五级围岩中，采用三台阶施工，上台阶仅3米左右，而锚杆设计长度通常在3.54米，所以只能减小角度才能施工。锚杆的有效锚固力与锚杆的有效长度（锚杆长度乘锚杆围岩夹角的sin值）成正比，即如果夹角只有20度， 4米长的锚杆的有效长度仅为1.3米，基本不会起到锚固作用。因此锚杆的打设的垂直度非常重要。3、中空锚杆注浆不饱满或不注浆。隧道施工中，中空锚杆注浆不饱满是一个非常普遍的现象。主要原因：操作人员的偷懒或为了加快施工进度；拱顶范围内的锚杆竖向垂直度大，注浆施工困难；水泥砂浆的水灰比较大，凝固后体积收缩。中空注浆锚杆的粘结力主要靠砂浆与围岩的粘结提供，注浆不饱满会导致锚固力降低。4、锚杆外露端的垫板安装未紧贴岩面或未安装垫板。锚杆施工中锚垫板安装不紧的现象也非常普遍，主要原因在于操作人员责任心差。锚垫板安装不紧造成锚杆尾端应力为零，降低了锚杆的悬吊作用。 5、锚杆打设数量不足。主要原因：施工队伍蓄意偷工减料；操作人员偷懒或为了加快施工进度；受空间限制操作困难。锚杆数量不够会降低锚杆群作用的发挥，影响围岩的整体加固作用。三、解决方法 通过上面的分析，锚杆施工存在问题的原因可大体分为三类：1、属于设计缺陷造成的，如三台阶施工中受空间限制，拱顶部分的锚杆无法施工；2、属于工艺本身的问题，如中空注浆锚杆在注浆环节中存在不利于控制的因素，导致注浆不饱满；3、属于管理问题，如施工队伍的偷工减料，施工不规范，工人偷懒等。对于由于设计缺陷造成的问题应该从设计角度考虑解决。目前虽然三、四、五级围岩基本采用了系统锚杆作为加固手段，表面看起来很安全。但在实际施工中拱顶部分的中空注浆锚杆由于空间限制及竖向不利操作等原因造成锚杆打设角度的极大偏差、锚杆长度的不足及注浆不饱满等问题，导致这部分锚杆发挥的作用十分有限，甚至没有作用了。不仅如此，而且浪费了大量人力、物力和时间。因此隧道设计应充分考虑施工的可行性，取消拱顶部分的锚杆，采用其他加强手段替代。对于工艺本身的问题，可以考虑改变工艺。如中空注浆锚杆注浆难以控制的问题，可以考虑采用其它类型的锚杆来代替。如博深项目已经将所有三级围岩的中空注浆锚杆全部改为药卷锚杆，有效提高了锚杆施工质量。对于管理问题，应加强监督管理手段。如在施工队伍的选择方面，尽可能找技术水平高，信誉好的