破碎围岩巷道支护：锚固与注浆加固技术的有效结合

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在节理、层理、裂隙等结构面十分发育的破碎煤岩体中开挖隧道时，围岩自稳时间短，破碎范围大，变形剧烈。若单独采用锚杆支护，由于围岩破碎，锚杆与围岩的粘结力弱，锚固力低，锚杆的力学性能不能充分发挥，难以有效控制围岩变形。另外，对于地应力高、采动影响强的隧道，隧道开挖后围岩会产生明显的脱层、滑移，原有裂缝张开，出现新的裂缝，导致围岩松散破碎，破坏范围大，变形剧烈。对此类隧道进行二次加固或维修时，单独采用锚杆支护很难达到良好的支护效果。锚固与注浆加固技术的有机结合是解决破碎围岩隧道支护的有效途径。

注浆现场图

锚杆与注浆都是隧道围岩加固的基本形式，锚杆注浆加固技术是以锚杆作为注浆管，对隧道围岩进行注浆，一方面可以加固隧道周边破碎岩体，提高围岩的自承载能力；另一方面可以改善破碎岩体的结构和力学性质，为锚杆提供基础，提高锚固力，最大限度发挥锚杆的支护作用。

注浆原理示意图

注浆锚杆按杆体材质可分为金属杆和玻璃纤维等非金属杆；按注浆锚杆表面形状有光面圆杆和螺纹杆；按注浆与锚固结合方式可分为普通注浆锚杆、内锚外注注浆锚杆和外锚内注注浆锚杆；按注浆压力控制方式可分为一般注浆锚杆和可控压力注浆锚杆。另外，注浆锚杆杆体可为单根，也可通过连接套连接而成。

1.普通注浆锚杆

常用的注浆锚杆的杆体是用钢管（一般为焊管）制成，上面有螺纹和小孔，如图所示。螺纹用来安装支撑板和螺母，小孔用来注浆。注浆可用注浆塞止浆，也可用快硬水泥卷、水泥水玻璃胶泥等胶结材料止浆。该类锚杆结构简单，成本低，但不能施加预应力，注浆压力不能控制。

普通注浆锚固示意图

2.可控压力注浆锚杆

如图所示，控制压力注浆锚是山东科技大学研制的一种注浆锚。这种锚由杆体（无缝钢管或焊管）、注浆压力控制机构、端部楔块、注浆塞、支撑板和螺母组成。这种锚的最大特点是可以控制注浆压力，从而提高注浆效果。同时端部楔块可以提供一定的锚固力，施加一定的预应力。它的缺点是结构相对复杂，成本较高。

可控压力注浆锚杆

3.内锚外注浆锚杆

内锚外注浆锚栓是在普通注浆锚栓端部增加的一种锚固结构。锚栓由锚固段、注浆段和封堵段组成。锚固段端部可用水泥卷筒或树脂卷筒锚固，也可采用倒楔式机械锚固，既可增加锚栓的锚固力，又可施加预应力；注浆段上开设若干注浆孔，用于注浆；封孔采用橡胶圈（软木或速凝剂）配合喷射混凝土实现。

支护初期，锚杆采用普通端部锚杆，当隧道围岩变形达到一定值，即隧道周围形成一定范围的松散破碎带时，对围岩进行注浆，不仅可以减轻隧道围岩压力，而且注浆也比较容易，从而达到最佳支护效果。同时，锚杆安装与注浆分两个过程进行，互相不干扰，不影响隧道开挖速度。

内锚外注浆锚杆示意图

4.外锚固、内注浆锚杆

外锚内注浆锚杆结构如图所示。该类锚杆采用空心快硬水泥卷封孔，可根据围岩裂隙发育程度调整封孔长度。由于封孔长度大且可调，能有效防止高压注浆时浆液从围岩裂隙中漏出。同时封孔锚杆集封孔、锚固于一体，实现了封孔、锚固一体化。

