自进式锚杆是一种将钻进，注浆，锚固功能合而为一的锚杆，能够保证在复杂地层（断裂带、破碎带、软岩、土层等不易单独打钻成孔）条件下的锚固效果，具有可靠、高效、简便的特点。具体特点如下：

 

　　①自进式锚杆采用良好的厚壁无缝钢管材料及做工精良的配件，真正实现了自钻式锚杆钻孔、注浆、锚固等功能的统一；钻杆及锚杆合而为一，在风化岩，碎岩层，回填区，砂，粘土，圆卵石层等不需套管护壁，即能形成锚孔，保证锚固与注浆效果。操作简便，快捷省时，节省25%工作量，缩短工程工期。

 

　　②高效能的注浆，充填裂隙，固结岩体和土层，控制地下水，具有良好的注浆扩散半径及可靠的锚固质量。

 

　　③自进式中空注浆锚杆前有穿透力强的钻头，在一般凿岩机械的作用下，可以轻易穿透各类岩石。

 

　　④钻杆的锚杆体无需拔出，其中空可作为注浆通道，从里至外进行注浆。

 

　　⑤高效能的止浆塞使注浆能保持较强的注浆压力，充分地充填空隙，固定破碎岩体，高强度的垫板、螺母可以将深层围岩应力均匀地传递到周壁围岩上，达到围岩与锚杆互为支护的目的。（本文主要用于超前支护，对抗拔力没有要求，所以不用垫板和螺母。本文介绍的自进式锚杆长6m，由8节锚杆节段组成）。

 

　　自进式锚杆用于由中铁十局济铁公司青岛分公司承建的0511隧道，此隧道位于山东省青岛市崂山区。

 

　　工程内容主要包括：青岛警备区0511工程一二口通道、Z3通道、Z5通道、设备区及中心区回廊及大断面三口通道的毛洞开挖、锚喷支护、被覆等工程项目。

 

 

　　边坡主要由厚度较薄的第四系（填土及残坡积），燕山晚期侵入形成的粗粒花岗岩及煌斑岩组成。掌子面围岩为灰白、灰紫、褐色石英砂岩，岩体节理裂隙极发育，极破碎，各结构面闭合性差，质脆，整体稳定性极差，临空地带部分呈散体状塌落，开挖均为机械直接可开挖。另外掌子面存在多处涌突水，总涌水量5-8L/S，现场安排5台水泵进行涌突水抽排，在渗涌突出水的作用下，临空的掌子面及拱顶一直发生块状、碎石状等散体状塌落，且有越塌越多的趋势，作业人员无法进入掌子面范围内作业，只能组织集中、不间断抽水强排至洞外。至2008年6月8日，受降雨影响，掌子面突涌水量逐增，导致拱顶松散体不断垮塌堆满掌子面，塌方量达400余方。

 

 

　　0511隧道该段围岩原设计为Ⅲ级围岩，无法满足隧道施工人员安全，由于围岩特别破碎，且涌水量很大，打钻不易成孔，普通超前小导管支护无法施工。经研究决定采用自进式锚杆代替普通超前小导管支护，自进式锚杆与钻杆合二为一，可以避免塌孔、无法插杆、注浆不饱满等难题。具体方案：在拱顶120°范围内增设三排Ф51×5mm自进式锚杆，锚杆倾角10～15°，长度L=6m，环向间距30cm，搭接长度2m。为达到快速止水、加固拱顶塌方稳定周边岩体效果的目的，对自进式锚杆内注水泥、水玻璃双液浆。此段围岩级别由原设计Ⅲ级调整为Ⅴ级，支护衬砌类型由S-Ⅲa调整为S-Ⅴa，主要支护参数：初期支护采用I20b工字钢架封闭），工字钢纵向排距50cm一榀；中空锚杆长4.5m，环向间距1.2m，纵向排距0.5m，喷射砼厚度28cm，二衬厚度60cm。

 

　　施工工艺流程：清理场地—搭设施工平台—机械设备材料配备—钻孔打锚杆—注浆—拆除工作平台—掌子面掘进及支护。

 

　　3.1施工准备自进式锚杆采用ZDY-620煤矿用坑道钻机施工。首先搭设施工平台（或利用洞渣堆积成平台），人工或机械将要施工的场地平整好，以便钻机能自由操作。将各种风管和水管接好，保持各种管路畅通，施工人员到位，各种机械设备无故障，备好各种料具（Ф51×5mm自进式锚杆、钻头等，自进式锚杆每节长80cm，端头有丝扣，可以任意接长，锚杆体按设计图纸要求加工出扩散浆液孔）。

 

　　3.2自进式锚杆钻进施工自进式锚杆钻孔施工采用ZDY-620煤矿用坑道钻机，首先将坑道钻机与挖掘机铲头焊接牢固，通过挖掘机及铲头移动调整钻孔位置及方向。根据地形及地质情况，调整好挖掘机及坑道钻机的钻进位置及角度，在第一节锚杆的前端套上钻头，接通风管、水管，启动空压机，开始钻进，锚杆以10～15°外插角打入围岩体，每节锚杆长80cm，整根锚杆需要8节锚杆节连接起来，当第一节锚杆钻进70～75cm（露出5～10cm，便于连接下一节锚杆）时停止钻进，连接下一节锚杆，锚杆之间丝扣连接，用配套扳手将锚杆拧紧，经检查锚杆连接牢固可靠时继续钻进，直至第八节锚杆一半钻入岩内，然后卸下钻机，把锚杆留到岩层内，等待注浆，一根锚杆钻进施工完毕。每根自进式锚杆设计长6m，最后需截断外露的40cm锚杆（一般在注浆完成且浆液凝固后截断多余锚杆）。

