摘要：通過對目前錨桿荷載傳遞機理、不同地質(zhì)模型錨固效果、支護機理、錨桿耐久性及商品化問題進行歸納總結(jié)，分析表明：在裂隙發(fā)育中硬巖和硬巖中，主要是抑制與裂隙面平行或者直角方向相對位移；在軟巖和土砂圍巖中，主要是控制隧道壁面徑向位移和圍巖內(nèi)部相對位移。支護機理至今仍然不能進行定量解釋和正確評價，如何提高錨桿加固的效果等方面需加強研究。這些成果將為我國今后隧道錨桿設(shè)計和施工提供理論依據(jù)。
錨桿作為新奧法隧道建設(shè)中主要的支護構(gòu)件，已在隧道工程中廣泛應(yīng)用。工程試驗遠遠超過其理論研究，有許多工程實績，但其支護效果和支護機理至今仍然還不能進行定量的解釋和正確評價。
1錨桿荷載傳遞機理
1.1理論方面
谷拴成、崔希鵬研究錨桿在混凝土中荷載傳遞規(guī)律，得出增大錨桿的直徑比錨固長度來提高錨桿荷載有更好的效果；許錫賓、劉濤、褚廣輝研究錨固段前端應(yīng)力集中現(xiàn)象，錨桿彈模與巖體剪切模量比值越小，越有利于錨固段應(yīng)力均勻分布；張振宇比較了雙曲函數(shù)模型、基于Mindlin解、基于抗拔作用的三種力學(xué)模型各自適應(yīng)性，并給出設(shè)計要點；
1.2試驗方面
吳曙光、張永興、康明通過壓力型和拉力型錨桿，分析其受力機制，認為壓力型錨桿承載能力和變形性能均優(yōu)于拉力型錨桿；張選利、王威強、王永巖研究了新型柔性注壓錨桿強度條件及拉拔荷載；曾華明、李祺、岳向紅研究了砂漿錨固巖石錨桿在張拉荷載下的軸向應(yīng)力和剪應(yīng)力分布規(guī)律；劉曙光、賈金青、鄭衛(wèi)鋒進行了拉力型錨桿現(xiàn)場抗拔力試驗，分析影響拉力型錨桿極限承載力主要因素：李義、高國付、趙陽升通過隧道無損監(jiān)測技術(shù)，研究了圍巖變形和錨桿工作荷載二者的對應(yīng)關(guān)系。
2不同地質(zhì)模型錨固效果分析
2.1硬巖
圍巖強度比大、隧道周邊圍巖沒有塑性化的情況，不需要內(nèi)壓效果。同時，硬巖的巖石本身的強度是充分的，隧道的穩(wěn)定通常是由裂隙等力學(xué)上不連續(xù)面所控制，因此，錨桿以保持巖塊和控制巖塊移動，使圍巖成為一體，主要是抑制與裂隙面平行或者直角方向的相對位移，促進平衡拱的形成。
2.2軟巖
在圍巖強度比小的軟巖中，隧道周邊圍巖發(fā)生塑性化，需以內(nèi)壓效果和形成平衡拱效果為主，主要是控制隧道壁面徑向位移和圍巖內(nèi)部相對位移。圍巖采用完全彈塑性體假定進行解析時，因內(nèi)壓的存在而使塑性區(qū)域和壁面位移減少。但如要使塑性區(qū)不發(fā)生，則在開挖初期需要很大的支護能力。因此必須與其他支護手段，如噴混凝土等配合使用。
2.3土砂圍巖
在埋深小的土砂圍巖中，噴混凝土是有效果的，根據(jù)過去的量測結(jié)果，拱頂附近的錨桿幾乎不受拉力而只發(fā)生壓力的情況時有發(fā)生。因此，在這種場合，錨桿的使用，主要是加強拱腳附近和防止掌子面的崩塌為主。
3錨桿支護機理
3.1懸吊理論
所謂“懸吊”作用是指為防止個別圍巖掉落或滑落，用錨桿將其同穩(wěn)定圍巖聯(lián)結(jié)起來，這種作用主要表現(xiàn)在加固局部失穩(wěn)的巖體。
3.2圍巖強度強化理論
在軟土或松沙中，其強度小，錨桿相當于加固圍巖的粘聚力和摩擦角，對圍巖進行改良，綜合提高其物性參數(shù)。
3.3支撐圍巖
錨桿能限制約束隧道洞壁徑向變形，桿體向圍巖施加拉拔力，使得開挖后處于二維應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)向三維受力狀態(tài)，使得地最大應(yīng)力差(即剪應(yīng)力)減小，從而提高隧道穩(wěn)定性。
3.4組合拱理論
