隨機錨桿在大洞徑引水隧洞一期支護中的應用

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4臺175MW水輪發電機組，最大壩高35m，正常蓄水位相應最大庫容16×104m3。引水隧洞長14km，鋼筋混凝土襯砌厚度0.4m，內徑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6個施工支洞，12個掌子面掘進。

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混合片麻巖。巖層多為單斜構造，局部有皺曲構造。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的作用，才能真正認識到隨機錨桿的重要程度。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。二是緊固圍巖內部結構，圍巖節理裂隙比較發育，通過錨桿的穿插膠結，使其圍巖整體性加強，增加圍巖的自身的承載能力，維護圍巖的穩定。三是遇有層理結構，通過錨桿穿插膠結成整體，使其聯合受力，保持圍巖的穩定。

3 隨機錨桿的必要性

3.1 系統錨桿與隨機錨桿的關系

設計者根據常規設計原則，在地質條件勘測不為詳盡的情況下，通常都設計系統錨桿。本工程大多數是Ⅲ類和Ⅳ類圍巖，系統錨桿間距分別為3m×3m和2m×2m。根據錨桿的作用原理，如此大的間距，如恰遇到節理發育帶能起到作用。但間距大，每根錨桿作用范圍小，對這一段節理發育巖體整體穩定作用不大。如遇到完整圍巖，自身穩定較好，如此大的間距布一根錨桿又不起多大作用。所以是否必須布設系統錨桿大有商榷的必要。洞挖過程中，既要保證圍巖的穩定，又要減少浪費，最好是根據爆破后的圍巖情況，由業主、設計、監理、施工各方根據實際情況和施工經驗布設隨機錨桿。

3.2 隨機錨桿的認識和必要性

隨機錨桿具有隨機性，這種隨機性恰好化解了由于地質條件勘測不周詳而使圍巖成動態性的問題，也就是隨機錨桿應根據圍巖的具體情況而布設。引水隧洞開挖的山體都是長期處于穩定狀態的，洞挖后形成空腔，圍巖內部壓力要重新分布，從而再達到新的相對穩定。在內部壓力重新分布的過程中，由于圍巖的巖性、節理裂隙發育程度等原因，有可能出現巖石碎塊脫落或大量脫落造成塌方，為此及時布設隨機錨桿主動進行支護是極為重要的和必要的。

4 隨機錨桿的應用

4.1 隨機錨桿的布置

本工程引水隧洞沿軸線均是片麻結構，從左向右傾斜，平均 50°～70°左右，因此右側圍巖相對穩定，而左側圍巖因向右傾斜，相對穩定性差。一般情況下，左側布設隨機錨桿較多，右側布設隨機錨桿較少。錨桿間距一般采用1.5m×1.5m，如果節理裂縫較發育及破碎帶間距采用1m×1m，梅花形布置。

4.2 錨桿規格的選取

本工程錨桿采用Φ25Ⅱ級鋼筋，長度為3m～4.5m。根據錨桿作用原理，無論何種受力條件，即使造成塌方僅出現錨桿拔出，基本沒有錨桿拉斷現象發生。因此錨桿的灌注質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，也可以根據鉆孔機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。規范規定"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。但當前洞挖都使用YT-28氣腿風鉆，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。但根據經驗和其他工程實例，采用Φ22或Φ20Ⅱ級鋼筋，同樣效果得到保證，而且灌注質量有保證，速度加快，降低成本。

4.3 保證錨桿的灌注質量采取的措施

灌注錨桿通常使用水泥砂漿和錨固劑。由于錨桿布設方向原則上必須垂直巖石節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雜。水泥砂漿強度等級不低于20MPa，水泥標號采用不低于P.O32.5級的普通硅酸鹽水泥，標號高凝固后強度高。砂宜采用細度2.2～2.8之間的中砂。錨固劑要根據施工程序和施工部位采用合格的產品。錨固劑外徑宜采用32mm，初凝時間20～30min，終凝時間50min以內，給安插錨桿留有充分時間。

錨桿的灌注質量決定錨桿是否起到錨固作用。確保錨桿的灌注質量，首先對孔壁必須進行清洗、吹干，由此砂漿或錨固劑才能夠和鋼筋牢固膠結。其次必須保證砂漿或錨固劑能夠將鋼筋充分包裹后將鋼筋和孔壁之間的孔隙充分充填。

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，噴漿管插不進去而無法注漿。當然如果使用特殊大鉆頭造孔，噴漿管能插入孔內，采用干硬性砂漿效果更好。

使用錨固劑灌注錨桿，當錨桿長度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，尤其高部位或頂拱錨桿，當把錨固劑送完，插入錨桿時，孔底先送入的錨固劑已經硬化，錨桿不易打入孔底。錨固劑卷被錨管脹開也不能流淌擴散，不能充分充填孔內縫隙，錨桿起不到應有的作用。所以使用錨固劑，必須在適當的部位，較短的錨桿應做好充分的施工準備，從錨固劑的浸泡時間掌握，傳遞和向孔內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，確保錨桿灌注質量。

結語

本文只對本工程一期支護中隨機錨桿的必要性、布設和保證錨桿質量的幾個方面進行闡述，雖然隧洞施工技術不斷進步，但錨桿支護必不可少，今后施工中更應加強這方面的研究，以確保工程施工安全。

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

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