【摘 要】錨固劑組合現(xiàn)場試驗。試驗結(jié)果表明：隨著出水量的增加，超快速錨固劑越能發(fā)揮出其本身快速凝膠的優(yōu)勢，即當錨孔出水量處于中淋水區(qū)及以上時，采用3節(jié)超快速錨固劑為最佳；而當錨孔出水量處于弱淋水區(qū)時，宜采用“1超快速錨固劑+2中速錨固劑”；當為滴水區(qū)時，3節(jié)中速錨固劑即可充分發(fā)揮樹脂錨固性能。試驗結(jié)果對錨索施工具有重要指導(dǎo)意義，可有效提高主動支護預(yù)應(yīng)力錨索支護效果。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力錨索； 樹脂錨固劑； 水； 組合； 現(xiàn)場試驗

【中圖分類號】U455.7【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-11-15

［作者簡介］王東（1998—），男，碩士，研究方向為軟巖隧道中錨索預(yù)應(yīng)力損失與變化。

0 引言

隨著預(yù)應(yīng)力主動支護技術(shù)在木寨嶺公路隧道中的推廣應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力錨索可有效控制圍巖變形這一結(jié)論已得到廣泛認可［1-2］。但不同于煤礦巷道，交通隧道斷面大、使用壽命長［3］，這使得交通隧道對預(yù)應(yīng)力錨索的施工要求相應(yīng)更高，尤其當錨索錨固長度較長時，快錨存在錨固劑凝結(jié)硬化速度快使得人工不易控制的問題［4］，而慢錨對施工進度則有直接影響，故樹脂錨固劑的合理組合對錨索施工工效及作用效應(yīng)的影響至關(guān)重要。與此同時，在富水圍巖地段，水對樹脂錨固有顯著影響［5］，如薛亞東等［6］通過室內(nèi)試驗研究得出水可降低錨固粘結(jié)強度約7%，減少有效錨固長度約10%；張盛等［7］研究表明孔壁水的存在會使樹脂錨固力降低。為此，胡濱等［8］提出提高樹脂錨固劑防水性能、加大錨固長度等方法來保證樹脂錨桿支護效果；賈后省等［9］通過增設(shè)封堵導(dǎo)升裝置提高錨索錨固力；劉少偉等［10-11］通過室內(nèi)試驗研究了各類型樹脂錨固劑的最佳動力參數(shù)和固膠比。然而實踐工程中，關(guān)于有水情況下長錨索的樹脂錨固劑組合研究卻是極少的。因快速型樹脂錨固劑能夠在短時間內(nèi)完成凝膠固化，故考慮到水流對錨固劑的沖刷作用，一般建議采用快速型樹脂錨固劑，特別是當錨孔出水量較大時。但是，對錨固長度較長的樹脂錨索而言，采用凝膠時間（過）短的樹脂錨固劑，考慮到人工攪拌錨固的過程，存在難以有效保證錨固效果的不足。因此，研究有水情況下錨固劑合理組合具有重要意義。

綜上，本文以木寨嶺公路隧道為工程依托，結(jié)合不同錨孔出水量特征，開展適宜的錨固劑組合形式研究，將可明確不同錨孔出水量下的鳥籠樹脂錨索錨固劑最優(yōu)組合。

1 工程概況

木寨嶺特長公路隧道位于甘肅省中部定西市漳縣、岷縣交界處，是渭武高速公路建設(shè)中的控制性工程，隧道全長15.226 km。隧道主要穿越的二疊系下統(tǒng)（P1）炭質(zhì)板巖和斷層巖地層（圖1）具有擠壓性、流變性、膨脹性、遇水崩解性和工程擾動敏感性強等明顯的軟巖特點。實際施工中，開挖裸露圍巖多有潮濕滲水（圖2）。

主動支護所采用預(yù)應(yīng)力錨索類型為鳥籠錨索（圖3），鋼絞線直徑21.8 mm，長度為L-5 000 mm和L-10 000 mm兩種交替使用，鳥籠段長度（錨固段長度）為1 200 mm。鉆孔直徑為45 mm，端頭采用樹脂藥卷錨固劑進行錨固。

2 水對錨固性能的影響分析

由于環(huán)境水的存在，部分錨孔內(nèi)一直有水流出，如圖4所示。而水對預(yù)應(yīng)力錨索錨固性能的影響可以分為三部分：水對巖體力學(xué)特性的影響、水對錨固劑固化反應(yīng)的影響、水對錨固劑與巖體間界面黏結(jié)的影響，水作用示意如圖5所示。

2.1 水對巖體力學(xué)特性的影響

水對軟弱巖石及結(jié)構(gòu)面的物理化學(xué)作用會使得巖石抗剪強度降低，巖體整體穩(wěn)定性也會受到影響［12］，而作為錨固黏結(jié)的承載主體，巖體的力學(xué)特性發(fā)生變化，勢必會影響到錨索錨固性能。特別是炭質(zhì)板巖這種遇水易軟化的特性，在有水情況下，對錨索錨固性能有較明顯的不利影響。

