郭 磊 马建云 陈加宝 周 阳

（中交二公局第六工程有限公司，陕西 西安 710075 ）

1 新奥法的应用

新奥法对岩体方面的认识具有开创性的观点，认为二次应力的及切割结构面会导致岩体失稳，并认为洞室开挖后产生的围岩压力由岩体与支护结构共同承担，且大部分由岩体承担。

塑性形变压力与塑性松动压力组合成为洞室开挖后的围岩压力。通过分析研究弹塑性理论，将围岩塑性形变压力和塑性松动压力叠加之后，其随径向位移变化的曲线，是一条两端高中间低的曲线。主设计中的隧道截面形式如图1 所示。

图1 主设计中的隧道截面形式

新奥法在施工过程中不仅会现场对洞内内壁的收敛位移进行监测，而且现场对支护与围岩交接面的压力进行监测，同时现场对对锚杆所受的应力以及洞室围岩的位移等进行监测，现场监测不仅全面而且详细，并将监测所获得的数据绘制出相应的曲线（如收敛位移与时间的曲线），据此可分析岩体的稳定性。

2 SN 锚杆支护及其与围岩相互作用机理、锚固机理

SN 锚杆为全长型锚固锚杆，应用范围较为广泛，在龙昌隧道的施工中起到了至关重要的作用，它不仅加固了围岩的稳定性，而且大大降低了施工安全风险，是一种非常重要的支护手段。施工结束后，锚杆可作为一种永久支护结构，发挥着非常重要的作用。

SN 锚杆作用效果:

（1）悬吊效果

由于爆破，会使岩块发生松动，甚至掉落，具有极大的安全隐患，可利用SN 锚杆将松动的岩块与没有松动的围岩锚固在一起。为增大固定效果，将裂隙发育的围岩与喷射混凝土同时使用。

（2）梁式效果

通过SN 锚杆的锚固作用将龙昌隧道周边层状围岩中分离的层理面叠合，形成叠合梁，层理面之间可传递剪力，SN 锚杆发挥了组合梁的效果。

（3）内压效果

通过在龙昌隧道壁面上喷射混凝土，使锚杆轴力产生了内压作用，隧道周边呈三轴应力状态，在控制隧道周边围岩的塑性化和扩大及隧道净空位移起到良好的效果。

（4）拱效果

SN 锚杆的内压效果使围岩形成了一个承载拱，加强了隧道周边围岩的承载能力的同时，有效控制了隧道净空位移。

（5）围岩改良效果

SN 锚杆的使用将围岩的抗剪强度和屈服后的残余强度变大了，从而使围岩的特性得到了优化。

3 SN 锚杆注浆工艺

SN 锚杆采用奥地利MAI 400NT 净浆注浆机，先往孔内注稠度较大的水泥净浆，之后再将SN 锚杆插入孔内，此时与SN 锚杆等体积的净浆将会灌入周围岩层的裂隙和空洞中，并粘结在孔壁上，从而使水泥净浆、SN 锚杆与围岩形成一个整体。锚杆垫板的安装采用扭力扳手完成，使SN 锚杆的锚固作用得到加强，使初支砼与围岩能更好地紧密结合为一体，增强初支稳定性。

3.1 SN 锚杆材料

SN 锚杆的材料要求如下：

（1）根据规范 EN10080 要求，SN 锚杆最小直径 25mm，钢材等级 B500B；

（2）规定的破坏荷载同样适用于螺纹、螺母、锚垫板；

（3）锚垫板的钢材等级为 S235，尺寸最小为 150×150mm，厚度 8mm；

（4）垫圈和螺母要确保安全地把锚拉力传递给锚垫板。

SN 锚杆见图2。

图2 SN 锚杆

3.2 水泥净浆

（1）在进行锚杆接受/验证检测之前，首先对锚杆安装所使用的水泥净浆配合比进行现场验证，以确定配合比设计要达到规定的强度要求，并根据所要用的压浆设备确定其和易性，同时将验证的配合上报给监理工程师，得到监理工程师的审批；净浆配合比验证时，监理工程师要旁站，在注浆机出浆口进行取样，随后检测其 3 天和 28 天强度是否满足要求；

（2）为了使水泥净浆具有更好的和易性，可添加一些外加剂进行改善；

（3）净浆试验检测应该在 4×4×16cm 试块上进行，试块应在温度 20±2 ℃水中养护直到检测；

（4）每次进行抗压强度检测应准备 3 个试块，按照规范 EN196-1 要求，1 个为检测 3 天强度，2 个为检测 28 天强度；

（5）水泥净浆抗压强度要求 ：水泥净浆的抗压强度于3 天后达到8MPa，于28 天后达到20MPa 。

本隧道采用水泥净浆锚固锚杆，水泥净浆配合比见下表，这种水泥净浆拌合后成膏状，不具有流动性，特别适合于隧道洞内洞顶锚杆的安装，同时具有强度高，无收缩等优点。水泥净浆的配合比见表1。

