隨機(jī)錨桿在大洞徑引水隧洞一期支護(hù)中的應(yīng)用

胡 鑫 于厚文

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100）

1 工程概況

大盈江水電站為引水式大（2）型水電站，裝機(jī)4臺175MW水輪發(fā)電機(jī)組，最大壩高35m，正常蓄水位相應(yīng)最大庫容16×104m3。引水隧洞長14km，鋼筋混凝土襯砌厚度0.4m，內(nèi)徑8.5m，一般開挖洞徑9.3m，遇有斷層或破碎帶，洞徑為9.7m。共設(shè)6個施工支洞，12個掌子面掘進(jìn)。

引水隧洞沿線基巖為球狀混合片麻巖、黑六角閃斜長片麻巖和花崗質(zhì)混合片麻巖。巖層多為單斜構(gòu)造，局部有皺曲構(gòu)造。片麻巖走向與隧洞軸線夾角較小，地下水位高于洞頂。引水隧洞埋深100m～200m，屬深埋隧洞。根據(jù)巖體特性，將圍巖劃分為Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類及斷層破碎帶4類型，分別采用A型、B型、C型及D型支護(hù)形式。Ⅲ類圍巖為主，Ⅳ類圍巖次之，Ⅱ類圍巖較少。

2 錨桿的作用

正確理解錨桿在隧洞開挖支護(hù)的作用，才能真正認(rèn)識到隨機(jī)錨桿的重要程度。錨桿的作用一是起懸吊作用，對于圍巖有可能脫落的石塊，通過有一定錨固長度的一根或多根錨桿將石頭固定住，而不使其脫落。二是緊固圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圍巖節(jié)理裂隙比較發(fā)育，通過錨桿的穿插膠結(jié)，使其圍巖整體性加強(qiáng)，增加圍巖的自身的承載能力，維護(hù)圍巖的穩(wěn)定。三是遇有層理結(jié)構(gòu)，通過錨桿穿插膠結(jié)成整體，使其聯(lián)合受力，保持圍巖的穩(wěn)定。

3 隨機(jī)錨桿的必要性

3.1 系統(tǒng)錨桿與隨機(jī)錨桿的關(guān)系

設(shè)計者根據(jù)常規(guī)設(shè)計原則，在地質(zhì)條件勘測不為詳盡的情況下，通常都設(shè)計系統(tǒng)錨桿。本工程大多數(shù)是Ⅲ類和Ⅳ類圍巖，系統(tǒng)錨桿間距分別為3m×3m和2m×2m。根據(jù)錨桿的作用原理，如此大的間距，如恰遇到節(jié)理發(fā)育帶能起到作用。但間距大，每根錨桿作用范圍小，對這一段節(jié)理發(fā)育巖體整體穩(wěn)定作用不大。如遇到完整圍巖，自身穩(wěn)定較好，如此大的間距布一根錨桿又不起多大作用。所以是否必須布設(shè)系統(tǒng)錨桿大有商榷的必要。洞挖過程中，既要保證圍巖的穩(wěn)定，又要減少浪費，最好是根據(jù)爆破后的圍巖情況，由業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工各方根據(jù)實際情況和施工經(jīng)驗布設(shè)隨機(jī)錨桿。

3.2 隨機(jī)錨桿的認(rèn)識和必要性

隨機(jī)錨桿具有隨機(jī)性，這種隨機(jī)性恰好化解了由于地質(zhì)條件勘測不周詳而使圍巖成動態(tài)性的問題，也就是隨機(jī)錨桿應(yīng)根據(jù)圍巖的具體情況而布設(shè)。引水隧洞開挖的山體都是長期處于穩(wěn)定狀態(tài)的，洞挖后形成空腔，圍巖內(nèi)部壓力要重新分布，從而再達(dá)到新的相對穩(wěn)定。在內(nèi)部壓力重新分布的過程中，由于圍巖的巖性、節(jié)理裂隙發(fā)育程度等原因，有可能出現(xiàn)巖石碎塊脫落或大量脫落造成塌方，為此及時布設(shè)隨機(jī)錨桿主動進(jìn)行支護(hù)是極為重要的和必要的。

4 隨機(jī)錨桿的應(yīng)用

4.1 隨機(jī)錨桿的布置

本工程引水隧洞沿軸線均是片麻結(jié)構(gòu)，從左向右傾斜，平均 50°～70°左右，因此右側(cè)圍巖相對穩(wěn)定，而左側(cè)圍巖因向右傾斜，相對穩(wěn)定性差。一般情況下，左側(cè)布設(shè)隨機(jī)錨桿較多，右側(cè)布設(shè)隨機(jī)錨桿較少。錨桿間距一般采用1.5m×1.5m，如果節(jié)理裂縫較發(fā)育及破碎帶間距采用1m×1m，梅花形布置。

