随着近年来大断面隧道施工工程的不断完善，锚杆的作用越来越被重视，需要在施工中加强系统锚杆对大断面隧道施工安全性影响的分析，不断提高系统锚杆在工程中的应用。

 

　　1  在隧道支护体系设计中的作用

 

　　隧道支护采用柔性支护体系结构，即以锚杆、喷射混凝土、钢拱架、格栅钢架等为初期支护，二次衬砌采用添加抗裂防水膨胀剂的模筑混凝土或钢筋混凝土。其中，锚杆支护类型主要根据围岩类别和洞室埋深条件拟定。

 

　　2  锚杆组合拱作用机理的运用

 

　　锚杆组合拱作用机理主要是依靠系统锚杆对围岩的整体加固作用，使围岩在一定深度范围内形成拱形承载结构，充分发挥围岩岩体抗压强度高的特点，发挥围岩的自承能力。作为永久支护的全长粘结型锚杆，良好的全长粘结效果，不仅可以保证锚杆砂浆与孔壁的摩擦力，使锚杆与围岩共同工作，同时还可以保证锚杆不受腐蚀，以利其长期的作用效果，要做到这一点，就必须确保锚杆全长注浆饱满，使其与岩体连成整体。锚杆注浆因锚杆形式不同而有不同的注浆方式。中空注浆锚杆可以通过锚杆杆体直接进行注浆。砂浆锚杆的注浆方式有两种：一种是将注浆管与锚杆杆体一同放入钻孔。对于拱顶部位的锚杆宜采用这种方式，便于施工过程控制，但应注意锚杆钻孔孔径的大小能够满足注浆管径和杆体直径的需要；另一种是先将注浆管放入钻孔内，缓慢注浆，待注浆结束后，再迅速将杆体插入孔内。这种方式宜用于侧壁锚杆安装。

 

　　3  锚杆悬吊作用的运用

 

　　局部锚杆支护的钻孔布置应尽量垂直于岩面，如受施工条件的限制，也应保证成大角度布置。若锚杆钻孔施工危险性较小，可在喷混凝土前及时进行锚杆支护作业。钻孔后应进行吹孔，以清除孔内泥渣，可采用钻杆注水方式清洗钻孔，直至孔内流出清水为止。清孔完毕后，将水泥卷放入孔内，同时向孔内注水，边注水边搅拌。当水泥卷放入量不少于锚杆孔深的一半时，即可将杆体插入孔内，如插入困难可用锤击。杆体插入孔内的长度不应短于锚杆全长的95%。在孔口溢出水泥浆时，用干水泥进行封孔。在施工过程中，当围岩破碎，锚杆孔成孔困难时，一般可采用自进式锚杆，即用钻杆代替锚杆，并利用钻杆中孔完成锚杆孔内注浆，但注浆时间和注浆量较难控制，一般视围岩破碎情况及施工组织安排现场确定。

 

　　三、问题锚杆的处理

 

　　针对如何处理验收不合格的锚杆，我国制定并出台了《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005），该规程对问题锚杆如何处理的规定预示着我国岩土锚杆标准化建设的进步。研究证实，岩土锚固工程安全链的完整性要求对锚杆设计的安全性、锚杆设计试验与验收、问题锚杆的处理一视同仁，即三者是不可分割的整体，缺一不可。《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）明确规定：“若锚杆设计验收试验不合格，则必须增加锚杆试件的数量，其中锚杆试件的增加数量要达到问题锚杆数量的3倍。此外应按照最大实际试验荷载的1/2对问题锚杆进行锁定，最后再根据问题锚杆与锚杆总量的比值来确定锚固工程锚杆的设计总抗力与实际总抗力之间的差值，进而对锚杆进行增补。”

 

　　若锚杆设计验收试验未达到临时锚杆拉力设计值的1.2倍或永久锚杆的1.5倍是由锚杆验收试验的局部破坏所致，亦或锚杆设计验收试验能够满足国家验收试验规程对荷载的要求，但受最大试验荷载影响的蠕变试验不合格，此时皆应被认为该锚杆设计不合格。

 

