淺論錨噴法施工

摘要：簡(jiǎn)述了錨噴法施工的特點(diǎn)、理論及施工要點(diǎn)，介紹了支護(hù)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(diǎn)，并對(duì)錨噴法施工進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 錨噴法；施工；巷道；光爆

錨噴法即錨桿加噴漿對(duì)巷道施工方法的簡(jiǎn)稱，它是以巷道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段的一種施工方法，經(jīng)過(guò)一些國(guó)家的實(shí)踐和理論研究，于20世紀(jì)60年代取得專利權(quán)并正式命名。之后這個(gè)方法在西歐、北歐、美國(guó)和日本等許多地下工程中獲得極為迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代巷道工程新技術(shù)標(biāo)志之一。20世紀(jì)60年代錨噴法被介紹到我國(guó)，20世紀(jì)70年代末80年代初得到迅速發(fā)展。至今，在所有重點(diǎn)難點(diǎn)的井巷工程中都離不開(kāi)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(duì)錨噴法施工進(jìn)行論述。

一、錨噴法施工特點(diǎn)

1.及時(shí)性

錨噴法施工采用噴錨支護(hù)為主要手段，可以最大限度地緊跟開(kāi)掘作業(yè)面施工，因此，可以利用開(kāi)掘施工面的時(shí)空效應(yīng)，以限制支護(hù)前的變形發(fā)展，阻止圍巖進(jìn)入松動(dòng)的狀態(tài)，在必要的情況下可以進(jìn)行超前支護(hù)，加之噴射混凝土的早強(qiáng)和全面黏結(jié)性，因而保證了支護(hù)的及時(shí)性和有效性。在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護(hù)能有效地制止巖層變形的發(fā)展，并控制應(yīng)力降低區(qū)的伸展而減輕支護(hù)的承載，增強(qiáng)了巖層的穩(wěn)定性。

2.封閉性

由于噴錨支護(hù)能及時(shí)施工，而且是全面密粘的支護(hù)，因此能及時(shí)有效地防止因水和風(fēng)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(hù)原有巖體強(qiáng)度。噴錨支護(hù)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(kāi)，導(dǎo)致圍巖失去穩(wěn)定。

3.黏結(jié)性

噴錨支護(hù)同圍巖能全面黏結(jié)，這種黏結(jié)作用可以產(chǎn)生三種作用：⑴聯(lián)鎖作用，即將被裂隙分割的巖塊黏結(jié)在一起，從而保持圍巖的穩(wěn)定性。⑵復(fù)合作用，即圍巖與支護(hù)構(gòu)成一個(gè)復(fù)合體（受力體系）共同支護(hù)圍巖。噴錨支護(hù)具有把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石承載結(jié)構(gòu)的作用。⑶增加作用，開(kāi)巷后及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平避免過(guò)大的應(yīng)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(tài)，提高了圍巖的黏結(jié)力C和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強(qiáng)度。

4.柔性支護(hù)

噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，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(fā)揮。另一方面，噴錨支護(hù)在與圍巖共同變形中受到壓縮，對(duì)圍巖產(chǎn)生越來(lái)越大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過(guò)大變形，防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破壞。

二、錨噴法理論要點(diǎn)及施工要點(diǎn)

1.錨噴法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別

傳統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用厚壁混凝土加以支護(hù)松動(dòng)圍巖。而錨噴法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)構(gòu)，錨噴與之構(gòu)筑薄壁、柔性、緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定；錨噴法將圍巖視為巷道承載構(gòu)件的一部分。因此，施工時(shí)應(yīng)盡可能全斷面掘進(jìn)，減少巷道周邊圍巖應(yīng)力的擾動(dòng)，并采用光面爆破、微差爆破等措施，減少對(duì)圍巖的震動(dòng)，以保全其整體性。錨噴法將錨桿、噴射混凝土適當(dāng)進(jìn)行組合，形成比較薄的襯砌層，即用錨桿和噴射混凝土來(lái)支護(hù)圍巖，使噴射層與圍巖緊密結(jié)合，形成圍巖—支護(hù)系統(tǒng)，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(hù)巷道圍巖自身的承載能力

錨噴法施工在巷道開(kāi)挖后采取了綜合性措施：構(gòu)筑防水層、給支護(hù)留變形余量、封閉圍巖等，都是為保護(hù)巷道圍巖的自身承載能力，提高圍巖強(qiáng)度。

3.發(fā)揮圍巖的固有強(qiáng)度

允許圍巖有一定量的變形，以利于發(fā)揮圍巖的固有強(qiáng)度。支護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定的變形量，允許巷道圍巖產(chǎn)生一定的變形，以緩和來(lái)自巷道的巨大壓力，進(jìn)一步減輕支護(hù)荷載。

4.錨噴法施工過(guò)程中量測(cè)工作的特殊性

由于施工條件的復(fù)雜性，以及對(duì)工程設(shè)計(jì)參數(shù)的精確要求，要通過(guò)許多量測(cè)手段，在施工過(guò)程中對(duì)圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并用監(jiān)測(cè)結(jié)果修改施工設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工。對(duì)錨桿的測(cè)量主要有錨桿拉拔試驗(yàn)及用力矩搬手測(cè)量錨桿緊固度，量測(cè)的結(jié)果可以作為施工現(xiàn)場(chǎng)分析參數(shù)和修改設(shè)計(jì)的依據(jù)，因而能夠預(yù)見(jiàn)事故和險(xiǎn)情，提高施工的安全程度。

