自进式锚杆在隧道超前支护中的运用研究

自进式锚杆在隧道超前支护中的运用研究

冯星宇

中国安能集团第一工程局有限公司   南宁市青秀区  530022

摘要：隧道极度破裂和涌水段围岩的施工已成为制约隧道工程安全和进度的一个主要原因，采用自进式锚杆支护技术替代小导管进行超前支护是目前隧道工程中常用的一种保障工安全及进度的措施，在工程建设中，应依据工程建设中所采用的工艺，并考虑周边环境及地质情况，进行整体设计，并选取合适的支护流程。本文对该技术的应用进行了较为详尽的介绍，希望为破裂和涌水条件下的隧道工程建设提供借鉴。

关键词：隧道；超前支护中；自进式锚杆

Study on the application of self-inlet bolt in tunnel advance support

Feng Xingyu

China Aneng Group First Engineering Bureau Co., LTD  Qingxiu District, Nanning City  530022

Abstract: tunnel rupture and water gushing section of surrounding rock construction has become a major reason restricting the safety and progress of tunnel engineering, using the self-inlet bolt support technology replace small catheter advance support is commonly used in the safety and progress of the measures, in engineering construction, should according to the technology adopted in engineering construction, and consider the surrounding environment and geological conditions, the overall design, and select the appropriate supporting process. This paper introduces the application of this technology in detail, hoping to provide reference for tunnel engineering construction under rupture and water gushing conditions.

Key words: tunnel; advance support; self-inlet bolt

引言

超前支护技术是指在隧道开挖后，采用管棚、锚杆、导向管等装置，对隧道开挖线上的围岩进行约束与控制，增强其稳定，以保证隧道开挖面上的安全与稳定。在隧道建设中，锚杆作为一种常用的支护方式，对隧道及围岩起到了很大的支撑作用，但目前我国常用的普通砂浆锚杆的锚固效果易受到灰浆龄期的影响，不能保证灌浆质量，不能快速实现早期强度。同时在某些特殊地质环境下，需要进行前期研究、测量和架设等前期准备工作，以保证该技术在软弱围岩中的应用。此外，由于目前国内隧道超前支护技术的总体开发水平较低，导致其在控制围岩变形中所能起到的作用十分有限，因此，为了使其最大限度地发挥其支护效应，需要加大对其的研究和应用力度。

一、自进式锚杆的特征

自进式锚杆是一种将钻孔、联结和锚固等功能集成在一起的新型锚固系统，实现了对复杂岩层（如破碎带、裂隙带、软岩、土层等难于钻进的岩层）的有效锚固。该方法可靠性强，效率高、操作简单，其主要特征是：第一，将钻杆和锚杆组合在一起，无需套管护壁即可构成锚穴，从而确保了锚固和灌浆的作用。使用简单、快速、省时、可节约25%的工时，大大提高了项目的进度[1]。第二，高效灌浆。对裂缝进行充填，对岩石、土壤进行加固，对地下水进行有效的控制，具有良好的扩散半径大和较高的锚固质量。第三，采用自推进的空心灌浆锚，其前端装有具有较高穿透性的钻孔，配合普通钻孔设备，能轻松地钻穿各种类型的岩体。第四，在钻孔时，不需要将钻柱内的锚固物取出，将其内部空间用作灌浆孔道，由内而外地灌浆。第五，高效止浆塞保证了注浆过程中的高压灌浆，并通过高强度的垫板、螺母，将深部围岩的应力向周壁围岩的分布，实现了围岩和锚杆的相互支撑。

二、自进式锚杆在隧道超前支护中的运用实例分析

（一）项目概述

自进式锚杆技术应用于杭瑞高速公路毕节-都格T6合同段鸡公山隧道工程，该工程地处贵州省毕节纳雍县，场区海波在1725.8-2214.7m范围内，最大高差为488.9m，最大深度为420m，为喀斯特地形，岩溶发育、多断层、多溶洞，地形复杂。开挖至YK133+372，开挖面围岩为灰白色、灰紫色、棕色石英砂岩，岩石节理、裂隙极为发育、极为破碎，各个构造面封闭性能较差，岩石质地脆性，整体稳定性较差，临空区局部出现松散坍塌，施工全部采用机械直接开挖。另外，在施工过程中，存在着多次涌突水，涌水总量在5~8L/s之间。由于渗透和水流的冲击，露天的地面和穹顶持续地崩塌成块状、砂砾和其它形状，而且还在扩大，导致施工人员无法进入隧道，所以，本项目采取组织集中、不间断抽水强排至洞外。作业期间，受雨水作用，开挖面上的涌水越来越多，致使拱顶上的碎石不停地往下掉，并堆积到开挖面上，塌方超过400方。

