淺論錨噴法施工

摘要：簡述了錨噴法施工的特點、理論及施工要點，介紹了支護手段、施工順序以及錨噴法的適用范圍。指出了錨噴法施工的缺點，并對錨噴法施工進行了展望。

關鍵詞 錨噴法；施工；巷道；光爆

錨噴法即錨桿加噴漿對巷道施工方法的簡稱，它是以巷道工程經驗和巖體力學的理論為基礎，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段的一種施工方法，經過一些國家的實踐和理論研究，于20世紀60年代取得專利權并正式命名。之后這個方法在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中獲得極為迅速發展，已成為現代巷道工程新技術標志之一。20世紀60年代錨噴法被介紹到我國，20世紀70年代末80年代初得到迅速發展。至今，在所有重點難點的井巷工程中都離不開錨噴法，錨噴法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修筑巷道的一種基本方法。下面僅對錨噴法施工進行論述。

一、錨噴法施工特點

1.及時性

錨噴法施工采用噴錨支護為主要手段，可以最大限度地緊跟開掘作業面施工，因此，可以利用開掘施工面的時空效應，以限制支護前的變形發展，阻止圍巖進入松動的狀態，在必要的情況下可以進行超前支護，加之噴射混凝土的早強和全面黏結性，因而保證了支護的及時性和有效性。在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護能有效地制止巖層變形的發展，并控制應力降低區的伸展而減輕支護的承載，增強了巖層的穩定性。

2.封閉性

由于噴錨支護能及時施工，而且是全面密粘的支護，因此能及時有效地防止因水和風化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護原有巖體強度。噴錨支護起到了封閉圍巖的作用，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導致圍巖失去穩定。

3.黏結性

噴錨支護同圍巖能全面黏結，這種黏結作用可以產生三種作用：⑴聯鎖作用，即將被裂隙分割的巖塊黏結在一起，從而保持圍巖的穩定性。⑵復合作用，即圍巖與支護構成一個復合體（受力體系）共同支護圍巖。噴錨支護具有把巖石荷載轉化為巖石承載結構的作用。⑶增加作用，開巷后及時進行噴錨支護，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平避免過大的應力集中所造成的圍巖破壞；另一方面，使巷道周邊圍巖為雙方向受力狀態，提高了圍巖的黏結力C和內摩擦角，也就是提高了圍巖的強度。

4.柔性支護

噴錨支護屬于柔性薄性支護，一方面能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，使圍巖的自承能力得以充分發揮。另一方面，噴錨支護在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產生越來越大的支護反力，能夠抑制圍巖產生過大變形，防止圍巖發生松動破壞。

二、錨噴法理論要點及施工要點

1.錨噴法與傳統施工方法的區別

傳統方法認為巷道圍巖是一種荷載，應用厚壁混凝土加以支護松動圍巖。而錨噴法認為圍巖是一種承載機構，錨噴與之構筑薄壁、柔性、緊貼的支護結構來承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩定；錨噴法將圍巖視為巷道承載構件的一部分。因此，施工時應盡可能全斷面掘進，減少巷道周邊圍巖應力的擾動，并采用光面爆破、微差爆破等措施，減少對圍巖的震動，以保全其整體性。錨噴法將錨桿、噴射混凝土適當進行組合，形成比較薄的襯砌層，即用錨桿和噴射混凝土來支護圍巖，使噴射層與圍巖緊密結合，形成圍巖—支護系統，保持兩者的共同變形，故可以最大限度地利用圍巖本身的承載力。

2.保護巷道圍巖自身的承載能力

錨噴法施工在巷道開挖后采取了綜合性措施：構筑防水層、給支護留變形余量、封閉圍巖等，都是為保護巷道圍巖的自身承載能力，提高圍巖強度。

3.發揮圍巖的固有強度

允許圍巖有一定量的變形，以利于發揮圍巖的固有強度。支護結構具有一定的變形量，允許巷道圍巖產生一定的變形，以緩和來自巷道的巨大壓力，進一步減輕支護荷載。

4.錨噴法施工過程中量測工作的特殊性

由于施工條件的復雜性，以及對工程設計參數的精確要求，要通過許多量測手段，在施工過程中對圍巖動態和支護結構工作狀態進行監測，并用監測結果修改施工設計，指導施工。對錨桿的測量主要有錨桿拉拔試驗及用力矩搬手測量錨桿緊固度，量測的結果可以作為施工現場分析參數和修改設計的依據，因而能夠預見事故和險情，提高施工的安全程度。

三、錨噴法的主要支護手段與施工順序

錨噴法是以噴射混凝土、錨桿支護為主要支護手段，因噴射混凝土支護能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密黏結的可縮性支護結構，允許圍巖有一定的協調變形，而不使支護結構承受過大的壓力。施工順序可概括為：開挖→臨時支護→二次支護。

