玻璃纖維錨桿技術(shù)

1、玻璃纖維注漿錨桿技術(shù)螈1、前言夔近年來，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)被國內(nèi)眾多工程所采用。玻璃纖維注漿錨桿作為國內(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。裂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。其玻璃纖維注漿錨桿具有以下特點(diǎn)：艿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，為實現(xiàn)隧道的機(jī)械化高效施工提供了可靠保證；肅2.桿體全段錨固，錨

2、注結(jié)合。玻璃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，同時加固了桿周巖體；螞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；筮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)；滿足地下工程安全生產(chǎn)的要求。蒞2、玻璃纖維錨桿的性能測試對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。蔗(1)抗拉強(qiáng)度測試蓬玻璃纖維條片具有較大的抗拉強(qiáng)度，試驗參考了美國ACI440.3R04中的相關(guān)試驗方法。試驗內(nèi)容：考慮實際的工程需要，分別選取8種型號的玻璃纖維條片試件，長度45cm,進(jìn)行拉伸試驗：試驗方法：取長度45cm

3、的玻璃纖維條片，在符合國家檢測標(biāo)準(zhǔn)的萬能材料試驗機(jī)(CSSWAW500DL)上進(jìn)行，并且記錄桿體破壞時的抗拉強(qiáng)度。試驗結(jié)果見表1。爆玻璃纖維條片抗拉試驗結(jié)果表表1膈規(guī)格蒙寬(mm)莫厚(mm)腿截面積(mm2)箍極限向載(KN)膂抗拉強(qiáng)度(MPa)蟻極限應(yīng)變#FL20X5第20羈5蝕100蛔57.5B575蜜2.50%蜜FL30X5肆30著5螃150神84.5藏563芍2.40%蔽FL30X7輯30袈7螞210范118聿562芳2.37%蔻FL40X4第40膀4菜160滕895562.50%FL40X84083201775532.40%FL40X1040104002115282.30%(2)剪

4、切強(qiáng)度測試試驗內(nèi)容：取以下8種型號的玻璃纖維條片試件，長度10cm。試驗方法：取長度10cm的玻璃纖維條片，在符合國家檢測標(biāo)準(zhǔn)的萬能材料試驗機(jī)上進(jìn)行剪切試驗，記錄條片破壞的剪切強(qiáng)度。試驗中各玻璃纖維條片式件的剪切試驗數(shù)據(jù)見表2。玻璃纖維錨桿剪切試驗結(jié)論表表2規(guī)格寬(mm)厚(mm)(mm2)極限荷載(KN)剪切強(qiáng)度(MPa)FL20X520510010.5105FL30X530515015.75105FL30X730721022.6108FL40X440416016100FL40X840832035109FL40 X10(3)扭矩測試401040045113許多注漿錨固工程對注漿管扭矩有一定的

5、要求，利用剪切扭轉(zhuǎn)試驗臺對玻璃纖維條片進(jìn)行扭矩測試，測試的結(jié)果見表3。規(guī)格扭矩（Nm）規(guī)格扭矩（Nm）FL20X535FL40X437FL30X530FL40X1049FL30X734FL40X1555玻璃纖維錨桿扭矩試驗結(jié)論表表3從試驗結(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

6、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)械化施工而不會損壞刀具?？梢詰?yīng)用在以下幾個方面：（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，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，最后分部開挖通過，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

7、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隧道掌子面正前方進(jìn)行預(yù)注漿加固，則加固后可采用全段面法開挖通過，提高工程進(jìn)度，降低施工風(fēng)險。兩種工藝的對比如下圖4、圖5所示?？卓谧{加固不良地質(zhì)段管棚孔口注漿加固不良地質(zhì)段管棚a傳統(tǒng)施工方法超前預(yù)加固b分部開挖圖4隧道傳統(tǒng)的預(yù)注漿加固與開挖示意圖a玻璃纖維錨桿注漿加固b機(jī)械全斷面開挖圖5采用玻璃纖維錨桿注漿加固與開挖示意圖(2)作為隧道盾構(gòu)機(jī)始發(fā)井的抗側(cè)壓無金屬加固墻過去十幾年間，用盾構(gòu)機(jī)開挖的隧道逐漸增多，這種方法一個很大的問題就是始發(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)，且開挖斷面較大，背后土壓及水壓也很大，需

8、要在始發(fā)井周圍注漿加固，以形成抗側(cè)壓圍護(hù)結(jié)構(gòu)，來保證隧道的安全。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，則被加固土體會因管材的錨固作用而形成一個整體，在掘進(jìn)過程中能及時在開挖輪廓線上方形成自穩(wěn)拱，有效的遏制地層對盾構(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，因為在注漿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，將會使盾構(gòu)始發(fā)井周圍加固面積大大

9、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不同注漿工藝盾構(gòu)掘進(jìn)時自穩(wěn)拱形成位置及效果對比圖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)開挖一條直徑3.55m的導(dǎo)洞來設(shè)計和施工大型公路、鐵路、地鐵隧道和水工隧道，是西方國家近年來普遍采用的修建大型隧道的做法。在亞洲，日本和我國的一些周邊國家也有很多隧道采用TBM導(dǎo)洞擴(kuò)挖施工的實例。其中通過小導(dǎo)洞對不良地質(zhì)段進(jìn)行徑向注漿，使隧道周圍圍巖得到改良，然后再進(jìn)行全斷面擴(kuò)挖的施工工藝，是TBM小

10、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，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)洞法輔助使用玻璃纖維錨桿工藝斷面示意圖5、應(yīng)用前景隨著國內(nèi)地下工程建設(shè)中“新意法”施工的創(chuàng)立與推廣，北京中鐵瑞威鐵道工程技術(shù)有限公司以國外先進(jìn)技術(shù)為導(dǎo)向，自主研發(fā)了玻璃纖維注漿錨桿，國產(chǎn)化的新產(chǎn)品可以大大降低“新意法”中軟巖加固的施工成本，使玻璃纖維注漿錨桿注漿技術(shù)在“新意法”施工中得到推廣與應(yīng)用。僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.Nurfurdenpers?nlichenfurStudienphong,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.Pourl'etudeetlarecherch