三、錨噴法的主要支護(hù)手段與施工順序

錨噴法是以噴射混凝土、錨桿支護(hù)為主要支護(hù)手段，因噴射混凝土支護(hù)能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密黏結(jié)的可縮性支護(hù)結(jié)構(gòu)，允許圍巖有一定的協(xié)調(diào)變形，而不使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受過(guò)大的壓力。施工順序可概括為：開(kāi)挖→臨時(shí)支護(hù)→二次支護(hù)。

1.開(kāi)挖

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

2.支護(hù)作業(yè)

第一次支護(hù)作業(yè)包括：初噴射混凝土、打錨桿、掛網(wǎng)、立拱架、復(fù)噴混凝土。在巷道開(kāi)挖后，應(yīng)盡快地噴一層薄層混凝土（5～10mm），為爭(zhēng)取時(shí)間，在較松散的圍巖掘進(jìn)中第一次支護(hù)作業(yè)是在開(kāi)挖的渣堆上進(jìn)行的，待把未被渣堆覆蓋的開(kāi)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(nèi)形成承載拱，由噴層、錨桿及巖面承載拱構(gòu)成外拱，起臨時(shí)支護(hù)作用，同時(shí)又是永久支護(hù)的一部分。復(fù)噴后，應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)厚度（一般為100mm），并要求將錨桿、金屬網(wǎng)、拱架等覆裹在噴射混凝土內(nèi)。完成臨時(shí)支護(hù)的時(shí)間非常重要，一般情況應(yīng)在開(kāi)挖后圍巖自穩(wěn)時(shí)間的1/2時(shí)間內(nèi)完成。目前的施工經(jīng)驗(yàn)是松散圍巖應(yīng)在爆破后3h內(nèi)完成，并考慮實(shí)際施工條件而定。

在地質(zhì)條件非常差的破碎帶或膨脹性地層（如風(fēng)化花崗巖）中開(kāi)挖巷道，為了延長(zhǎng)圍巖的自穩(wěn)時(shí)間，給一次支護(hù)爭(zhēng)取時(shí)間，需要在開(kāi)挖工作面的前方圍巖進(jìn)行超前支護(hù)（預(yù)支護(hù)），然后再開(kāi)挖。

在安裝錨桿的同時(shí)，在圍巖和支護(hù)中埋設(shè)儀器或測(cè)點(diǎn)，如常用的頂板離層儀，進(jìn)行圍巖位移和應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并隨時(shí)記錄，依據(jù)測(cè)量得到的信息來(lái)了解圍巖的動(dòng)態(tài)以及支護(hù)抗力與圍巖的相適應(yīng)程度。一次支護(hù)后，在圍巖變形趨于穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行第二次支護(hù)和封底，即永久性的支護(hù)（補(bǔ)噴射混凝土或澆注混凝土內(nèi)拱），起到提高安全度和整個(gè)支護(hù)承載能力增強(qiáng)的作用，而此支護(hù)時(shí)機(jī)可以由監(jiān)測(cè)結(jié)果得到。對(duì)于底板不穩(wěn)，底鼓變形嚴(yán)重，必然牽動(dòng)側(cè)墻及頂部支護(hù)不穩(wěn)，所以，應(yīng)盡快封底，形成封閉式的支護(hù)，以求圍巖的穩(wěn)定。

四、錨噴法適用范圍

1.錨噴法適用范圍

⑴具有較長(zhǎng)自穩(wěn)時(shí)間的中等巖體；⑵弱膠結(jié)的砂和礫石以及不穩(wěn)定的礫巖；⑶強(qiáng)風(fēng)化的巖石；⑷剛塑性的黏土泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r；⑸堅(jiān)硬黏土，也有帶堅(jiān)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(yīng)力場(chǎng)條件下，堅(jiān)硬的和可變堅(jiān)硬的巖石。

2.在下述條件下應(yīng)用錨噴法必須與一些輔助方法相配合

⑴有強(qiáng)烈地壓顯現(xiàn)的巖體，要使用加密支護(hù)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(dòng)性巖體中，要與凍結(jié)法或預(yù)加固法等配合。

3.在下列場(chǎng)合中應(yīng)用應(yīng)慎重

⑴大量涌水的巖體；⑵由于涌水會(huì)產(chǎn)生流砂現(xiàn)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(kāi)挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。

五、錨噴法的缺點(diǎn)

1.錨噴法實(shí)施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術(shù)人員和量測(cè)人員都十分熟練，否則，就易于發(fā)生錯(cuò)誤。

2.開(kāi)挖暴露出的地質(zhì)會(huì)立即改變其狀態(tài)，因此要求施工地質(zhì)人員要親臨現(xiàn)場(chǎng)，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

3.不能控制的施工量測(cè)，往往給施工帶來(lái)不便。

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

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作者簡(jiǎn)介：付開(kāi)友（1966?-），男，漢族，采礦工程師，現(xiàn)在師宗縣煤炭局從事專業(yè)技術(shù)工作