 

　　3.3注双液浆

 

　　①水泥-水玻璃浆液。以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例以双液方式注入。克服了单液水泥浆的凝结时间长且不能控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的适用范围。

 

　　②水玻璃及其作用。水玻璃分子式：Na2O·nSiO2，作为速凝剂使用、作为主材料使用，增强早期强度。

 

　　③水泥与水玻璃的化学反应机理。水泥本身的凝结和硬化主要是水泥水化析出凝胶性的胶体物质所引起的，在硅酸三钙的水化过程中产生氢氧化钙。当加入水玻璃后，水玻璃马上与新生成的氢氧化钙反应，生成具有一定强度的凝胶体水化硅酸钙。

 

　　④水泥-水玻璃浆液的特点。水泥浆的水灰比为0.8：1～1：1；水泥浆与水玻璃的体积比1：0.3～1：0.5；水玻璃模数2.4～3.4，波美度22～40°。浆液的凝胶时间可准确控制在1～3分钟范围内；结石体的抗压强度达5～10MPa；凝结后结石率可达100%；结石体的渗透系数为10-3cm/s；可用于裂隙宽度为0.2mm以上的岩体或粒径为1mm以上的砂层。

 

　　⑤注浆工艺。当一环自进式锚杆钻进施工完成一部分，有注浆工作空间时方可进行注浆施工。根据围岩情况和施工进度要求，自进式锚杆注浆液采用水泥、水玻璃双液浆。双液浆选用水泥浆：水玻璃体积比为1：0～0.5（水玻璃浓度为35波美度），双液浆凝结时间一般在1～3分钟之间，双液浆一方面起止水作用，一方面固结破碎的围岩体。双液浆注浆采用双液方式注入，拌合好的水泥浆与稀释的水玻璃通过混合机混合后经过注浆连接头注入自进式锚杆。压浆时要保持压浆高压管顺直，注浆压力为0.5～1.0MPa，浆液扩散半径1m左右。双液浆凝结时间较短，混合机存放的双液浆不易过多，边注浆边拌制。每根锚杆压浆量约为1.6～2.0m3，压浆量根据注浆机压力大小或根据水泥制浆机的消耗速度确定，一根自进式锚杆压浆完毕后，立即关闭止浆阀，保持锚杆内压力，并防止浆液倒流出来，待浆液终凝后截断外露的锚杆，结束注浆工作。撤走各类机械设备，拆除工作平台，清理场地，进入下一道工序。

 

　　⑥防堵管措施。水泥-水玻璃浆液的主要特点之一是胶凝时间快（一般控制在1～3分钟范围内），采用双液方式注入，施工工艺较单液复杂。以上特性容易造成注浆间歇过程中堵管故障的发生。为了减少堵管故障的发生，双液浆施工过程中应注意以下几点：

 

　　1）输浆管路的安装应尽量缩短浆液汇合管的长度，浆液汇合管的长度应控制在1米以内；水泥-水玻璃浆液汇合处的三通混合器应安装减压阀，并可通过减压阀注水清理汇合管路；

 

　　2）双液注浆临时停止前应停用水玻璃，以单液水泥浆方式再注浆1～2分钟，用纯水泥浆置换出注浆管路里的双液混合浆液，防止输浆管路的堵塞；

 

　　3）充分做好双液浆注浆前的准备工作，减少注浆过程中临时停注次数和时长。

 

　　3.4掌子面掘进施工一环自进式锚杆施工完毕后，进行隧道开挖作业，先用挖掘机挖除可直接开挖部分岩体，个别大块岩石采用乳化炸药爆破施工，短进尺、勤支护，一循环掘进不超过1m，开挖完成后先初喷砼，然后施工中空锚杆、钢筋网、工字钢架、喷射砼，再进入下一循环施工。初期支护主要支护参数：中空锚杆长4.5m，环向间距1.2m，纵向排距0.5m；准6.5钢筋网20*20；I20b工字钢架（全封闭），工字钢纵向排距50cm一榀；喷射砼厚度28cm。初支完成后，及早施做仰拱、二衬。

 

　　2009年4月20日，我项目顺利的通过此段围岩施工，采用自进式锚杆进行超前支护，为我项目隧道施工提供了安全保证，并且节省了25%的工作量，争取了时间，为控制性工程-0511隧道今年底贯通奠定了基础。自进式锚杆在我项目的应用，使我学到了一种隧道复杂围岩施工技术，增加了隧道施工知识；同时，也为隧道类似围岩施工提供了经验，颇具有指导意义。

 

　　自进式锚杆主要用于断层破碎带超前支护施工，在复杂地质条件下取代普通小导管，克服了普通小导管诸如塌孔、无法插杆、注浆不饱满等难题，发挥了超前支护的作用，保证了围岩的整体稳定，确保了施工人员及隧道的安全，具有较好的应用价值。