淺析龍昌隧道中新奧法施工SN錨桿受力機理及注漿工藝

郭 磊 馬建云 陳加寶 周 陽

（中交二公局第六工程有限公司，陜西 西安 710075 ）

1 新奧法的應用

新奧法對巖體方面的認識具有開創性的觀點，認為二次應力的及切割結構面會導致巖體失穩，并認為洞室開挖后產生的圍巖壓力由巖體與支護結構共同承擔，且大部分由巖體承擔。

塑性形變壓力與塑性松動壓力組合成為洞室開挖后的圍巖壓力。通過分析研究彈塑性理論，將圍巖塑性形變壓力和塑性松動壓力疊加之后，其隨徑向位移變化的曲線，是一條兩端高中間低的曲線。主設計中的隧道截面形式如圖1 所示。

圖1 主設計中的隧道截面形式

新奧法在施工過程中不僅會現場對洞內內壁的收斂位移進行監測，而且現場對支護與圍巖交接面的壓力進行監測，同時現場對對錨桿所受的應力以及洞室圍巖的位移等進行監測，現場監測不僅全面而且詳細，并將監測所獲得的數據繪制出相應的曲線（如收斂位移與時間的曲線），據此可分析巖體的穩定性。

2 SN 錨桿支護及其與圍巖相互作用機理、錨固機理

SN 錨桿為全長型錨固錨桿，應用范圍較為廣泛，在龍昌隧道的施工中起到了至關重要的作用，它不僅加固了圍巖的穩定性，而且大大降低了施工安全風險，是一種非常重要的支護手段。施工結束后，錨桿可作為一種永久支護結構，發揮著非常重要的作用。

SN 錨桿作用效果:

（1）懸吊效果

由于爆破，會使巖塊發生松動，甚至掉落，具有極大的安全隱患，可利用SN 錨桿將松動的巖塊與沒有松動的圍巖錨固在一起。為增大固定效果，將裂隙發育的圍巖與噴射混凝土同時使用。

（2）梁式效果

通過SN 錨桿的錨固作用將龍昌隧道周邊層狀圍巖中分離的層理面疊合，形成疊合梁，層理面之間可傳遞剪力，SN 錨桿發揮了組合梁的效果。

（3）內壓效果

通過在龍昌隧道壁面上噴射混凝土，使錨桿軸力產生了內壓作用，隧道周邊呈三軸應力狀態，在控制隧道周邊圍巖的塑性化和擴大及隧道凈空位移起到良好的效果。

（4）拱效果

SN 錨桿的內壓效果使圍巖形成了一個承載拱，加強了隧道周邊圍巖的承載能力的同時，有效控制了隧道凈空位移。

（5）圍巖改良效果

SN 錨桿的使用將圍巖的抗剪強度和屈服后的殘余強度變大了，從而使圍巖的特性得到了優化。

3 SN 錨桿注漿工藝

SN 錨桿采用奧地利MAI 400NT 凈漿注漿機，先往孔內注稠度較大的水泥凈漿，之后再將SN 錨桿插入孔內，此時與SN 錨桿等體積的凈漿將會灌入周圍巖層的裂隙和空洞中，并粘結在孔壁上，從而使水泥凈漿、SN 錨桿與圍巖形成一個整體。錨桿墊板的安裝采用扭力扳手完成，使SN 錨桿的錨固作用得到加強，使初支砼與圍巖能更好地緊密結合為一體，增強初支穩定性。

3.1 SN 錨桿材料

SN 錨桿的材料要求如下：

（1）根據規范 EN10080 要求，SN 錨桿最小直徑 25mm，鋼材等級 B500B；

（2）規定的破壞荷載同樣適用于螺紋、螺母、錨墊板；

（3）錨墊板的鋼材等級為 S235，尺寸最小為 150×150mm，厚度 8mm；

（4）墊圈和螺母要確保安全地把錨拉力傳遞給錨墊板。

SN 錨桿見圖2。

圖2 SN 錨桿

3.2 水泥凈漿

（1）在進行錨桿接受/驗證檢測之前，首先對錨桿安裝所使用的水泥凈漿配合比進行現場驗證，以確定配合比設計要達到規定的強度要求，并根據所要用的壓漿設備確定其和易性，同時將驗證的配合上報給監理工程師，得到監理工程師的審批；凈漿配合比驗證時，監理工程師要旁站，在注漿機出漿口進行取樣，隨后檢測其 3 天和 28 天強度是否滿足要求；