外锚内注浆锚杆示意图

5.注浆锚索

采用注浆锚固的锚索，在锚固锚索的同时，可以控制注浆参数，起到注浆加固的作用。煤炭科学研究总院在小孔径树脂锚固预应力锚索的基础上，研制出了一种新型小孔径树脂与注浆联合锚索。这种锚索兼具树脂端锚索和注浆锚索的优点。锚索采用单根钢绞线，配有注浆管和排气管。先用树脂锚固剂搅拌锚索，使端部锚固。树脂端锚固后，施加预紧力，使锚索及时承受荷载。树脂端锚固后，实施水泥注浆，锚固全长。同时通过控制注浆压力、注浆量和时间，使浆液渗透到钻孔周围煤岩中，达到注浆加固的目的。锚索钻孔直径为28～32mm。 施工采用单锚钻机和便携式注浆泵，施工速度很快。树脂与注浆组合锚索适用于服役时间较长的大型隧道、掩体、矿区集中巷道，以及破碎围岩需要注浆加固的场合。

注浆锚索示意图

6.钻锚注浆加固技术

钻锚注浆加固技术集钻孔、注浆、锚固三种功能于一体。在井下使用时，第一步，锚杆作为钻杆使用，锚杆杆体头部装有钻头，尾部用连接件与钻机连接。第二步，锚杆作为注浆管使用，用注浆连接套代替钻机连接套，锚杆像传统的注浆管一样，将树脂、水泥浆等输送入钻孔内，实施全长或延长锚固。钻锚注浆锚杆由空心杆体、一次性钻头、连接套、支撑板和螺母组成。

钻孔锚固示意图

1. 钻锚主要特点

1）钻孔锚注浆锚杆集钻杆、注浆杆、锚杆于一体，施工工艺简单。普通注浆锚杆在破碎岩体中施工，必须先用特制钻杆钻孔，为防止孔塌，在钻孔过程中必须下套管，再下入锚杆，最后进行注浆，这使得施工工序复杂，耗时较长。而钻孔锚注浆锚杆本身就是一根前端带有一次性钻头的钻杆，钻孔后不需要拔出，直接进行注浆，有时对非常破碎的岩体，可边钻孔边锚固。

2）钻孔锚栓强度高，与注浆材料粘结性强。钻孔锚栓是用普通钢材制成的空心螺栓，表面有粗螺纹。由于杆体为空心螺纹钢管，抗弯、抗剪强度及表面粘结强度远大于相同截面积的实心钢筋。

3）钻孔锚固可保证锚杆充分注浆，并可实现高压注浆，使浆液充满岩石裂缝。利用锚杆的中空部分作为注浆通道，使浆液从孔底向孔口呈环状灌注，确保环形空间和岩石裂缝充分填充。另外，在螺纹杆体上拧入螺纹塞，将孔口堵住，可实现高压注浆。

4）可根据施工需要任意截取长度、随意连接。钻锚栓螺纹连续，可随意延长或缩短，便于小型钻机在狭窄隧道内施工，也便于在各种困难条件下分段连接。

2 钻锚适用条件

钻孔锚杆的适用范围是：在松散的岩层中，或由于岩层十分破碎，或在断层泥浆中，钻出稳定的孔眼十分困难，无法实行先钻孔后安装锚杆的施工工艺。在煤矿中，这种情况主要表现在以下几个方面：

（1）沿空掘进。现行沿空掘进中，通常会留有3～5m的小煤柱，很多情况下小煤柱十分破碎，给锚杆支护施工带来很大困难，有的甚至在钻杆拔出后钻孔坍塌，无法安装。

（2）开挖面穿越断层或破碎带，在这种条件下，一旦隧道顶板暴露，就有可能塌方，必须提前对围岩进行加固，由于围岩破碎程度很高，普通锚杆的安装难度很大。

（3）隧道底鼓控制。隧道底鼓控制一直是隧道支护的一大难题。由于底板钻孔困难，隧道底鼓问题长期得不到解决。钻锚注浆加固技术是有效的手段。

（4）破碎围岩隧道修复。需要修复的隧道一般破损面积较大，围岩松散破碎，钻孔困难，适宜采用钻孔锚固和注浆锚杆加固。