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隧道工程中系统锚杆的使用现状和存在的问题

文章出处:天津星不锈钢责任编辑:人气:发表时间:2020-9-4 11:25:40【

  锚杆支护是一种结构简单的主动支护。它具有成本低,使用方便控制围岩变形效果好等特点。

  

  隧道锚杆的作用主要是加固岩土体,控制变形,防止坍塌。从原理来说,主要有几种:

  

  1、锚杆悬吊作用:锚杆穿过软弱、松动、不稳定的岩土体,锚固在深尽稳定的岩土体上,提供足够的拉力,克服滑落岩土体的自重和下滑力,防止洞壁滑移、塌落。

  

  2、挤压加固作用:锚杆受力后,在周围一定范围内形成压缩区。将锚杆片适当的方式排列,使相邻锚杆各自形成的压缩区相互重叠形成压缩带。压缩带内的松动地层通过锚杆加固,整体性增强,承载能力提高。

  

  3、组合梁(拱)作用:锚杆插入地层内一定深度后,在锚固力作用下的地层间相互挤压,层间摩阻力增大,内应力和挠度大为减小,相当于将简单叠合的数层梁(拱)变成组合梁(拱)。组合梁(拱)的抗弯刚度和强度大为提高,从而增强了地层的承载能力。锚杆提供的锚固力愈大,作用愈明显。

  

  一、常见的锚杆及其优缺点

  

  锚杆按锚固方式分为端头锚固型、全长粘结型、全长摩擦型,其中端头锚固型一般作为预应力锚杆使用,按杆体构造类型分为实心锚杆、空心锚杆;按杆体材料分竹锚杆、木锚杆、塑料锚杆、玻纤锚杆、金属锚杆;按锚固剂材料不同,可分为砂浆锚杆、水泥药卷锚杆、树脂锚杆等。现在交通隧道建设中大量使用的永久支护锚杆一般为全长粘结型金属砂浆锚杆。

  

  1、普通砂浆锚杆

  

  普通砂浆锚杆属于全长粘结型锚杆(图1),构造非常简单,施工时先钻孔,再插入注浆管,一边注浆一边退出,然后插入螺纹钢筋,长度随围岩而定,最后与钢架或者钢格栅焊接。此种锚杆虽然工艺简单、成本低廉,每米综合成本20-25元,但存在以下缺陷。

  

  a、锚孔注浆时,注浆能否饱满被人为因素锁所控制,无任何工艺保证手段。

  

  b、仰角,尤其是拱顶大仰角部位,由于对钻孔内砂浆无任何止浆措施,在注浆过程中或注浆后锚孔内砂浆很容易流失,达不到注浆饱满要求,不仅无法约束围岩变形,而且会导致杆体很快被腐蚀并失效。

  

  c、没有任何使锚杆居中的保证措施,由于锚杆的自重和砂浆的流动性,在锚孔内有倾角的条件下。锚孔内锚杆也会主动靠向并紧贴一侧孔壁,不能保证应有厚度的砂浆保护层。

  

  2、中空注浆锚杆

  

  现在常见的中空注浆锚杆是从自进式锚杆演变而生(图1)。与普通砂浆锚杆相比有很大的改进,如配有垫板、止浆塞、锚头、采用先锚后灌的施工工艺。正在使用的中空注浆锚杆因迁就使用方便而过于简单化,存在下述明显缺点:

  

  a、中空注浆锚杆仰角施工时现有注浆工艺锚孔内空气无法排净,既给人以注浆饱满的假象,又在锚孔内形成空腔,特别是采用间歇式注浆泵时注浆不饱满状况尤为严重。

  

  b、正是由于中空注浆锚杆存在上述问题,在实际使用中,为了提高注浆效果,材料供应商,有时特地在锚杆杆体上钻了若干直径6mm左右的小孔,这样做,虽然能在高压注浆时改善松散的围岩结构,但在通常条件下仍然没有解决排气问题,实际效果仍然有限。在锚杆杆体上钻孔,还有一个后果是降低杆体强度,现在正使用的这类锚杆实际强度,只相当于HRB335螺纹钢直径16的钢筋,远远低于系统锚杆所公认的范围,如果考虑钻孔部位的应力集中程度实际强度,远远低于系统锚杆高应力、高强度的范围。

  

  c、也正是由于中空注浆锚杆设计本身缺陷和注浆工艺不合理,用于仰角部位存在注浆困难。使设计和施工两者脱节,实际施工中,施工单位延用自己的老办法,用水泥药卷作为锚固剂代替注浆。

  

  d、根据柔性支护理论开挖后允许围岩在塑性区有适度的发展,借以利用围岩本身的自稳能力,中空锚杆杆体大都由材质为碳刚,采用无缝钢管再经冷挤压成形,这一过程会使杆体屈服性变差、延伸率降低、材料变硬,从而不能适应围岩,特别是Ⅱ、Ⅲ级围岩较大的塑性变形,降低锚固强度。


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