玻璃纖維錨桿技術(shù)

1、玻璃纖維注漿錨桿技術(shù)1、前言近年來(lái)，隨著地下工程的大量建設(shè)，機(jī)械化施工程度不斷提高，新技術(shù)、新工藝陸續(xù)被國(guó)內(nèi)眾多工程所采用。玻璃纖維注漿錨桿作為國(guó)內(nèi)新引進(jìn)的隧道“新意法”施工工法的配套技術(shù)已受到隧道工程界的廣泛關(guān)注。玻璃纖維注漿錨桿的主要組成為玻璃纖維增強(qiáng)聚合物，材料的性能取決于纖維和聚合物的類(lèi)型及橫斷面形狀等，所以玻璃纖維材料的性能具有靈活多變的特點(diǎn)，能適合不同工程的特殊要求。玻璃纖維注漿錨桿具有以下特點(diǎn)：1.可挖除。地下工程中采用玻璃纖維注漿錨桿預(yù)加固后的地段，開(kāi)挖機(jī)械（盾構(gòu)機(jī)、單臂掘進(jìn)機(jī)、銑挖機(jī)等）可直接挖除通過(guò)，為實(shí)現(xiàn)隧道的機(jī)械化高效施工提供了可靠保證；2.桿體全段錨固，錨注結(jié)合。玻璃

2、纖維錨桿配合分段注漿管注漿，不但為桿體全段提供錨固力，同時(shí)加固了桿周巖體；3.強(qiáng)度高、重量輕。高性能的玻璃纖維錨桿的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到鋼質(zhì)錨桿的1.5倍；重量為同種規(guī)格鋼質(zhì)錨桿的1/41/5；4.安全性好。防靜電、阻燃、高度抗腐蝕、耐酸堿、耐低溫等優(yōu)點(diǎn)；滿(mǎn)足地下工程安全生產(chǎn)的要求。 2、玻璃纖維錨桿的性能測(cè)試 對(duì)玻璃纖維錨桿的玻璃纖維條片進(jìn)行基本的材料力學(xué)試驗(yàn)。（1）抗拉強(qiáng)度測(cè)試玻璃纖維條片具有較大的抗拉強(qiáng)度，試驗(yàn)參考了美國(guó)ACI440.3R04【3】中的相關(guān)試驗(yàn)方法。試驗(yàn)內(nèi)容：考慮實(shí)際的工程需要，分別選取8種型號(hào)的玻璃纖維條片試件，長(zhǎng)度45cm，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)：試驗(yàn)方法：取長(zhǎng)度45cm的玻璃纖維條

3、片，在符合國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（CSSWAW500DL）上進(jìn)行，并且記錄桿體破壞時(shí)的抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。 玻璃纖維條片抗拉試驗(yàn)結(jié)果表 表1規(guī)格寬（mm）厚（mm）截面積（mm2）極限荷載（KN）抗拉強(qiáng)度（MPa）極限應(yīng)變FL20520510057.55752.50%FL30530515084.55632.40%FL3073072101185622.37%FL404404160895562.50%FL4084083201775532.40%FL401040104002115282.30%（2）剪切強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)內(nèi)容：取以下8種型號(hào)的玻璃纖維條片試件，長(zhǎng)度10cm。試驗(yàn)方法：取長(zhǎng)度10

4、cm的玻璃纖維條片，在符合國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行剪切試驗(yàn)，記錄條片破壞的剪切強(qiáng)度。試驗(yàn)中各玻璃纖維條片式件的剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。 玻璃纖維錨桿剪切試驗(yàn)結(jié)論表 表2規(guī)格寬（mm）厚（mm）截面積（mm2）極限荷載（KN）剪切強(qiáng)度（MPa）FL20520510010.5105FL30530515015.75105FL30730721022.6108FL40440416016100FL40840832035109FL4010401040045113（3）扭矩測(cè)試 許多注漿錨固工程對(duì)注漿管扭矩有一定的要求，利用剪切扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)玻璃纖維條片進(jìn)行扭矩測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果見(jiàn)表3。玻璃纖維錨桿扭矩試驗(yàn)

5、結(jié)論表 表3規(guī)格扭矩（Nm）規(guī)格扭矩（Nm）FL20535FL40437FL30530FL401049FL30734FL401555從試驗(yàn)結(jié)果我們可以得出，玻璃纖維錨桿是一種脆性材料。材料的線彈性關(guān)系明確，材料的抗拉強(qiáng)度高（與同面積的鋼材抗拉強(qiáng)度相當(dāng)），抗剪和抗扭強(qiáng)度低。3、玻璃纖維注漿錨桿的構(gòu)造玻璃纖維注漿錨桿主要由兩個(gè)部分組成：第一部分為玻璃纖維屬性的加強(qiáng)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(jìn)行定向定域注漿。具體如下圖所示：a 三片件 b 兩片件圖1、玻璃纖維錨桿結(jié)構(gòu)剖面圖 圖2 玻纖注漿管示意圖 圖3 玻纖注漿錨桿組合構(gòu)造圖4、玻璃纖維錨桿的應(yīng)用范圍玻璃纖維注漿錨桿主要

