軟巖洞室錨注支護研究現(xiàn)狀與展望

劉潘 金鵬 楊翔麟

摘 要：文章介紹了軟巖洞室錨注支護體系的概況和基本特點，回顧近年來我國軟巖洞室錨注支護研究的代表性成果，并作出相應的簡要分析和總結；在此基礎上，討論了軟巖洞室錨注支護研究中存在的一些問題以及可深入研究的方向。

關鍵詞：軟巖；洞室；錨注支護

錨固技術作為一種經(jīng)濟高效地改善巖土體應力狀態(tài)與力學性能的工程手段，已在地下洞室、邊坡加固與滑坡治理等領域保持著良好的發(fā)展態(tài)勢[1-3]。近年來圍繞軟軟巖洞室圍巖的錨固研究，眾多學者通過長期的探索，得出了諸多有益的理論和方法，推動了軟巖洞室錨固技術的長足進步。文章簡要闡述當前軟巖洞室錨注支護的研究現(xiàn)狀與成果，通過分析與總結，討論了存在的問題和相應展望，為相關工作提供參考。

1 軟巖洞室錨注支護體系概述

錨注支護技術是將錨桿支護和注漿支護這兩種洞室支護基本形式有機結合，以此形成的一種新型支護技術。該技術利用錨桿兼做注漿管實現(xiàn)外錨內(nèi)注，一方面通過注漿將破碎圍巖膠結成整體，在洞室圍巖內(nèi)形成一連續(xù)的注漿加固圈；另一方面通過錨桿與圍巖相互作用在圍巖內(nèi)又形成一錨桿加固圈，從而充分調(diào)動圍巖自身的承載能力，達到控制洞室穩(wěn)定性的目的[4]。同時，具有成本低、工藝簡便以及實用性好等優(yōu)點。

2 軟巖洞室錨注支護研究現(xiàn)狀

實踐表明，錨桿支護的錨固力大幅取決于對象巖體的力學性能，傳統(tǒng)的錨桿支護體系已不能滿足深部軟巖以及高應力軟巖洞室圍巖的施工要求。楊新安等[4-5]針對我國軟巖洞室錨桿支護系統(tǒng)支護強度不足等特點，在試驗研究基礎上首次提出了錨注支護加固技術，由此拉開了錨注支護技術的序幕。因運而生的錨注支護體系成為研究熱點，針對其支護機理與效應的研究較為活躍。劉長武等[6]研究和論證了軟巖巷道全斷面錨注加固的力學原理作用機制，通過計算分析，提出了確定錨注加固參數(shù)的理論計算公式。劉全林等[7]根據(jù)軟巖巷道錨注機理，基于體力代替錨桿作用、注漿改變圍巖力學性能的思路建立了錨注支護計算的力學模型，并應用粘彈性理論對具有流變特性圍巖的變形進行推導分析。王連國等[8-9]對軟巖巷道錨注支護進行了數(shù)值模擬研究，建立了錨桿支護巷道和錨注支護巷道兩個模型，對比了支護前后圍巖的應力、位移及塑性區(qū)的變化情況。以上研究結果表明，在軟巖條件下巷道應力分布集中，普通錨桿的圍巖穩(wěn)定支護較差，而錨注支護注漿既加固了圍巖，改善了巷道圍巖本身的力學性能，緩解圍巖特別是底角處的應力集中，又給錨桿提供了可靠的著力基礎，從而縮小應力分布范圍，減小巷道位移，顯著提高圍巖強度和承載能力，支護效果大幅優(yōu)于其他方式。吳宇等[10]利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡，進行了軟巖錨注巷道圍巖變形量的時序預測研究。通過所建模型的預測值與實測值對比研究，分析了軟巖巷道錨固后在時間上的變形規(guī)律。該模型下的預測變形結果不僅可以為變形規(guī)律研究以及注漿參數(shù)選擇提供有力參考，還可以反映出軟巖巷道錨固的有效性。王連國等[11]將錨注加固區(qū)細分為彈性區(qū)和塑性區(qū)，對錨注前軟巖巷道圍巖彈塑性以及錨固后錨注體黏彈塑性進行了理論對比分析。以鮑埃丁·湯姆遜模型為基礎，建立和推導出軟巖巷道錨注支護結構的蠕變分析模型和蠕變公式，得出了結構彈性區(qū)、塑性區(qū)應力變化的規(guī)律，對錨注支護作用機理作了更進一步細化研究。李慎舉等[12]進行了破碎圍巖錨注技術中漿液擴散規(guī)律研究。運用滲透張量法建立了漿液在破碎圍巖中擴散的基本方程，在此基礎上通過對破碎圍巖巷道錨注加固漿液流動的數(shù)值模擬，分析了注漿壓力和注漿錨桿布置與漿液擴散規(guī)律的關系。

3 分析總結與展望

綜上所述，從改變圍巖的力學性能出發(fā)，利用錨桿與注漿加固相結臺的方法將破碎的軟弱圍巖膠結成整體，可以較好地整合圍巖內(nèi)部松散結構，有效提高洞室圍巖的強度和變形模量，在調(diào)動和改善圍巖自身承載能力的同時繼續(xù)發(fā)揮錨桿支護的優(yōu)勢，實現(xiàn)支護結構和軟巖巷道的穩(wěn)定。同時，對于深部軟巖洞室的大變形問題，錨注支護能夠發(fā)揮巨大作用。

從研究成果來看，基于數(shù)模推導的公式及參數(shù)、試驗數(shù)據(jù)分析以及工程應用，不同角度的研究使對錨注支護體系加固機理與效應有了較為清晰的認識，該項技術已在一定程度上被認知和證實，應當認為，軟巖洞室錨注支護技術已相對成熟。但同時隨著研究的深入和相關工程應用的開展，該技術仍暴露出一些問題值得完善。例如，現(xiàn)有技術手段均缺乏對錨固參數(shù)提出精確而廣泛的計算方法，以簡化和假定條件為基礎的計算方法能夠在相應工程中得到應用論證，但使用面存在狹窄的局限性。數(shù)值模擬的假定簡化前提是否有理論解釋與指導意義、現(xiàn)場與室內(nèi)試驗的差異性定量描述以及結合工程應用需求的高效性、經(jīng)濟性技術等方面留有研究空白，針對建立系統(tǒng)的全面支護理論經(jīng)典體系的研究仍有進一步的探求空間。

此外，針對軟巖水工隧洞錨固的理論研究與分析較少，大多是基于實際工程的施工應用探索研究[13-14]。根據(jù)現(xiàn)有研究基礎，可進一步探究軟巖水工隧洞錨固體與圍巖在隧洞運營期共同承受內(nèi)外水壓力的機制與能力，針對不同條件建立定量的承壓分擔理論，與此同時也可進一步探究裂隙、孔隙、管道水介質(zhì)對錨固圍巖體的影響，為錨固體的工后檢測提供參考。

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作者簡介：劉潘（1991-），男，研究生，主要從事巖土、水利方面研究。