山嶺公路隧道系統錨桿支護作用及其施工質量問題分析

李洪泉

(河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053020)

0 引言

近年來我國公路建設正處于一個快速發展的階段。隧道工程作為公路的主要組成部分，往往是高速公路的控制型工程，其施工安全對整個高速公路建設的安全、質量、進度與成本具有重大影響。

我國現行公路隧道的設計與施工都遵循新奧法的原則和理念[1]。在新奧法當中，錨桿是隧道圍巖的主要支護手段，對圍巖穩定能發揮重要的支護作用[2]，主要表現有懸吊作用、組合梁作用、減跨作用和整體加固作用等。

然而，以山嶺公路隧道的工程實踐來看，錨桿的施工質量存在一定的問題，主要表現在：錨桿數量少；錨桿長度不夠；錨桿安插角度不能與巖壁垂直或與主要結構面大角度相交；錨桿注漿不飽滿或不注漿；錨桿缺乏托盤與螺母等重要配件。

關于錨桿的施工質量問題，早已引起相關人員的重視[3～5]。本文通過對錨桿支護作用的闡述，結合公路隧道施工當中錨桿出現的常見質量問題，對這些問題的后果進行了分析，希望引起相關工程技術人員和管理人員的重視并采取切實可行的措施加以改進。

1 錨桿的支護作用

按照新奧法理論，隧道的主要支護手段是錨噴支護，其中錨桿的支護作用主要有懸吊作用、減跨作用、組合梁作用和整體加固作用等。

錨桿的懸吊作用是指將不穩定巖層懸吊在堅固巖層上，阻止圍巖的移動滑落，如圖1所示。

圖1 錨桿懸吊作用示意圖

錨桿的減跨作用是指在隧道頂板巖層中打入錨桿，相當于在頂板上增加了支點，使隧道跨度減小，從而使頂板巖體內的應力減小，如圖2所示。

圖2 錨桿減跨作用示意圖

錨桿的組合梁作用是指在巖層中打入錨桿，將若干薄弱巖層錨固在一起，類似將疊合的板梁變成組合梁，提高巖層的承載力，如圖3所示。

圖3 錨桿組合梁作用示意圖

錨桿的整體加固作用是指錨桿群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓環形壓縮區，按照一定間距排列的錨桿在錨固力作用下構成一個均勻的壓縮帶，即承載環，如圖4所示。

圖4 錨桿整體加固作用示意圖

2 錨桿的實際施工質量問題

公路隧道相關施工技術標準[6]對錨桿的施工質量均有比較嚴格的要求，如錨桿長度要大于圍巖的松動圈，錨桿的角度要與巖壁垂直或者與主要結構面呈大角度相交，全長粘結型錨桿要求整個桿體長度范圍內注漿飽滿，錨桿必須配有托盤等。若達不到上述要求，則錨桿的初錨力及長期錨固效果將受到非常嚴重的影響。

然而在隧道工程的實際施工當中，由于種種原因，錨桿的施工質量往往存在一定問題，與規范規定的施工要求相差很遠。圖5為某高速公路隧道常見的錨桿施工現狀，可見缺乏托盤與螺母等重要的配件，且其安插角度與圍巖巖壁的夾角過小。

圖5 無托盤的錨桿

另外，錨桿數量少，尤其是隧道開挖后最危險部位的拱頂幾乎無錨桿、錨桿長度不夠、錨桿注漿不飽滿或不注漿也是現行山嶺公里隧道當中常見的錨桿施工質量問題。

由錨桿的工作原理知，錨桿的末端應深入隧道松動圈之外的穩定圍巖之中并與其牢固結合，當松動圈圍巖發生變形或松動時，錨桿才能發揮錨固作用。如果錨桿長度太短，當其長度小于圍巖松動圈的厚度時，整個錨桿會隨著松動圍巖的移動而移動，無法發揮作用（如圖6中錨桿a）。即使錨桿長度滿足要求，但其角度若與圍巖巖壁夾角過小，則錨桿末端也不能深入到松動圈之外，從而發揮不了作用。圖6中，錨桿b末端伸入到松動圈之外的穩定圍巖中，能發揮錨固作用，而錨桿c的長度與錨桿b的長度相等，但錨桿c的角度與圍巖夾角過小，導致其末端不能伸入到松動圈之外，從而不能發揮作用。

圖5 錨桿長度與角度對錨固功能的影響示意圖

3 建議與結論

系統錨桿支護是隧道工程施工中不可或缺的組成部分。系統錨桿的施工質量直接影響到隧道工程的施工及使用安全、隧道工程的使用壽命。為了避免在系統錨桿施工過程中出現以上問題，建議做好以下工作：

（1）加強施工現場管理，增強參建各方的質量意識，并采取相應的獎罰機制，真正將“質量第一”的思想落到實處。

（2）改變錨桿的檢測方法，目前將錨桿抗拔力作為對錨桿質量的評定標準是不科學的。試驗表明，對于桿體為螺紋鋼的錨桿，只要桿體長度達到桿體直徑的42倍時，握裹力將不再隨錨固長度的增加而增加。也就是說，對于常用的Φ22砂漿錨桿，錨固長度不足1m就能滿足要求。

（3）所有錨桿均使用錨墊板。

（4）將錨桿桿體基本參數、砂漿飽滿程度、錨桿防腐性能作為對錨桿評定的主要標準。

（5）推廣使用可以直接檢測錨孔內砂漿飽滿程度的方法和儀器，以解決施工后錨桿質量評定難點。

總之，錨桿施工質量問題出現的原因是多方面的，有對錨桿的重要作用不能充分認識和重視的因素，有監管方面的因素，有施工技術方面的因素等。不管何種因素，錨桿的施工質量若達不到要求，則錨桿就不能很好地發揮支護作用，為隧道施工埋下安全隱患甚至引起重大安全事故。因此，在今后的山嶺公路隧道施工中，需要參建各方充分重視錨桿的支護作用，加強現場監督與管理水平，提高施工技術水平，使錨桿最大限度地發揮支護作用。

[1] 王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 關寶樹.地下工程[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 李文濤.提高軟弱圍巖隧道錨桿施工質量[J].西部探礦工程，2005，（1）：117-118.

[4] 王慧峰.公路隧道錨桿施工及超聲波無損檢測[J].科學之友，2010，（9）：45-47.

[5] 李紅，陳衛平，宋振欣.公路隧道錨桿支護施工質量控制[J].中外公路，2012，（S1）：125-128.

[6] JTG F60—2009，公路隧道施工技術規范[S].