6、應(yīng)用在施工難度較大的機(jī)械化施工工程（如：城市地鐵、過(guò)河隧道、超淺埋隧道等）中的土體錨固改良，易挖除性是玻璃纖維錨桿優(yōu)越于鋼質(zhì)注漿管的主要特點(diǎn)之一，使之適用于TBM、盾構(gòu)等機(jī)械化施工而不會(huì)損壞刀具?？梢詰?yīng)用在以下幾個(gè)方面：（1）配合隧道“新意法”施工，超前預(yù)支護(hù)加固隧道掌子面當(dāng)隧道掘進(jìn)過(guò)程中遇到大規(guī)模的不良地質(zhì)段（如：溶洞、斷層等）或下穿江河、高樓等物體時(shí)，傳統(tǒng)的方法是孔口前進(jìn)式分段注漿或鉆桿內(nèi)水平后退注漿，然后施作管棚，最后分部開(kāi)挖通過(guò)，根據(jù)工程難度不同，分部多少不一，有些工程分部達(dá)8部之多，施工進(jìn)度慢，工作效率低。如果隧道采用“新意法”施工，使用玻璃纖維注漿錨桿對(duì)隧道掌子面正前方進(jìn)行預(yù)注漿加

7、固，則加固后可采用全段面法開(kāi)挖通過(guò)，提高工程進(jìn)度，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。兩種工藝的對(duì)比如下圖4、圖5所示。 a 傳統(tǒng)施工方法超前預(yù)加固 b 分部開(kāi)挖圖4 隧道傳統(tǒng)的預(yù)注漿加固與開(kāi)挖示意圖a 玻璃纖維錨桿注漿加固 b 機(jī)械全斷面開(kāi)挖圖5 采用玻璃纖維錨桿注漿加固與開(kāi)挖示意圖（2）作為隧道盾構(gòu)機(jī)始發(fā)井的抗側(cè)壓無(wú)金屬加固墻過(guò)去十幾年間，用盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖的隧道逐漸增多，這種方法一個(gè)很大的問(wèn)題就是始發(fā)井的安全。始發(fā)井經(jīng)常建造得非常深(通常在2040米以下)，且開(kāi)挖斷面較大，背后土壓及水壓也很大，需要在始發(fā)井周?chē){加固，以形成抗側(cè)壓圍護(hù)結(jié)構(gòu)，來(lái)保證隧道的安全。采用傳統(tǒng)注漿方法加固的土體，由于土的分層性，往往使注入的

8、漿液形成漿脈也成層狀分布，上下層之間聯(lián)結(jié)力小，自穩(wěn)拱形成的地方距隧道斷面較高，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中承受上層土壓力較大，則極易造成盾構(gòu)方向偏移等安全隱患。由于玻璃纖維錨桿注漿是錨注一體工藝，則被加固土體會(huì)因管材的錨固作用而形成一個(gè)整體，在掘進(jìn)過(guò)程中能及時(shí)在開(kāi)挖輪廓線上方形成自穩(wěn)拱，有效的遏制地層對(duì)盾構(gòu)機(jī)的壓力，控制地表下沉，提高工程施工的安全性。采用玻璃纖維錨桿工藝進(jìn)行注漿加固，因?yàn)樵谧{土體中嵌入玻璃纖維構(gòu)件的錨固效應(yīng)將大大提高土體的抗側(cè)壓能力，將會(huì)使盾構(gòu)始發(fā)井周?chē)庸堂娣e大大減小，從而減小始發(fā)井維護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度。如下圖所示： a 采用普通注漿方法加固 b 采用玻璃纖維錨桿工藝加固圖6 不同注漿工

9、藝盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)自穩(wěn)拱形成位置及效果對(duì)比圖 a 采用普通注漿方法加固始發(fā)井 b 采用玻璃纖維錨桿工藝加固始發(fā)井圖7 注漿加固面積對(duì)比圖（3）隧道TBM超前小導(dǎo)洞工法的徑向注漿加固 用小直徑TBM隧道掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖一條直徑3.55m的導(dǎo)洞來(lái)設(shè)計(jì)和施工大型公路、鐵路、地鐵隧道和水工隧道，是西方國(guó)家近年來(lái)普遍采用的修建大型隧道的做法。在亞洲，日本和我國(guó)的一些周邊國(guó)家也有很多隧道采用TBM導(dǎo)洞擴(kuò)挖施工的實(shí)例。其中通過(guò)小導(dǎo)洞對(duì)不良地質(zhì)段進(jìn)行徑向注漿，使隧道周?chē)鷩鷰r得到改良，然后再進(jìn)行全斷面擴(kuò)挖的施工工藝，是TBM小導(dǎo)洞整體工法中處理軟弱圍巖的最有效的方法。其中該工藝最為先進(jìn)的地方就是使用了玻璃纖維注漿錨桿，使隧道圍巖得到改良的同時(shí)，也大大提高了TBM全斷面掘進(jìn)或鉆爆法擴(kuò)挖的施工速度。工法斷面圖如下圖所示。圖8 隧道TBM小導(dǎo)洞法輔助使用