錨桿能把數(shù)層層狀巖體串連在一起，增大層間摩阻力，從而減小層間剪切錯動，相當于增強了節(jié)理剪切剛度，抑制層狀巖質(zhì)隧道的剪切滑移，最終增強圍巖穩(wěn)定性。
總之，要發(fā)揮支護效果的圍巖，必須滿足
(1)在節(jié)理裂隙發(fā)育的層狀圍巖中，錨桿要橫切不連續(xù)面改置，抑制其發(fā)生剪切滑移；
(2)錨桿和圍巖間要有適當?shù)腻^固力，防治其發(fā)生脫落、滑移；
(3)在連續(xù)性介質(zhì)，如軟巖或土砂中，在設(shè)置錨桿的范圍內(nèi)，并且?guī)в凶{性質(zhì)，提高其剪切強度。
4錨桿耐久性
4.1各國錨桿耐久性標準
目前國際上錨桿耐用年限還沒有統(tǒng)一標準，在歐洲，特別是北歐，與我們不同，錨桿和噴混凝土都是作為永久支護使用，多數(shù)場合都不做二次襯砌。例如挪威采用中空錨桿和脹圈式錨頭相結(jié)合及在鍍鉛層上再涂聚酯粉體的雙層涂裝構(gòu)造的錨桿，1983年建成第一座海底隧道。1987年提出CombiCoat(鍍鉛+環(huán)氧樹脂粉體涂層)1992年完成CT錨桿系統(tǒng)，投入市場，目前已經(jīng)有幾十座海底公路隧道使用這種錨桿。目前規(guī)格中，永久錨桿一般是用樹脂或水泥漿完全包住。
4.2錨桿變異及對策
(1)錨桿變異。隨著凈空位移的增大，一般發(fā)生墊板的褶曲、小變形：墊板的大變形、陷入；錨桿螺紋部或材料部分折斷。其主要是附著力不足主要表現(xiàn)在：因圍巖的強度不夠，與錨固材料之間發(fā)生滑動；因錨固材料的灌注量不足、流出，產(chǎn)生未填充部分。
(2)對應(yīng)措施。屬于圍巖原因時，探討擴大鉆孔直徑、加大附著面積等對策：屬于錨固材料原因時，要再次確認灌注量，提高錨固材料的附著力，不使用水泥類而改用樹脂類的錨固利料，或者采用摩擦型錨桿。
5錨桿商品化問題
我們在錨桿施工中，最大的問題是錨桿的商品化問題。可以說，在許多國家，錨桿已經(jīng)是一種商品。只要選擇合適，拿過來用就可以了。
而我國的錨桿，尤其是大規(guī)模交通建設(shè)局部，絕大多數(shù)是就地用鋼筋自制的。質(zhì)量得不到保證、施工工藝也不規(guī)范。錨桿支護效果得不到充分發(fā)揮，成為一種面子工程，甚至長錨桿短打。當然，也有一些商品化的錨桿開始工廠化的生產(chǎn)。但還沒有完全得到業(yè)主、設(shè)計和施工人員的認可。原因之一，就是商品錨桿的成本高。因此，大力降低錨桿制造成本，提高商品化速度，徹底改變錨桿施工的現(xiàn)狀，對于提高我國整體隧道使用壽命是必要的。
6結(jié)束語
錨桿作用機理隨著所處環(huán)境不同，表現(xiàn)形式多樣，且作用效果影響因素較多。在裂隙發(fā)育的中硬巖和硬巖中，主要是抑制與裂隙面平行或者直角方向的相對位移：在軟巖和土砂圍巖中，主要是控制隧道壁面徑向位移和圍巖內(nèi)部相對位移。因此，要作好錨桿支護工作，筆者認為需要進行以下幾方面的工作：
在不同地質(zhì)模型下，錨桿與圍巖相互作用模式如何：錨桿在隧道支護體系中到底發(fā)揮怎樣的作用：隨地層條件變化其適應(yīng)性及效果如何；承擔多少荷載；與噴砼及鋼架如何聯(lián)合工作：如何提高錨桿加固的效果及提高其耐久性方面等還不十分清晰。
總之，目前錨桿設(shè)計還處于半經(jīng)驗、半理論和工程類比階段，其原因主要是對復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道圍巖穩(wěn)定性缺乏系統(tǒng)的理論研究，尤其對錨桿的作用認識不足，設(shè)計時偏于安全考慮致使工程措施越來越保守，投資難以有效控制，仍然是需要進一步深入研究的內(nèi)容。
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