喷锚支护【喷锚支护在地下建筑工程中的应用与实践】

　　摘要：通过在青岗峡水电站隧洞、调压井喷锚支护的施工实践，从施工技术、施工安全等方面阐述了喷锚支护的适用性及其主要特点。 　　关键词：喷锚支护；实践；安全；技术
　　
　　喷锚支护包括喷混凝土支护和锚杆支护。喷混凝土是利用喷射设备将混凝土喷在围岩的表面，使混凝土与围岩紧密粘结并充填凹穴、裂隙，以防止岩层松动和风化。这样就可以利用岩层的自承作用，并使混凝土与围岩组成共同的作用承载结构。锚杆是锚固于岩层中的金属杆。作用有三：一是悬吊作用，即利用锚杆把不稳定的岩块，固定在完整的岩体上；二是在水平层状岩石中把若干层串联成一个组合岩梁；三是通过锚杆的固结加固，使岩层形成一定厚度的承载岩拱，这三个作用相幅相成。
　　喷锚支护大体分为四类：一是锚杆支护，用作临时支护，一般多采用楔缝式金属锚杆，永久支护多采用砂浆锚杆，锚杆支护适用于坚硬岩层中，主要是阻止在大块岩石的掉落；二是喷混凝土支护，适用于防止破碎岩层的小块岩石掉落或保护岩石不受风化；三是砂浆锚杆和喷混凝土联合支护，多用于稳定性较差的岩层；四是砂浆锚杆、钢筋网和喷混凝土联合支护，多用于破碎带和软弱岩体的支护。
　　本文着重论述在软弱岩层中采取喷锚支护方案的合理性、可靠性，以及在地下建筑工程中取得的显著成绩。
　　
　　1喷锚支护的基本理论
　　
　　1.1在地层中开挖洞室后由于原有的平衡状态遭到了破坏，岩层向着临空面产生位移、松动、掉块，甚至大面积坍塌，为保证安全就需对不稳定的围岩进行支护，因为它能及时敷设，又能与围岩紧密结合，支护效果比较好。
　　1.2喷锚支护的作用，就是在位移达到极限值，围岩松动脱落破坏以前，积极主动的支护岩体，并以最经济的支护厚度达到最可靠的稳定效果。这里存在一些矛盾：积蓄于围岩中的变形能既要调整，又要释放；既允许有一定的位移（调整二次应力），又不能位移过大（保护二次强度）；既要及时支护（保护围岩强度，防止局部破坏），又要不能过早支护（产生过大支护力），更不能过晚支护（产生松脱破坏），既要使支护有足够的强度，又不能使刚度过大；这些矛盾都是岩体蠕变性能（时间效应）带来的。喷锚支护利用它独特的可分性（即可根据需要分几层、几次喷敷，并可加设锚杆和钢筋网）科学地解决了围岩位移大小、支护时间早晚和喷层材料薄厚之间的矛盾。
　　1.3在洞室开挖后最短时间内，迅速地先喷射较薄的一层混凝土，及时支护围岩，防止风化，保持并加固围岩的二次强度，避免围岩局部破坏而影响整体失稳。初喷薄层利用本身薄层，利用本身的柔性，使围岩在一定约制下变形，减缓变形速度，争取时间，以利于二次应力的调整。在洞室变形的同时，积蓄于周边上的能量部分释放，部分转移给支护，部分转移到深部围岩，支护柔性越大，释放和转移到深部围岩上的能量也越大，支护分担能量也就愈小。
　　
　　2喷锚结构的特点及其作用原理
　　
　　2.1喷锚结构的优点
　　根据突破观点，喷锚结构的作用在于以其它的支护所不能及的独特的优点参与岩体突破后发生的变化，从而清除突破点或促使破坏发展缓和。并向稳定方向转化，其优点如下：① 及时性。喷锚可贵之处在于它能加快施工速度，一般可望几个小时后可将新开挖的洞体喷上、凝固。这样就可抢在岩体的大部分塑性变形之前，就予以早期控制（在喷层之前岩体只能发生弹性和部分塑性变形）。如对洞体作导洞开挖，并随挖随喷，则先施工的喷层将抢在后开挖引起的所有变形之前，在这段被控岩体变形破坏过程中，喷锚层（包括挂网）与锚杆将作为“岩体的一部分”在发挥作用。喷锚与岩体共同作用的结果可能消除突破点。或者可能使突破后的破坏发展缓下来。使之限于一定的可允许的范围内稳定下来，即不让发展成塌方突破。② 密贴性。