表1 水泥净浆配合比

3.3 注浆设备

采用的奥地利生产的MAI 400NT 注浆机，这种注浆机除用于边坡防护和基坑防护外，亦成功应用于地下工程施工，如矿井、隧道工程施工。这种设备采用新型注水系统，加之新型且清晰的塑料操控面板，保证了机械的操作方便和材料的拌合质量。这种机械能够确保各组分材料比例一致，拌合材料的质量恒定，能够成功的满足现场施工需求，具有很高的工作效率及实用性（水泥净浆在现场现拌现注，且水泥净浆呈膏状，流动性低，稠度可调），防止隧道拱顶锚杆注浆倒流不能有效止浆形成空洞的现象，确保注浆的密实性及锚杆的锚固力。

与传统的注浆泵相比，MAI 400NT 注浆机具有以下优势： 1.重量减轻 2/3；2.更易于挪动； 3.连续的非脉冲压力； 4.改善材料使用，减少浪费； 5.随时快速灵活地适用于各种地质条件。 MAI 400NT 注浆机设备结构图见图2，技术参数见表2。

表2 MAI 400NT注浆机技术参数

图2 MAI 400NT 注浆机

4 SN 锚杆施工工艺

SN 锚杆安装施工工艺流程见图3。

图3 锚杆安装施工工艺流程图

采用SN 锚杆法后，施工工艺流程顺序如图4 所示。

图4 引用欧标SN 锚杆后施工工艺流程

4.1 SN 锚杆钻孔

采用 Boomer 锚杆钻机进行 SN 锚杆钻孔，Boomer 锚杆钻机具有自动钻孔、操作灵活、钻臂可 360°旋转等优点。

钻孔时应注意，要根据岩体类型规定的支护条件确定锚杆长度，所有类型锚杆钻孔深度要满足其长度要求，钻孔直径要确保压浆、连接器及安装工作的顺利进行。最小钻孔直径要比锚杆直径/连接器直径大 10mm，钻孔方向沿着隧道断面的径向方向，有时可根据现场围岩情况对钻孔方向进行适当调整。

4.2 清孔

在钻孔后，为了确保孔内无碎屑及烂泥，可采用高压风对钻设好的孔进行清孔工作，清孔完成后 3 个小时内要完成锚杆安装。

4.3 孔内注浆

在锚杆安装前，整个孔内应充满水泥净浆，注浆前，首先调整浆液稠度，要先用稀浆液润滑整个注浆管道，随后通过调节出水量，逐渐调整浆液至标准稠度，确保浆液质量合格。注浆时，注浆管插入到钻孔底部，边注浆边抽管，整个过程中需将压浆管嘴始终处在浆液内，这样随着压浆管的抽出，孔内的空气也随之排出，即孔被浆液灌满。

4.4 锚杆安装

锚杆安装时，为安全作业，采用液压平台车配合人工完成，同时为确保锚杆的快速有效安装，在锚杆端头加装电镐，借其电动推力快速将锚杆安装到位，这样不仅节省时间，更使锚杆和周围浆液有效的粘合，保障了锚杆的牢固锚固。

安装过程中要填写锚杆安装记录表，内容包括安装部位、锚杆类型、长度、安装时间、浆液配比等内容，安装完成后向监理工程师提交此表，待水泥净浆达到一定强度后，即可进行下一道施工工序 □ 紧固锚垫板螺栓。

4.5 拧紧螺栓，固定锚垫板

水泥净浆达到一定强度后（一般 12 小时即可），要用标定的扭矩扳手紧固螺栓，要保证紧固后的螺栓作用在锚垫板的力不小于 20KN。

5 结论

文章结合龙昌隧道实际工程中应用的SN 锚杆，详细介绍注浆工艺。大大提高安全性，为以后隧道施工提供了宝贵的经验。

（1）全长锚杆与围岩共同承担载荷，这种方式的的协调性要优于其他支护形式。

（2）长锚杆的锚固效果在临界锚固长度范围内要优于短锚杆，但当超过了临界长度，其锚固效果不会增加。

（3）采用SN 锚杆降低了工人劳动强度、减少洞内操作人员的数量，也提高了工效，同时在很大程度上提高了施工的安全系数。