（2）為了使水泥凈漿具有更好的和易性，可添加一些外加劑進行改善；

（3）凈漿試驗檢測應該在 4×4×16cm 試塊上進行，試塊應在溫度 20±2 ℃水中養護直到檢測；

（4）每次進行抗壓強度檢測應準備 3 個試塊，按照規范 EN196-1 要求，1 個為檢測 3 天強度，2 個為檢測 28 天強度；

（5）水泥凈漿抗壓強度要求 ：水泥凈漿的抗壓強度于3 天后達到8MPa，于28 天后達到20MPa 。

本隧道采用水泥凈漿錨固錨桿，水泥凈漿配合比見下表，這種水泥凈漿拌合后成膏狀，不具有流動性，特別適合于隧道洞內洞頂錨桿的安裝，同時具有強度高，無收縮等優點。水泥凈漿的配合比見表1。

表1 水泥凈漿配合比

3.3 注漿設備

采用的奧地利生產的MAI 400NT 注漿機，這種注漿機除用于邊坡防護和基坑防護外，亦成功應用于地下工程施工，如礦井、隧道工程施工。這種設備采用新型注水系統，加之新型且清晰的塑料操控面板，保證了機械的操作方便和材料的拌合質量。這種機械能夠確保各組分材料比例一致，拌合材料的質量恒定，能夠成功的滿足現場施工需求，具有很高的工作效率及實用性（水泥凈漿在現場現拌現注，且水泥凈漿呈膏狀，流動性低，稠度可調），防止隧道拱頂錨桿注漿倒流不能有效止漿形成空洞的現象，確保注漿的密實性及錨桿的錨固力。

與傳統的注漿泵相比，MAI 400NT 注漿機具有以下優勢： 1.重量減輕 2/3；2.更易于挪動； 3.連續的非脈沖壓力； 4.改善材料使用，減少浪費； 5.隨時快速靈活地適用于各種地質條件。 MAI 400NT 注漿機設備結構圖見圖2，技術參數見表2。

表2 MAI 400NT注漿機技術參數

圖2 MAI 400NT 注漿機

4 SN 錨桿施工工藝

SN 錨桿安裝施工工藝流程見圖3。

圖3 錨桿安裝施工工藝流程圖

采用SN 錨桿法后，施工工藝流程順序如圖4 所示。

圖4 引用歐標SN 錨桿后施工工藝流程

4.1 SN 錨桿鉆孔

采用 Boomer 錨桿鉆機進行 SN 錨桿鉆孔，Boomer 錨桿鉆機具有自動鉆孔、操作靈活、鉆臂可 360°旋轉等優點。

鉆孔時應注意，要根據巖體類型規定的支護條件確定錨桿長度，所有類型錨桿鉆孔深度要滿足其長度要求，鉆孔直徑要確保壓漿、連接器及安裝工作的順利進行。最小鉆孔直徑要比錨桿直徑/連接器直徑大 10mm，鉆孔方向沿著隧道斷面的徑向方向，有時可根據現場圍巖情況對鉆孔方向進行適當調整。

4.2 清孔

在鉆孔后，為了確保孔內無碎屑及爛泥，可采用高壓風對鉆設好的孔進行清孔工作，清孔完成后 3 個小時內要完成錨桿安裝。

4.3 孔內注漿

在錨桿安裝前，整個孔內應充滿水泥凈漿，注漿前，首先調整漿液稠度，要先用稀漿液潤滑整個注漿管道，隨后通過調節出水量，逐漸調整漿液至標準稠度，確保漿液質量合格。注漿時，注漿管插入到鉆孔底部，邊注漿邊抽管，整個過程中需將壓漿管嘴始終處在漿液內，這樣隨著壓漿管的抽出，孔內的空氣也隨之排出，即孔被漿液灌滿。

4.4 錨桿安裝

錨桿安裝時，為安全作業，采用液壓平臺車配合人工完成，同時為確保錨桿的快速有效安裝，在錨桿端頭加裝電鎬，借其電動推力快速將錨桿安裝到位，這樣不僅節省時間，更使錨桿和周圍漿液有效的粘合，保障了錨桿的牢固錨固。

安裝過程中要填寫錨桿安裝記錄表，內容包括安裝部位、錨桿類型、長度、安裝時間、漿液配比等內容，安裝完成后向監理工程師提交此表，待水泥凈漿達到一定強度后，即可進行下一道施工工序 □ 緊固錨墊板螺栓。

4.5 擰緊螺栓，固定錨墊板

水泥凈漿達到一定強度后（一般 12 小時即可），要用標定的扭矩扳手緊固螺栓，要保證緊固后的螺栓作用在錨墊板的力不小于 20KN。

5 結論

文章結合龍昌隧道實際工程中應用的SN 錨桿，詳細介紹注漿工藝。大大提高安全性，為以后隧道施工提供了寶貴的經驗。

（1）全長錨桿與圍巖共同承擔載荷，這種方式的的協調性要優于其他支護形式。

（2）長錨桿的錨固效果在臨界錨固長度范圍內要優于短錨桿，但當超過了臨界長度，其錨固效果不會增加。

（3）采用SN 錨桿降低了工人勞動強度、減少洞內操作人員的數量，也提高了工效，同時在很大程度上提高了施工的安全系數。