摘要：云桂鐵路云南段長大隧道、高風(fēng)險隧道眾多，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，本文針對不良地質(zhì)地段，利用玻璃纖維錨桿的特性，對掌子面前方的待挖巖體進行預(yù)加固，對于隧道開挖后的圍巖穩(wěn)定和施工安全性有較大提高。
隧道洞室穩(wěn)定狀態(tài)分析
巖體是在長期自然地質(zhì)條件下形成的，它與某些人為的建筑材料有許多根本不同的特性。這些地質(zhì)特性可以歸納為幾個方面，即巖體是處于一定天然應(yīng)力環(huán)境中的地質(zhì)體；巖體由各種裂面或軟弱結(jié)構(gòu)面所分割；巖體由于形成時的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征而往往具有各向異性；由于物質(zhì)來源和形成環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致巖體的不均勻性；巖體由于自然地質(zhì)因素的影響而具有可變性。巖體的初始應(yīng)力，主要是由于巖體的自重和地質(zhì)作用引起的。因此，它與巖體本身的特性和地質(zhì)構(gòu)造特征有關(guān)系。
在洞室開挖以前，圍巖處于初始應(yīng)力狀態(tài)，它通常總是穩(wěn)定的。開挖以后，地應(yīng)力自我調(diào)整，且出現(xiàn)相應(yīng)位移。這時，如果其應(yīng)力水平及位移小于巖體的強度及允許值，那么巖體處于彈性狀態(tài)，仍是穩(wěn)定的。一般說，無須施作支護結(jié)構(gòu)來增加整個體系的支撐能力。反之，圍巖的一部分出現(xiàn)塑性以至松弛，就要適時修筑支護，給圍巖以反力并約束其自由位移。
玻璃纖維錨桿預(yù)加固原理
使用玻璃纖維注漿錨桿對隧道掌子面正前方待挖巖體進行預(yù)注漿加固，由于玻璃纖維錨桿注漿是錨注一體工藝，則被加固巖體會因管材的錨固作用而形成一個整體，對待挖巖體提供約束反力，抑制其變形，提高了抗側(cè)壓能力；同時改善了圍巖的特性；在掘進過程中能及時在開挖輪廓線上方形成自穩(wěn)拱，壓力拱效應(yīng)能夠正常發(fā)揮。對于不良地質(zhì)地段解決掌子面、拱部巖體穩(wěn)定的問題和隧道進洞控制地表下沉有較明顯的效果。
玻璃纖維錨桿錨桿預(yù)加固主要利用桿體的強度高、易挖除的特點，在隧道通過不良地質(zhì)地段，對掌子面巖體進行預(yù)加固，可以提高施工安全和施工效率。
玻璃纖維錨桿主要成分為玻璃纖維增強聚合物，材料性能取決于纖維和聚合物的類型及斷面形狀等，力學(xué)特點如下：
（1）抗拉強度高，抗剪和抗扭強度低，可機械挖除。對于隧道不宜爆破地段十分有利。
?。?）桿體全段錨固，錨注結(jié)合，提供錨固力的同時也加固了錨桿周圍巖體。
(3)強度高、重量輕。高性能的玻璃纖維錨桿的抗拉強度可達到鋼質(zhì)錨桿的1.5倍；重量為同種規(guī)格鋼質(zhì)錨桿的1/4-1/5。
?。?）安全性好。防靜電、阻燃、高度抗腐蝕、耐酸性、耐低溫；滿足地下工程安全生產(chǎn)要求。
通過本工程材料基本的材料力學(xué)試驗，抗拉強度大于530MPa，抗剪強度100～110MPa，
從試驗結(jié)果看，玻璃纖維錨桿是一種脆性材料，材料線彈性關(guān)系明確，抗拉強度高，抗剪強度低。
錨桿構(gòu)造
玻璃纖維注漿錨桿主要由兩個部分組成：第一部分為玻璃纖維屬性的加強錨固構(gòu)件。第二部分為注漿管路構(gòu)件，注漿管內(nèi)可套入止?jié){塞進行定向定域注漿。
施工方法對比
1、傳統(tǒng)施工方法
當(dāng)隧道掘進過程中遇到大規(guī)模的不良地質(zhì)段（如：淺埋段、斷層或軟弱地層等），以往控制掌子面圍巖穩(wěn)定的做法是多采用通過預(yù)留核心土來平衡體掌子面土壓力；或者施作超前支護（超前錨桿、小導(dǎo)管、大管棚）；或采用分部開挖，或幾種方法綜合，用以減少和控制掌子面的巖體壓力及變形。此施工方法干擾大，施工進度慢，工作效率低，一定程度上影響隧道的機械化施工。
2、玻璃纖維錨桿施工方法
?。?）隧道進洞和不良地質(zhì)段施工
沿隧道走向施工玻璃纖維錨桿，每兩個開挖施工循環(huán)施作一次玻璃纖維錨桿，對掌子面預(yù)加固。經(jīng)加固后的巖體開挖可采用全斷面或二臺階開挖方式，提高工程進度，降低施工風(fēng)險。
3、軟弱圍巖（或土質(zhì)）地段
通過小導(dǎo)洞對不良地質(zhì)段進行徑向注漿，使隧道周圍圍巖得到改良，然后再進行斷面擴挖的施工工藝。
玻璃纖維錨桿的現(xiàn)場應(yīng)用
1、技術(shù)參數(shù)確定
(1）錨桿選型
已知錨桿抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，則錨桿軸向拉力設(shè)計值為
N=Afptk/K
式中：N-錨桿軸向拉力設(shè)計值(KN)；
A-錨桿有效面積(mm2)；