1.開挖

開挖作業依次包括：鉆孔、裝藥、爆破、通風、出渣等。為保護圍巖的自身支撐能力，臨時支護工作應盡快進行。為了充分利用圍巖的自身支撐能力，開挖應采用光面爆破（控制爆破）或機械開挖，并盡量采用全斷面開挖，地質條件較差時，可以采用分塊多次開挖。巖質條件好時，長度可大一些，巖質條件差時長度可小一些，在同等巖質條件下，分塊多次開挖長度可大一些，全斷面開挖長度就要小一些。一般在中硬巖中長度約為2.0～2.5m，在膨脹性地層中大約為0.8～1.0m。

2.支護作業

第一次支護作業包括：初噴射混凝土、打錨桿、掛網、立拱架、復噴混凝土。在巷道開挖后，應盡快地噴一層薄層混凝土（5～10mm），為爭取時間，在較松散的圍巖掘進中第一次支護作業是在開挖的渣堆上進行的，待把未被渣堆覆蓋的開挖面的一次噴射混凝土完成后再出渣，布置錨桿，加固深度圍巖，在圍巖內形成承載拱，由噴層、錨桿及巖面承載拱構成外拱，起臨時支護作用，同時又是永久支護的一部分。復噴后，應達到設計厚度（一般為100mm），并要求將錨桿、金屬網、拱架等覆裹在噴射混凝土內。完成臨時支護的時間非常重要，一般情況應在開挖后圍巖自穩時間的1/2時間內完成。目前的施工經驗是松散圍巖應在爆破后3h內完成，并考慮實際施工條件而定。

在地質條件非常差的破碎帶或膨脹性地層（如風化花崗巖）中開挖巷道，為了延長圍巖的自穩時間，給一次支護爭取時間，需要在開挖工作面的前方圍巖進行超前支護（預支護），然后再開挖。

在安裝錨桿的同時，在圍巖和支護中埋設儀器或測點，如常用的頂板離層儀，進行圍巖位移和應力的現場測量，并隨時記錄，依據測量得到的信息來了解圍巖的動態以及支護抗力與圍巖的相適應程度。一次支護后，在圍巖變形趨于穩定時，進行第二次支護和封底，即永久性的支護（補噴射混凝土或澆注混凝土內拱），起到提高安全度和整個支護承載能力增強的作用，而此支護時機可以由監測結果得到。對于底板不穩，底鼓變形嚴重，必然牽動側墻及頂部支護不穩，所以，應盡快封底，形成封閉式的支護，以求圍巖的穩定。

四、錨噴法適用范圍

1.錨噴法適用范圍

⑴具有較長自穩時間的中等巖體；⑵弱膠結的砂和礫石以及不穩定的礫巖；⑶強風化的巖石；⑷剛塑性的黏土泥質灰巖和泥質灰巖；⑸堅硬黏土，也有帶堅硬夾層的黏土；⑹微裂隙的，但很少黏土的巖體；⑺在很高的初應力場條件下，堅硬的和可變堅硬的巖石。

2.在下述條件下應用錨噴法必須與一些輔助方法相配合

⑴有強烈地壓顯現的巖體，要使用加密支護等措施配合；⑵膨脹性巖體，要使仰拱與底部錨桿相配合；⑶在一些松散巖體中，要使鋼背板與之配合；⑷在蠕動性巖體中，要與凍結法或預加固法等配合。

3.在下列場合中應用應慎重

⑴大量涌水的巖體；⑵由于涌水會產生流砂現象的圍巖；⑶極為破碎，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體；⑷開挖面完全不能自穩的巖體等。

五、錨噴法的缺點

1.錨噴法實施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術人員和量測人員都十分熟練，否則，就易于發生錯誤。

2.開挖暴露出的地質會立即改變其狀態，因此要求施工地質人員要親臨現場，以便發現問題。

3.不能控制的施工量測，往往給施工帶來不便。

4.干噴射帶來的灰塵及高回彈率易受化學藥品的損害，因此，必須加強防護，尤其是對眼睛的防護；濕噴雖然可以避免此點，但在同樣條件下，不如干噴能有效地支護巖體。

主要參考文獻：

[1]吳再生.井工程巷[M].北京：煤炭工業出版社，2005。

[2]東兆星.井工程巷[M].徐州：中國礦業大學出版社，2009。

[3]楊相海.井工程巷（第三版）[M].徐州：中國礦業大學出版社，2013。

作者簡介：付開友（1966?-），男，漢族，采礦工程師，現在師宗縣煤炭局從事專業技術工作