　　就不合格的锚杆而言，如果对锚杆预留有二次灌浆系统（补强系统），那么必须对二次灌浆完毕的锚杆进行补充验收试验，同时根据原验收试验标准对补充验收试验进行评定。如果锚杆结构未预留有二次灌浆系统，那么需根据最大实际试验荷载值与锚杆抗拔安全系数的比值来对锚杆结构进行锁定，同时可以把此荷载锁定值归纳到原有锚杆设计的总抗力内。

 

　　《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）规定：“根据不合格锚杆与锚固工程锚杆总量的百分比来计算出锚固工程锚杆设计总抗力与实际总抗力之间的差值，同时根据此差值来对锚杆数量进行增补。”针对此规定，大量研究证实，其要求对锚杆进行补偿是非常必要的，同时也具有一定的合理性。此处提及的增补工序所产生的额外工程造价应由责任方全权负责。此项规定的意义为：针对不遵守国家规范而引起的锚杆质量缺陷，责任人必须承担经济责任，由此起到警示作用，同时也对工程后续施工安全起到防范作用。

 

 

　　锚杆设计的安全系数通常包括锚杆杆体或锚杆筋体设计的抗拉安全系数、锚杆固体设计的抗拔安全系数，其中锚杆杆体或锚杆筋体设计的抗拉安全系数=锚杆杆体极限拉力：锚杆拉力设计值；锚杆固体设计的抗拔安全系数=锚杆极限抗拔力：锚杆拉力设计值。岩土锚杆设计的安全系数通常需对锚杆结构设计的风险程度与不确定性因素进行综合考虑，其中包括锚固岩土体或地层的性态、杆体材料与灌浆的不稳定性、筋体中所有钢筋或钢绞线受力的不均匀性、锚杆群中部分锚杆承载力失效或下降对周边锚杆工作荷载的影响程度、周边环境或地下水的变化、锚杆抵御轻微腐蚀的能力等。

 

　　1  锚杆布置部位

 

　　通过对不同工况下的围岩位移、塑性区范围、锚杆轴力及初支最大拉应力等的分析，可确定锚杆的设置原则。拱部锚杆及墙脚少数锚杆轴力比较小。综上所述，拱部锚杆对控制围岩位移的影响较小且轴力较小，但能有效抑止拱顶受拉破坏区的形成；边墙锚杆可以有效控制围岩位移的发展且轴力较大，更能有效抑止拱部和边墙塑性区连通；墙脚少数锚杆轴力很小。因此，建议在拱部和边墙都设置锚杆，但拱部锚杆较边墙锚杆设置稀疏，且隧道两边墙脚部位可以各减去一根锚杆。

 

　　2  锚杆环向间距

 

　　（一）、地表沉降

 

　　隧道上方地表沉降是由隧道施工引起的周边环境问题，关系到上方道路通行及附近建筑物的安全，一直是城区隧道施工的监测内容。

 

　　（二）、拱顶下沉

 

　　隧道拱顶下沉反映了拱部围岩的稳定性及支护结构的安全性，一直是隧道施工时的洞内位移监测的主要内容。

 

　　（三）、拱脚水平收敛位移

 

　　拱脚水平收敛位移反映了围岩的稳定性及支护结构的安全性，是隧道施工时洞内位移监测的主要内容。

 

　　3  锚杆设置长度

 

　　锚杆长度的变化对位移变化的影响较小，3.5m和4.0m工况下，位移几乎没有变化。4.5m工况引起位移减小的趋势较大，但相对3.5m长锚杆而言，从经济的角度考虑并不可取。从周边位移控制及结合经济因素考虑，取3.5m长锚杆是合适。

 

　　锚杆长度的变化引起的锚杆轴力最大值的波动不到1kN，但是从图中变化可以发现，3.5m锚杆轴力最大。说明采用3.5m长锚杆，更能发挥效果。锚杆长度的变化对初期支护最大拉应力的影响约为0.06MPa，比较3.0m工况和4.0m工况可知，3.5m工况初期支护最大拉应力是最小的。

 

　　综上所述，不同锚杆长度在2.5～4.5m范围内引起的位移、塑性区范围、锚杆轴力和初支应力变化很小。本着优中选优的原则，对围岩位移控制效果，锚杆发挥作用效果，对初期支护的影响及经济因素等进行综合比较，建议采用3.5m长锚杆进行支护。

 

 

　　通过分析系统锚杆对大断面隧道施工安全性的影响，可以清楚的看出系统锚杆的重要性，所以一定要提高系统锚杆安全性的设计水平。