fptk-錨桿抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)；
K-設(shè)計安全系數(shù)，取1.6 。
注：式中A、f可在項目前期參照錨桿技術(shù)資料并經(jīng)檢驗試驗確定。
(2）錨固段長度
按下列公式計算，取數(shù)值較大者。
La=KNt/πDqr(mm2)
La=KNt/πdqs
式中：La-錨固段長度（mm）；
Nt-錨桿軸向拉力設(shè)計值(KN)；
K-安全系數(shù)；
D-錨固體直徑(mm)；
d-錨桿體直徑(mm)；
qr-水泥結(jié)石與巖石孔壁間的粘結(jié)強度設(shè)計值，取0.8倍標(biāo)準(zhǔn)值；
qs-水泥結(jié)石與錨桿體之間粘結(jié)強度設(shè)計值，可由下式確定或取0.25-0.35。
qs=α（fc）β
式中α為常系數(shù)，取3.3；
fc為混凝土抗壓強度；
β為指數(shù)，取0.3。
2、玻璃纖維錨桿現(xiàn)場應(yīng)用
?。?）錨桿參數(shù)
在云桂鐵路某隧道進洞段和不良地質(zhì)段，采用φ25玻璃纖維錨桿，長度6米/根·循環(huán)，間距1.2×1.2(m)，注水泥漿液，強度30MPa。延隧道縱向搭接不宜小于2m。
?。?）玻璃纖維錨桿注漿參數(shù)
注漿材料普通水泥單液漿結(jié)合普通水泥—水玻璃雙液漿。漿液配比，普通水泥單液漿：W：C=（0.6～0.8）：1；普通水泥-水玻璃雙液漿W：C=1：1，C：S=1：1。
注漿壓力2～3MPa。
（3）玻璃纖維錨桿施工工藝
采用地質(zhì)鉆機成孔，安設(shè)玻璃纖維注漿錨桿后，通過注漿管進行注漿，達到穩(wěn)定工作面作用。
玻璃纖維錨桿在施工前需要采用噴射混凝土封閉工作面，厚5～10cm，然后引孔安設(shè)玻璃纖維錨桿，玻璃錨桿布設(shè)基本和隧道軸線方向一致。當(dāng)?shù)貙榆浫醺凰疅o法成孔時需采取套管跟進成孔，通過套管下入玻璃纖維錨桿到設(shè)計位置，再退出套管，進行玻璃纖維錨桿注漿作業(yè)。
?。?）機械設(shè)備人員
?。?）施工監(jiān)測
針對玻璃纖維錨桿主要開展以下監(jiān)測項目.
地表沉降
布設(shè)地表沉降觀測點，每斷面布置9各點，測點間距5米，各斷面縱向間距不大于5m。各測點采用混凝土包裹穩(wěn)定可靠。結(jié)合施工情況分析地表沉降規(guī)律。
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主要測試地層內(nèi)部變位情況。每個監(jiān)測斷面布設(shè)2個監(jiān)測孔，孔深15米。結(jié)合施工情況分析地層分層沉降規(guī)律。
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通過繪制地中水平位移曲線，對玻璃錨桿對地層的穩(wěn)定效果進行評價。主要測試隧道開挖引起前方土體的水平變位情況。監(jiān)測斷面和地中垂直位移斷面一致，每個監(jiān)測斷面布設(shè)2個監(jiān)測孔，孔深15米。
質(zhì)量保證措施
（1）開孔按照設(shè)計位置，偏差控制在±10cm。
?。?）當(dāng)?shù)貙榆浫踺^難成孔時，應(yīng)采用套管跟進，通過套管下入玻璃纖維錨桿，確保錨桿下到設(shè)計深度。
?。?）玻璃錨桿安設(shè)完成退鉆后，應(yīng)進行孔口密封，并立即進行注漿防止因排砂，排水引起地表沉降加劇，確保玻璃纖維錨桿的錨固力。
?。?）保證玻璃纖維錨桿安設(shè)滿足設(shè)計密度要求，不可以隨意減少設(shè)計數(shù)量。
?。?）注漿材料要求必須滿足質(zhì)量要求，不可使用失效或過期材料。
（6）配制漿液嚴(yán)格按照制漿要求按順序投料，不得隨意增減數(shù)量；為避免水泥漿中有雜物而引起堵管，在儲漿桶上安設(shè)濾篩對拌制的漿液進行過濾。
?。?）鉆孔注漿時，值班工程師應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整注漿參數(shù)和注漿工藝，嚴(yán)格控制結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，保證注漿質(zhì)量和效果。
結(jié)論
針對云桂鐵路地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多變、巖溶發(fā)育、不良地質(zhì)隧道眾多的特點，我們加強TSP203超前地質(zhì)預(yù)報、超前水平鉆、地質(zhì)雷達等超前地質(zhì)預(yù)報手段，探明隧道前方的地質(zhì)情況，在隧道開挖前采用玻璃纖維錨桿預(yù)加固措施，對于控制巖體穩(wěn)定性、隧道塌方有良好的效果，確保了施工安全。
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