玻璃纖維錨桿技術

1、玻璃纖維注漿錨桿技術北京中鐵瑞威鐵道工程技術有限公司1、前言近年來，隨著地下工程的大量建設，機械化施工程度不斷提高，新技術、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)新引進的隧道“新意法”施工工法的配套技術已受到隧道工程界的廣泛關注。玻璃纖維注漿錨桿的主要組成為玻璃纖維增強聚合物，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，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：1.可挖除。地下工程中采用玻璃纖維注漿錨桿預加固后的地段，開挖機械（盾構(gòu)機、單臂掘進機、銑挖機等）可直接挖除通過，為實現(xiàn)隧道的機械化高效施工提供了可靠保證；

2、2.桿體全段錨固，錨注結(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；3.強度高、重量輕。高性能的玻璃纖維錨桿的抗拉強度可達到鋼質(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；滿足地下工程安全生產(chǎn)的要求。  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行基本的材料力學試驗。（1）抗拉強度測試玻璃纖維條片具有較大的抗拉強度，試驗參考了美國ACI440.3R04【3】中的相關試驗方法。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，進行拉

3、伸試驗：試驗方法：取長度45cm的玻璃纖維條片，在符合國家檢測標準的萬能材料試驗機（CSSWAW500DL）上進行，并且記錄桿體破壞時的抗拉強度。試驗結(jié)果見表1。 玻璃纖維條片抗拉試驗結(jié)果表 表1規(guī)格寬（mm）厚（mm）截面積（mm2）極限荷載（KN）抗拉強度（MPa）極限應變FL20×520510057.55752.50%FL30×530515084.55632.40%FL30×73072101185622.37%FL40×4404160895562.50%FL40×84083201775532.40%FL40×1040104002

4、115282.30%（2）剪切強度測試試驗內(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，在符合國家檢測標準的萬能材料試驗機上進行剪切試驗，記錄條片破壞的剪切強度。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）截面積（mm2）極限荷載（KN）剪切強度（MPa）FL20×520510010.5105FL30×530515015.75105FL30×730721022.6108FL40×440416016100FL40×840832035109F

5、L40×10401040045113（3）扭矩測試 許多注漿錨固工程對注漿管扭矩有一定的要求，利用剪切扭轉(zhuǎn)試驗臺對玻璃纖維條片進行扭矩測試，測試的結(jié)果見表3。玻璃纖維錨桿扭矩試驗結(jié)論表 表3規(guī)格扭矩（Nm）規(guī)格扭矩（Nm）FL20×535FL40×437FL30×530FL40×1049FL30×734FL40×1555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。材料的線彈性關系明確，材料的抗拉強度高（與同面積的鋼材抗拉強度相當），抗剪和抗扭強度低。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

6、分為玻璃纖維屬性的加強錨固構(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、玻璃纖維錨桿的應用范圍玻璃纖維注漿錨桿主要應用在施工難度較大的機械化施工工程（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)注漿管的主要特點之一，使之適用于TBM、盾構(gòu)等機械化施工而不會損壞刀具。可以應用在以下幾個方面：（1）配合隧道“新意法”施工，超前預支護加固隧道掌子面當隧道掘進過程中遇到大規(guī)模的不良地質(zhì)段（如：溶洞、斷層等）或下穿江

7、河、高樓等物體時，傳統(tǒng)的方法是孔口前進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8部之多，施工進度慢，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隧道掌子面正前方進行預注漿加固，則加固后可采用全段面法開挖通過，提高工程進度，降低施工風險。兩種工藝的對比如下圖4、圖5所示。 a 傳統(tǒng)施工方法超前預加固 b 分部開挖圖4 隧道傳統(tǒng)的預注漿加固與開挖示意圖a 玻璃纖維錨桿注漿加固 b 機械全斷面開挖圖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)機開挖的隧

8、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，需要在始發(fā)井周圍注漿加固，以形成抗側(cè)壓圍護結(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)機在掘進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)機的壓力，控制地表下沉，提高工程施工的安全

9、性。采用玻璃纖維錨桿工藝進行注漿加固，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減小，從而減小始發(fā)井維護結(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超前小導洞工法的徑向注漿加固 用小直徑TBM隧道掘進機開挖一條直徑3.55m的導洞來設計和施工大型公路、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導洞擴挖施工的實例。其中通過小導洞對不良地質(zhì)段進行徑向注漿，使隧道周圍圍巖得到改良，然后再進行全斷面擴挖的施工工藝，是TBM小導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全斷面掘進或鉆爆法擴挖的施工速度。工法斷面圖如下圖所示。圖8 隧道TBM小導