（二）采取自进式锚杆的作用

相对于传统的依靠自重来维持结构稳定性的方式，自进式锚杆兼具支护和加固双重作用，其优势在于：一是能够在基坑开挖后，为基坑工程提供支撑，增强基坑工程的自主性，并对基坑工程进行有效的控制。在设计中，采用自进式锚既保证了结构的强度，又简化了一些计算的内容。二是采用自进式锚杆，进一步提高了岩土的稳定性，从而改善了岩土原有的受力状况。由于自进式锚杆可以有效地增强岩土中较弱的构造面的抗剪强度，从而提高了岩土的其它力学性质，在设计中可以减少一些计算的工作量。三是在设计时，必须要保证建筑物与岩石之间的粘合，这样才能保证建筑物的稳定，有效防止建筑物受到外力的影响，采用了自进式锚杆装置，这样就可以大大提高建筑物的稳定性，同时也降低了建筑物的造价[2]。

（三）具体的施工方法

1.施工方案

在鸡公山隧道本区段，III级围岩已不能保证施工安全，因岩体异常破碎，涌水大，钻孔难成孔，常规超前小导管支护不能进行。经过研究，确定使用自进锚来取代常规的小导管超前支护，并将自进锚和钻杆组合成一个整体，从而解决了钻孔塌孔、钻孔不能插入和灌浆不充分的问题。具体方案：在拱顶120°以内，增加3排Ф51×5mm自进式锚杆，锚杆倾角10~15°，长度L=6m，环向间隔30cm，搭接长度2m。为了实现快速止水和加固拱顶坍塌对周围围岩的加固作用，向自进式锚杆内注入水玻璃双液浆液。沿线周围的围岩品质从原来的Ⅲ级提高到Ⅴ级，并且支持覆盖的种类从S-Ⅲa等级提高到S-Va等级。原始支座使用I20b（全封闭式），排距50cm；中空锚杆长4.5m，周向间距1.2m，纵向间距0.5m，喷网厚度28cm，二次衬砌60cm。

2.已准备就绪

使用ZDY-620井下钻具来进行自进式锚杆。首先搭建一个施工平台（或者是用挖出的渣土堆起来的），然后对要进行的工作进行人力和机械的清理，这样才能让钻机能够自如的工作。将各种风管和水管进行连接，保证各种管道的畅通，施工机械要到位，各种机械设备要没有问题，并做好各种材料和工具：Ф51×5mm自行锚杆、钻孔等，每节自行锚杆长80cm，末端有螺纹，可任意延伸。根据设计图，将锚杆加工出扩散浆液孔。

3.钻进

利用ZDY-620井巷钻机进行自进锚杆孔的施工，先将井巷钻机与挖土机的铲头焊好，然后利用挖土机和铲头的运动来调节井眼的位置和方位；依据地形及地质条件，对掘进机及掘进机进行打眼定位及打眼角度的调整；将一只钻头固定在第一个锚固点的前面，将空气管道与水管道相连，打开空压机进行打孔。在第一节锚杆钻进70-75cm（露出5-10cm，以减少下一节锚杆的重量）后，钻头就会停下来，并与下一节锚杆相连。用配套的键紧固固定器。经检验，确认锚杆系好，便可对下一个锚杆进行钻探，直至将第8节锚杆的半截插入岩层中。此时，钻井平台的右边部分会被拆除，而锚定器则会在岩层下移动。注浆完毕后，再对锚杆进行钻孔。每根自进式锚杆6米长，暴露出来的40cm的锚杆最后要剪掉（一般是在注浆结束且泥浆凝固后再剪掉多余的部分）[3]。

4.注双液浆

该项目用水泥-玻璃复合浆液注浆的方案，用水玻璃含量比为1:0.3~0.5（水玻璃浓度为35波美度）的水泥浆，在1-3分钟内形成，既有止水作用，又有加固、破碎围岩作用。双液浆注浆技术是将水泥浆液与稀释的水玻璃在搅拌机上搅拌，由底向上向下，经注浆连接件向锚杆内注浆的技术。注浆时，应保证高压飞管表面平整，空气中的水分含量应控制在0.5-1.0MPa范围内，浆液扩散半径应控制在1米以内。因为双层缝硬化迅速，所以不推荐将太多双层缝存放在搅拌机上，而是在注浆时搅拌。每个锚注的浆液体积在1.6~2.0立方米左右，可按密封装置的工作压力或水泥器生产装置的耗水量而定。在前锚注浆完毕后，为了维持锚固内的压力，防止泥浆倒流，应及时关掉封堵器。待泥浆最后完全沉降后，将暴露在外的锚杆剪掉，即可进行连接。

结束语

总之，在道路隧道施工过程中，采用自进式锚杆超前支护技术对围岩进行加固，可以抑制岩体裂缝，保证隧道结构的稳定。但这种技术的施工过程比较繁琐，施工难度也比较大，因此，施工人员要对施工区域的地质条件、气候条件、施工条件等进行深入的研究，选取合适的自进式锚，严格按照施工步骤进行，使超前支护控制技术的效果最大化，从而帮助隧道项目的顺利进行。

参考文献

[1]周杰.自进式锚杆在玄武岩松散堆积体隧道中的应用[J].工程技术研究,2020,5(24):82-83.

[2]李智,谷艳春.自进式锚杆在东山供水工程穿河段隧洞施工中的应用[J].山西水利科技,2020(02):47-49+64.

[3]赵丹清.高边坡支护中自进式锚杆的应用[J].建材与装饰,2020(05):79-80.