喷层与岩体的密贴性是喷锚能起较大的作用的关键所在，混凝土以较高的速度喷在新开挖的岩体表面上，甚至挤进裂缝，锚杆插入钻孔以饱满砂浆胶结。它们与岩体之间牢固紧密地贴在一起，从而加固了岩体，使岩体的强度和弹性模量得到提高。有关喷层冲切试验和锚杆拉拔试验的大量资料证明；只要工程施工质量得到保证，喷锚与岩体的密贴性和粘结力是无须置疑的。正是由于喷锚结构与岩体之间的密贴性，加固了岩体，使岩体得到有效的消除突破点和控制住破坏的发展。③ 改善应力条件。喷锚除加固岩体，改善岩体力学性质外，还起了改善应力条件的作用，后者将使岩体破坏的可能性大为减少，这对于岩体的稳定性是十分有利的。④ 柔性。柔性是喷锚结构重要特点之一，实践和理论都表明：喷锚结构并非刚性很大不允许岩体变形的刚性结构，而是允许岩体在喷锚结构控制下产生一定限度的位移，而不使岩体突破或点突破后不使其无控制的发展成为塌方突破。正是由于它具有柔性特点，使得很薄的甚至不连片的喷锚发挥很大作用。对于不怎么好的岩体，原则上讲，在喷锚控制下，使岩体处于部分点突破而又不发展成为塌方突破的状态是比较理想。在变形较大的情况下，可考虑采用所谓二次喷层法，第一次喷的薄层由于其柔性，可使岩体在有控制条件下释放部分应力，等稳定后第二次再喷，以防止条件变化致使岩体恶化。⑤ 防风化作用。利用导洞施工的大洞室，施工期一般较长，如果不随挖随喷。在岩体暴露后继续风化将在不同程度上威胁工程的稳定性，尤其是不良岩体情况更为严重。⑥ 止水作用。洞体开挖后，改变了地下水的原来渗透条件。因为开挖造成某些裂缝进一步开裂或新产生一些裂缝使渗透系数增大，而且洞室的开挖使渗透距离缩短，所以从某种意义上说，原来不从这里过的地下水（脉状水），部分地也向洞里渗透。结果导致岩体稳定性的降低，造成突破点，软弱岩体更是如此。由于喷层与岩体的密贴性并填堵了某些张开的裂隙，使渗透系数减小，因此可以使脉状水的渗透方向等因素发生变化，即更多地渗向别处，从而起到止水的效果。当水量不大（例如渗水、滴水）时，开挖后立即喷上，则一般可收到预期的效果，于是提高了岩石的稳定性，这已在工程实践中得到了证明。
　　2.2应用实例
　　青岗峡水电站隧洞出口段调压井井身深度27m，岩性为碎裂蚀变闪长岩，节理裂隙很发育，在施工过程中，应用喷锚支护方法，总结了如下几条经验：
　　2．2．1开挖须采用光面爆破，增加周边眼数量，提高周边眼质量，减少炸药量等措施，即“多打眼、少装药、多循环”的施工方案，尽量减少超欠挖量，形成符合设计的轮廊面，保持岩体自身支承能力。
　　2．2．2块状闪长岩地段紧跟工作面进行喷混凝土，一次完成永久支护，喷厚7～8cm，在断裂带处应适当增加锚杆，采用喷锚联合支护，锚杆间距可采用1.5０m，长度为3～4.5０m，杆体用φ28mm螺纹钢筋。
　　2．2．3破碎蚀变闪长岩地段，跨度小于5m时，可采用素喷混凝土支护，紧跟掘进面先喷4～5cm薄层混凝土做临时支护，它的目的有两个：①及时封闭围岩，阻止围岩过大变形；②利用薄层混凝土具有一定的可缩性，控制围岩应力调整过程。
　　2．2．4对于地质断裂，跨度大于5m的地段，应采用喷锚联合支护（视情况还可加网）。喷混凝土工艺与上述相同。锚杆支护在第一次喷射混凝土完成后，立即施工，锚杆参数根据试验段的数据及有关工程类比定为φ28mm螺纹钢筋，杆长4.50m，间距1m，呈菱形布置。
　　2．2．5在喷锚支护施工完毕后，还需勤检查，根据变形结果观测，发现不利情况及时采取适当措施，以防塌方事故的发生。
　　
　　3结语
　　
　　在地下建筑工程施工过程中，尚须根据各个地段的地质情况，并综合技术、经济各方面加以比较分析，从而确定最优喷锚参数，并在实际工程中不断积累和总结经验，在技术上取得进一步的提高。