2.2 水對錨固劑固化反應(yīng)的影響

樹脂錨固劑由不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑和其它輔料，按一定比例配制而成的粘稠狀錨固粘接材料，其固化黏結(jié)主要通過引發(fā)劑（俗稱固化劑）使單體引發(fā)產(chǎn)生自由基，所生成的自由基能引發(fā)不飽和聚酯和交聯(lián)劑的交聯(lián)固化反應(yīng)。而由于材料本身性質(zhì)，水對錨固劑固化反應(yīng)的影響也是由眾多因素［13-14］組成：水溶解部分固化劑使得固化反應(yīng)不完全、水與化合物混合不溶導(dǎo)致錨固體強度下降、水吸熱降低固化反應(yīng)速率、水量過大沖散錨固劑等等。

2.3 水對錨固劑與巖體間界面黏結(jié)的影響

水作用下樹脂錨固界面黏結(jié)強度會降低［15-16］，具體為水的潤滑作用會降低孔壁粗糙度，從而導(dǎo)致錨固體—巖體界面黏結(jié)系數(shù)減小，同時水流動會弱化界面黏結(jié)效應(yīng)，兩者作用都不利于錨固黏結(jié)界面的穩(wěn)定形成，最終表現(xiàn)為錨索錨固性能下降。

3 錨固劑組合試驗方案

由于水對錨固性能影響因素過多且相互交結(jié)，同時不同類型錨固劑凝膠時間與攪拌時間有所不同，而錨索攪拌施工時屬于邊推進邊攪拌，前端錨固劑率先接觸錨索，其受攪拌時間、固化時間均長于后端錨固劑，所以難以對錨固劑合理組合進行微觀量化分析。故本次試驗主要從宏觀角度進行研究，分析鉆孔中不同流水量下鳥籠樹脂錨索錨固劑合理組合。

3.1 錨孔水量分級

根據(jù)煤礦巷道頂板出水量分級標準，結(jié)合隧道相關(guān)規(guī)范，劃分單孔出水量分區(qū)如表1所示，典型實景如圖6所示。錨孔出水量的測試：當錨索錨孔內(nèi)有明顯淋水時，將10 L量筒置于水流下方，同時使用（手機）秒表記錄水流流入量筒的時間，讀取量筒水量讀數(shù)，從而計算流水量。

3.2 錨固劑組合工況

鑒于鳥籠段錨固長度為1.2 m，試驗采用錨固劑為普通型CKa3540樹脂錨固劑（超快速錨固劑，顏色標識為黃）和普通型Z3540樹脂錨固劑（中速錨固劑，顏色標識為白）進行組合試驗，設(shè)有4種工況，如圖7所示。同時超快速錨固劑凝膠時間為8～25 s，等待安裝時間為10～30 s；中速錨固劑凝膠時間為91～180 s，等待安裝時間為480 s。試驗過程中控制攪拌轉(zhuǎn)速為300 r/min，扭矩不小于40 N·m，各工況攪拌時間控制為（a）15 s、（b）18 s、（c）20 s、（d）25 s。

4 試驗結(jié)果與分析

試驗在滴水區(qū)、弱淋水區(qū)、中淋水區(qū)分別成功開展3次，獲取錨固力數(shù)據(jù)如圖8所示。

如圖8所示，不同出水量、不同錨固劑組合的錨固效果差異明顯。當出水量位于滴水區(qū)時，采用3節(jié)中速錨固劑的錨固效果超過其余組合；當出水量位于弱淋水區(qū)時，不同錨固劑組合的錨固效果無明顯差異，錨固力最高為“1超快+2中速”錨固劑組合；當出水量位于中淋水區(qū)時，采用三節(jié)中速錨固劑的錨固效果最差，并隨采用的超快速錨固劑增多，錨固力提升，至采用3節(jié)超快速錨固劑時，錨固效果最佳。同時，隨著錨孔出水量的增加，中速錨固劑組合的錨固劑降幅明顯偏大，而超快速錨固劑組合所受影響較小，這也意味著水量越大，超快速錨固劑越能發(fā)揮出其本身快速凝膠的優(yōu)勢。但是在弱淋水情況以下，超快速錨固劑攪拌推進過程中操作不易控制的不足也比較明顯。

綜上，錨孔出水量處于滴水區(qū)時，應(yīng)采用3節(jié)中速錨固劑；當錨孔出水量處于弱淋水區(qū)時，應(yīng)采用“1超快+2中速”錨固劑；當錨孔出水量處于中淋水區(qū)及以上時，應(yīng)采用3節(jié)超快速錨固劑。

5 結(jié)論

（1）通過錨孔出水量將圍巖劃分為滴水區(qū)、淋水區(qū)（弱、中、強）、涌水區(qū)，建立起錨孔出水量分級，并以此為前提，進行不同水量下鳥籠樹脂錨索錨固劑組合試驗。試驗結(jié)果表明：隨著錨孔出水量的增加，超快速錨固劑越能發(fā)揮出其本身快速凝膠的優(yōu)勢。但是在弱淋水情況以下，超快速錨固劑攪拌推進過程中操作不易控制的不足也比較明顯。

（2）對鳥籠錨索而言，在錨固長度為1.2 m時，不同水量下錨固劑最優(yōu)組合為：當錨孔出水量處于中淋水區(qū)及以上時，采用3節(jié)超快速錨固劑為最佳；而當錨孔出水量處于弱淋水區(qū)時，宜采用“1超快速錨固劑+2中速錨固劑”；當為滴水區(qū)時，3節(jié)中速錨固劑即可充分發(fā)揮樹脂錨固性能。

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