管缝式锚杆在关口地下厂房中的应用

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1、管缝式锚杆在关口地下厂房中的应用龚爱民　　摘要　管缝式锚杆是一种全长摩擦式锚杆,但多数限于临时支护与各类巷道支护，用于水电站地下厂房不多见。结合云南省昭通关口电站地下厂房喷锚支护，就管缝式锚杆的结构、支护原理、受力条件、适应条件及支护的可靠性和存在的问题作了论证。　　关键词　管缝式描杆　地下厂房　喷锚支护1　工程概况　　关口电站位于云南省昭通境内，装机为2×5000kW，设计水头250m,电站厂房为地下厂房，其主副厂房设计面积为35m×10m，最大高度19.7m，采用新奥法设计与施工。　　厂房所在洞室均置于二叠系栖霞茅口组(P1g+m)地层内，

2、岩性为深灰黑灰色中厚层块状岩，岩性单一，岩层产状156°～167°，倾角20°～22°，其走向与厂房长轴方向交角较大，为70°～88°，该区灰岩抗压强度61.8～63.2MPa，软化系数为0.71～0.74。单位弹性抗力系数为50～80MPa.cm-1，弹性模量为(11.7～13.2)×104MPa，坚固系数为5～7。洞室埋深约105m，由于灰岩强度高，岩体基本上呈块状整体结构，节理多闭合，因此其成洞地质条件及稳定性较好。　　厂房在进行支护设计时，充分考虑了施工能力，质量措施，特别是进度要求，决定采用管缝式锚杆与喷混凝土联合支护，进洞部分采用喷

3、锚网联合支护。实践证明，应用管缝式锚杆其施工速度快，质量容易保证，取得了较好的经济效益。2　管缝式锚杆　　管缝式锚杆是用2～2.5mm厚的高强度、高弹性合金钢板卷制而成的一种空心可压缩弹性钢管，沿轴向全长开有一长缝，后端焊有直径为Φ8～10mm的环形钢挡箍，以挡住托板，前端为锥体形状，起导向作用，以便推进钻孔内。一般管缝宽度14～16mm。管径应视围岩性质与钻孔直径来定，一般说来，孔径与管径差(即孔径差)越大，锚固力也越大，但安装也越困难。管缝式锚杆如图1所示。　　　　　图1　管缝式锚杆剖面图(单位：mm)1-托板　　2-钢挡箍　3-锚杆体　　

4、管缝式锚杆是一种新型全长摩擦式锚固锚杆，在力学上综合了端头锚固锚杆和非预应力粘结式锚杆的特点。其工作原理和力学特征为如下。2.1　锚杆使围岩处于近似三维应力状态　　安装锚杆时，采用风钻配合专用连接套，冲击打入一个比锚杆直径小2～3mm的钻孔，受孔壁的约束，管径缩小由此产生环向压缩变形，从而对孔壁产生径向弹性张力，紧紧挤压孔壁，使杆体与孔壁间产生轴向摩擦力，从而形成锚固力。同时末端托板紧压孔口岩壁，对孔口周围岩石形成支承抗力，此抗力随洞室径向变形而逐渐增大。这样在全长孔壁上的抗力与孔口围岩支承抗力共同作用下，锚杆周围的围岩处于纵向、环向、轴向三维

5、应力状态。如图2所示。对于圆形洞室若布置径向系统锚杆，则可把一定深度内的围岩加固成压力拱圈，即所谓的“承载环”，从而提高岩体的力学强度，保证围岩稳定。　　　　图2　锚杆使围岩处于三维应力状态2.2　初锚力高，其锚固力随时间而增加　　管缝式锚杆打入后因受孔壁约束而产生支护抗力，其初锚力在40～50kN/m，为早期有效地控制围岩变形创造了有利条件。　　管缝式锚杆是靠自身径向变形产生张力后，全长均匀作用在钻孔壁上，由此产生静摩擦而获得强大的锚固力。在下面条件中锚杆的锚固力随着时间增加而增加：　　(1)岩层发生剪切位移及其他外力冲击时，锚杆发生扭曲变形

6、，从而锚固力加强。　　(2)岩层位移发生钻孔收缩时，锚杆被压缩，其径向变形增大时，锚杆的径向抗力不断增强。　　(3)受介质轻微腐蚀时，锚杆表面粗糙度增大，摩擦力相对增加，锚固力增大。2.3　管缝式锚杆的让压作用可简化适时支护所需的量测工作　　从所周知，适时支护是喷锚支护设计与施工的关键环节，支护时间过早会使支护承受过大的“变形压力”；过迟则围岩松弛过度，岩体强度下降。因此，洞室开挖后必须进行一系列的量测，以掌握围岩动态，确定适时支护时间。由于管缝式锚杆与孔壁是摩擦接触，当锚杆与钻孔之间产生的剪力超过摩擦阻力时，锚杆与孔壁之间可产生一定滑动，起到

7、让压作用，但仍不丧失锚固力。因此实际施工时可提前支护时间，以便锚杆产生让压作用，使锚杆不承受过大的变形压力。3　关口电站地下厂房的喷锚设计与施工　　根据《岩石地下建筑技术措施》中的评定标准，并从工程地质条件来看，认为该洞室围岩稳定性较好。在开挖过程中，由于受节理裂隙、爆破及机械振动的影响，加之开挖后应力重新分布，局部地方有危岩及松动掉块，且洞室位于地下水位附近，因此施工设计时主、副厂房采用喷锚，进洞部分采用喷锚网联合永久支护。3.1　喷锚支护参数的确定　　根据工程实际勘测，应用工程类比方法并结合实际施工能力确定喷锚支护参数如下：　　锚杆：采用管

8、缝式锚杆，外径40mm，壁厚2.5mm，长2.5～3.0m。系统锚杆平面布锚均采用梅花形，间距与排距取值：顶拱1.0m×1.0m，边墙1.5m×1.5