山嶺公路隧道系統(tǒng)錨桿支護(hù)作用及其施工質(zhì)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(guó)公路建設(shè)正處于一個(gè)快速發(fā)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(duì)整個(gè)高速公路建設(shè)的安全、質(zhì)量、進(jìn)度與成本具有重大影響。

我國(guó)現(xiàn)行公路隧道的設(shè)計(jì)與施工都遵循新奧法的原則和理念[1]。在新奧法當(dāng)中，錨桿是隧道圍巖的主要支護(hù)手段，對(duì)圍巖穩(wěn)定能發(fā)揮重要的支護(hù)作用[2]，主要表現(xiàn)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(shí)踐來看，錨桿的施工質(zhì)量存在一定的問題，主要表現(xiàn)在：錨桿數(shù)量少；錨桿長(zhǎng)度不夠；錨桿安插角度不能與巖壁垂直或與主要結(jié)構(gòu)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(guān)于錨桿的施工質(zhì)量問題，早已引起相關(guān)人員的重視[3～5]。本文通過對(duì)錨桿支護(hù)作用的闡述，結(jié)合公路隧道施工當(dāng)中錨桿出現(xiàn)的常見質(zhì)量問題，對(duì)這些問題的后果進(jìn)行了分析，希望引起相關(guān)工程技術(shù)人員和管理人員的重視并采取切實(shí)可行的措施加以改進(jìn)。

1 錨桿的支護(hù)作用

按照新奧法理論，隧道的主要支護(hù)手段是錨噴支護(hù)，其中錨桿的支護(hù)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(wěn)定巖層懸吊在堅(jiān)固巖層上，阻止圍巖的移動(dòng)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(dāng)于在頂板上增加了支點(diǎn)，使隧道跨度減小，從而使頂板巖體內(nèi)的應(yīng)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(huán)形壓縮區(qū)，按照一定間距排列的錨桿在錨固力作用下構(gòu)成一個(gè)均勻的壓縮帶，即承載環(huán)，如圖4所示。

圖4 錨桿整體加固作用示意圖

2 錨桿的實(shí)際施工質(zhì)量問題

公路隧道相關(guān)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[6]對(duì)錨桿的施工質(zhì)量均有比較嚴(yán)格的要求，如錨桿長(zhǎng)度要大于圍巖的松動(dòng)圈，錨桿的角度要與巖壁垂直或者與主要結(jié)構(gòu)面呈大角度相交，全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿要求整個(gè)桿體長(zhǎng)度范圍內(nèi)注漿飽滿，錨桿必須配有托盤等。若達(dá)不到上述要求，則錨桿的初錨力及長(zhǎng)期錨固效果將受到非常嚴(yán)重的影響。

然而在隧道工程的實(shí)際施工當(dāng)中，由于種種原因，錨桿的施工質(zhì)量往往存在一定問題，與規(guī)范規(guī)定的施工要求相差很遠(yuǎn)。圖5為某高速公路隧道常見的錨桿施工現(xiàn)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(shù)量少，尤其是隧道開挖后最危險(xiǎn)部位的拱頂幾乎無錨桿、錨桿長(zhǎng)度不夠、錨桿注漿不飽滿或不注漿也是現(xiàn)行山嶺公里隧道當(dāng)中常見的錨桿施工質(zhì)量問題。

由錨桿的工作原理知，錨桿的末端應(yīng)深入隧道松動(dòng)圈之外的穩(wěn)定圍巖之中并與其牢固結(jié)合，當(dāng)松動(dòng)圈圍巖發(fā)生變形或松動(dòng)時(shí)，錨桿才能發(fā)揮錨固作用。如果錨桿長(zhǎng)度太短，當(dāng)其長(zhǎng)度小于圍巖松動(dòng)圈的厚度時(shí)，整個(gè)錨桿會(huì)隨著松動(dòng)圍巖的移動(dòng)而移動(dòng)，無法發(fā)揮作用（如圖6中錨桿a）。即使錨桿長(zhǎng)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(dòng)圈之外，從而發(fā)揮不了作用。圖6中，錨桿b末端伸入到松動(dòng)圈之外的穩(wěn)定圍巖中，能發(fā)揮錨固作用，而錨桿c的長(zhǎng)度與錨桿b的長(zhǎng)度相等，但錨桿c的角度與圍巖夾角過小，導(dǎo)致其末端不能伸入到松動(dòng)圈之外，從而不能發(fā)揮作用。

圖5 錨桿長(zhǎng)度與角度對(duì)錨固功能的影響示意圖

3 建議與結(jié)論

系統(tǒng)錨桿支護(hù)是隧道工程施工中不可或缺的組成部分。系統(tǒng)錨桿的施工質(zhì)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(tǒng)錨桿施工過程中出現(xiàn)以上問題，建議做好以下工作：

（1）加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，增強(qiáng)參建各方的質(zhì)量意識(shí)，并采取相應(yīng)的獎(jiǎng)罰機(jī)制，真正將“質(zhì)量第一”的思想落到實(shí)處。

（2）改變錨桿的檢測(cè)方法，目前將錨桿抗拔力作為對(duì)錨桿質(zhì)量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)是不科學(xué)的。試驗(yàn)表明，對(duì)于桿體為螺紋鋼的錨桿，只要桿體長(zhǎng)度達(dá)到桿體直徑的42倍時(shí)，握裹力將不再隨錨固長(zhǎng)度的增加而增加。也就是說，對(duì)于常用的Φ22砂漿錨桿，錨固長(zhǎng)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(shù)、砂漿飽滿程度、錨桿防腐性能作為對(duì)錨桿評(píng)定的主要標(biāo)準(zhǔn)。

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

總之，錨桿施工質(zhì)量問題出現(xiàn)的原因是多方面的，有對(duì)錨桿的重要作用不能充分認(rèn)識(shí)和重視的因素，有監(jiān)管方面的因素，有施工技術(shù)方面的因素等。不管何種因素，錨桿的施工質(zhì)量若達(dá)不到要求，則錨桿就不能很好地發(fā)揮支護(hù)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(hù)作用，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督與管理水平，提高施工技術(shù)水平，使錨桿最大限度地發(fā)揮支護(hù)作用。

[1] 王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 關(guān)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(zhì)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(cè)[J].科學(xué)之友，2010，（9）：45-47.

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

[6] JTG F60—2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].