隧道工程中锁脚锚杆支护技术探讨

隧道工程中锁脚锚杆支护技术探讨
在一些铁路、公路等交通建设工程中，隧道工程的质量直接影响着整个工程项目的质量。

特别是在一些特殊地质区域，土壤岩石结构并不是非常稳定，土质相对来说偏软，并不能对隧道起到很好的保护作用，还需要在建设过程中添加其他的支护设施，来达到保持隧道稳定性的目的。

在目前，锁脚锚杆的应用是提升软弱围岩隧道稳定性的一项主要措施，并且经过多年的发展，已经具有了较为成熟的应用基础。

一、锁脚锚杆支护技术的概况
锁脚锚杆支护技术的出现时间非常早，在上世纪初，该技术就在国外有了成功的应用实例，并且迅速在全球范围内得到了非常广泛的应用与发展。

而在我国，锁脚锚杆支护技术最开始应用于上世纪中叶，当时主要是应用在矿山隧道之中，为采矿工作提供安全保障。

随着后来混凝土技术的应用成熟，锁脚锚杆支护技术逐渐被应用到铁路隧道以及公路隧道中，为保持隧道结构的稳定性起到了不可忽视的作用。

（一）我国锁脚锚杆支护技术的发展现状
相对来说，我国锁脚锚杆支护技术的起步时间较晚，相对于国际领先水平存在着一定的差距。

但自改革开放以来，在几十年间，我国的工程建设项目取得了突飞猛进的发展，特别是铁路以及公路等基础的交通工程的建设规模呈现出逐年扩大的趋势。

在此背景影响下，我国的锁脚锚杆支护技术也相应地取得了非常显著的进展，在应用水平上有着逐渐接近国际一流水平的趋势，甚至在一些细节的处理上已经达到了国际一流水平。

经过相关领域学者的研究以及国外先进施工经验的总结，发现锁脚锚杆的支护效果和锚杆的数量以及岩体的弹性模量有着非常密切的联系。

（二）锁脚锚杆支护技术应用的作用
之所以锁脚锚杆支护技术能够迅速成为隧道工程建设中最为主要的一项施工技术之一，是因为该技术对保持隧道结构的稳定性来说具有不可替代的作用。

特别是在软弱围岩隧道中，这种作用突出得尤为明显。

一般软弱围岩受到地形以及土壤岩石结构的限制，并不能具有非常高的稳定性，需要经过特殊加固处理之后才能够让隧道正常投入使用。

而采用锁脚锚杆支护技术，一方面非常节省材料，
可以极大地减少加固处理所产生的额外开支。

另一方面，锁脚锚杆可以起到非常好的支护效果，并且方便实用，能够为隧道工程的结构质量提供非常优质的保证。

通常在应用了锁脚锚杆之后，软弱围岩隧道的结构强度能够直接提升一个档次，让隧道的使用更加稳定，并且使用寿命也会更加长久。

二、软弱围岩隧道中锁脚锚杆支护应用分析
为了对软弱围岩隧道中锁脚锚杆支护技术的应用进行更加具体的分析，本文选取了我国东北某铁路隧道建设工程为例，通过建立围岩模型的方式，对锁脚锚杆进行相应的受力分析，并得出该技术应用之后对隧道稳定性所起到的作用表现。

特别是随着计算机技术的应用逐渐成熟，对锁脚锚杆支护作用的分析能够达到更加细致的标准。

（一）工程概况
该隧道位于我国东北地区的一条单线电气化铁路上，隧道全长357m，属于铁路工程建设中短隧道的一类。

隧道位于低山丘陵区，地形波状起伏，隧道最大埋深44m。

在该隧道的周围，地层主要为第四系残坡积粉质粘土，下伏基岩为侏罗系下统火山角砾岩，强风化火山角砾质结构，块状构造，节理裂隙发育，岩体较破碎，对隧道围岩的整体结构造成形变影响。

因此，需要采用锁脚锚杆支护技术来对隧道围岩的稳定性进行加强。

（二）锁脚锚杆支护模型
经过调查分析，发现该隧道的软弱围岩属于Ⅴ级围岩，需要采用双排锁脚锚杆来进行固定。

由于该隧道采用的是三台阶环形开挖组织施工的方式，因此在进行锁脚锚杆的施工时，根据开挖的进度可以分为上台阶、中台阶以及下台阶。

在每一开挖阶段，为了保障软弱围岩的稳定性，均需要采用锁脚锚杆进行固定。

通过计算机进行锚杆施加作用力的模拟分析，可以制定出准确的锁脚锚杆应用方式。

实际的锁脚锚杆施加情况如下图所示：
图一：锁脚锚杆在软弱围岩隧道中的施加简图
从图一中可以看出来，在上台阶部位，施加了M1、M2、M3、M4等四组锁脚锚杆。

在中台阶部位，施加了M5、M6两组锁脚锚杆。

在下台阶部位，施加了M7、M8两组锁脚锚杆。

通过八组锁脚锚杆的应用，来达到增强隧道围岩稳定性的目的。

在实际的施工过程中，所使用的混凝土规格为C25喷射混凝土，
每个支护循环中台阶和上台阶配合使用8根Φ22组合中空锚杆，下台阶配合10根Φ22砂浆锚杆，总共使用了18根锚杆和8组锁脚锚杆，共同起到支护作用。

（三）锁脚锚杆使用后的效果
经过试验分析发现，在锁脚锚杆未使用时，软弱围岩结构并不是非常稳定，极容易出现内部松动的现象。

通过模拟试验得出的数据，发现在加入了锁脚锚杆之后，围岩的承压能力相比于原来增加了52%左右，在不发生重大自然灾害事故的前提下，并不会对铁路隧道的正常使用造成影响，隧道的围岩结构规格以及使用寿命可达到铁路工程建设的相关要求。

三、结束语
通过文中对锁脚锚杆支护技术的发展理论分析以及该技术应用的实例说明，可以发现在软弱围岩隧道中应用锁脚锚杆支护技术具有很大的必要性。

特别是对于许多岩石或土壤结构不稳定的地区来说，在隧道开挖与后续施工的过程中，如果沒有特殊处理，将很容易发生较为严重的安全事故。

随着人们对锁脚锚杆支护技术的研究与应用的逐渐深入，软弱围岩隧道结构不稳定的问题将能够得到更加彻底的解决。

参考文献
[1]陈建勋，杨善胜，罗彦斌，王梦恕. 软弱围岩隧道取消系统锚杆的现场试验研究[J]. 岩土力学，2011，01：15-20.
[2]陈建勋，乔雄，王梦恕. 黄土隧道锚杆受力与作用机制[J]. 岩石力学与工程学报，2011，08：1690-1697.
[3]李文剑. 浅埋偏压软弱围岩隧道稳定性研究[D].大连交通大学，2012.。