4.2 錨桿規(guī)格的選取

本工程錨桿采用Φ25Ⅱ級鋼筋，長度為3m～4.5m。根據(jù)錨桿作用原理，無論何種受力條件，即使造成塌方僅出現(xiàn)錨桿拔出，基本沒有錨桿拉斷現(xiàn)象發(fā)生。因此錨桿的灌注質(zhì)量是錨桿起作用的主要因素，錨桿直徑超過25mm是沒有必要的。錨桿直徑的選取除了可以計算確定，也可以根據(jù)鉆孔機(jī)具成孔直徑及錨桿布置來決定。錨桿布置間距小，直徑可減小。規(guī)范規(guī)定"先注漿后插錨桿，孔徑大于錨桿直徑15mm。先插錨桿，后灌漿，孔徑要大于錨桿25mm"。滿足上述要求鉆孔孔徑不能小于50mm。但當(dāng)前洞挖都使用YT-28氣腿風(fēng)鉆，配套鉆頭是40mm或42mm，成孔都在50mm以下，因此錨桿直徑不能大于25mm。但根據(jù)經(jīng)驗和其他工程實例，采用Φ22或Φ20Ⅱ級鋼筋，同樣效果得到保證，而且灌注質(zhì)量有保證，速度加快，降低成本。

4.3 保證錨桿的灌注質(zhì)量采取的措施

灌注錨桿通常使用水泥砂漿和錨固劑。由于錨桿布設(shè)方向原則上必須垂直巖石節(jié)理面或垂直開挖的巖面，所以水泥砂漿用于向下傾斜的錨桿灌注效果較好，向上傾斜或頂拱錨桿注漿就比較復(fù)雜。水泥砂漿強(qiáng)度等級不低于20MPa，水泥標(biāo)號采用不低于P.O32.5級的普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號高凝固后強(qiáng)度高。砂宜采用細(xì)度2.2～2.8之間的中砂。錨固劑要根據(jù)施工程序和施工部位采用合格的產(chǎn)品。錨固劑外徑宜采用32mm，初凝時間20～30min，終凝時間50min以內(nèi)，給安插錨桿留有充分時間。

錨桿的灌注質(zhì)量決定錨桿是否起到錨固作用。確保錨桿的灌注質(zhì)量，首先對孔壁必須進(jìn)行清洗、吹干，由此砂漿或錨固劑才能夠和鋼筋牢固膠結(jié)。其次必須保證砂漿或錨固劑能夠?qū)摻畛浞职髮摻詈涂妆谥g的孔隙充分充填。

使用水泥砂漿灌注錨桿，錨桿向下傾斜，無論先插錨桿或后插錨桿，砂漿都會灌注的飽滿，質(zhì)量得到保證。但錨桿向上傾斜，頂拱錨桿就不能采用先灌漿后插錨桿的方法，必須先插錨桿，然后用砂漿泵注漿，同時及時封閉孔口，防止砂漿流淌。如果錨桿直徑選用16mm～20mm，可采用干硬性砂漿，用噴漿鼓風(fēng)力注漿，灌注效果很好。但直徑較大的錨桿，由于錨桿與孔壁間隙小，噴漿管插不進(jìn)去而無法注漿。當(dāng)然如果使用特殊大鉆頭造孔，噴漿管能插入孔內(nèi)，采用干硬性砂漿效果更好。

使用錨固劑灌注錨桿，當(dāng)錨桿長度3.5m以下時，效果好，錨桿長度超過3.5m，甚至選4.5m，直至6m，則有一定困難。因為錨固劑浸泡后，要一卷一卷送入孔內(nèi)，尤其高部位或頂拱錨桿，當(dāng)把錨固劑送完，插入錨桿時，孔底先送入的錨固劑已經(jīng)硬化，錨桿不易打入孔底。錨固劑卷被錨管脹開也不能流淌擴(kuò)散，不能充分充填孔內(nèi)縫隙，錨桿起不到應(yīng)有的作用。所以使用錨固劑，必須在適當(dāng)?shù)牟课唬^短的錨桿應(yīng)做好充分的施工準(zhǔn)備，從錨固劑的浸泡時間掌握，傳遞和向孔內(nèi)傳送的過程都要加快。為了順利打入錨桿，錨桿頭部削成尖狀，打入阻力減小，極易沖破錨固劑卷，確保錨桿灌注質(zhì)量。

結(jié)語

本文只對本工程一期支護(hù)中隨機(jī)錨桿的必要性、布設(shè)和保證錨桿質(zhì)量的幾個方面進(jìn)行闡述，雖然隧洞施工技術(shù)不斷進(jìn)步，但錨桿支護(hù)必不可少，今后施工中更應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究，以確保工程施工安全。

[1]王小平;軟巖巷道合理支護(hù)時間模擬研究[J];采礦與安全工程學(xué)報;2006（01）

[2]王同旭,秦忠誠,時連強(qiáng);圍巖變形的時間性與支護(hù)作用原理 [J];礦山壓力與頂板管理;2001（04）