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[摘 要]随着我国隧道事业相关研究的不断深入，超长锚杆在隧道大变形中的应用价值凸显。本文首先对超长锚杆做了概述，研究了隧道大变形的控制，在结合隧道大变形形成机制及类型的基础上，探讨了超长锚杆在隧道大变形中的应用。
[关键词]超长锚杆；隧道大变形；应用
中图分类号：X936 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0069-01
一、前言
在隧道大变形当中，超长锚杆的应用可以大大提升实际工作的效果和效率。同时，作为隧道大变形当中的一项重要设备，超长锚杆应该引起设计、施工人员的充分注意。研究超长锚杆在隧道大变形中的应用，能够更好地促进隧道事业的发展。
二、超长锚杆概述
随着煤矿锚杆、锚索支护技术的发展，其应用领域逐渐扩大。在某些情况下，普通锚杆长度明显不足。若将普通锚杆加长会受到井下空间的限制，不可能无限加长，无奈，只能使用锚索，即采用锚杆、锚索联合支护。但由于锚索的延伸率很低，锚杆与锚索延伸率相差太大、对围岩移动的适应性不同，从而导致了锚杆、锚索联合支护的不协调，锚索失效导致局部掉顶、锚索被拉断导致事故的现象时有发生。
超长锚杆，是把圆钢或螺纹钢利用机械加工工艺把杆体连接头进行墩粗，再用螺栓连接在一起。这种超长锚杆除具有一般锚索的优点外，还具有可延伸的特点，克服了锚索在井下应用时由于没有延伸量而导致容易破断的弊端。它适用于在各类矿山、交通与水利隧道、军工、土建等锚固工程中应用。尤其在煤巷顶、帮直接顶破碎而且厚度较大，一般锚杆不能固定到其稳定岩层中，超长锚杆可以根据实际需要进行设计加工，更好的起到支护顶帮的作用。
超长锚杆工作原理为无纵肋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体，与树脂锚固剂、螺母、托盘配套使用。由搅拌设备通过锚杆搅拌，使树脂锚固剂中的树脂胶泥和固化剂两种主要成分相混合，立即发生化学反应，胶泥固化使杆体与钻孔孔壁粘接在一起，产生足够高的粘接强度，然后按照顺序安装托盘、螺母，从而起到锚固、悬吊煤岩层的作用。
三、隧道大变形控制研究
1.锚杆支护理论概述
锚喷支护形式作为新奥法施工的支柱，在隧道施工中得到了广泛应用，锚杆也在锚喷支护结构中起着重要的作用。系统锚杆支护作用是通过伸入到围岩内部"充分利用围岩的自身承载力，从围岩内部约束其变形，以维持围岩稳定。为保证锚杆发挥良好的支护作用，要求锚杆与围岩之间具有较大锚固作用，同时也要确保有一定的锚固长度。另外，软岩开挖后围岩的塑性区范围较大，通常系统锚杆设计长度往往并未穿过塑性区，造成锚杆锚固长度不足实际情况中往往导致系统锚杆随着围岩整体发生运动，导致系统锚杆支护作用较小，甚至起不到支护作用。因此，采用加长锚杆的支护方案对软岩隧道变形的控制有重要意义。
2.锚杆长度的优化测试及计算分析
针对该隧道变形的特点及产生的原因，提出了加长系统锚杆的长度来控制围岩松动圈的发展，确保围岩的完整性，从而最大限度地发挥围岩的自承能力。其支护优化理念参考新奥法最大限度地依托围岩自承能力来确保围岩的稳定，以此来降低支护成本，具体支护方案是通过现场声波测试和理论验算确定松动圈的半径"从而确定所需系统锚杆的长度。
3.锚杆长度的确定
通过现场波速测试得到的围岩松动圈半径约为4.5-5.0m左右。同时结合隧道勘察资料和现场实测数据，通过理论计算得到松动圈的半径约为 4.9m。两者得到松动圈半径相差不大。因此，为确保隧道安全和支护参数的经济合理，系统锚杆的长度确定为5.0m。
四、隧道大变形形成机制及类型
目前，围岩大变形的机制一般分为两类：一是开挖形成的应力重分布超过围岩强度而发生塑性化。如果介质变形缓慢，就属于挤出（如果变形是立刻发生的，就是岩爆）。挤出主要取决于岩石强度和覆盖层厚度（地应力），原则上可以在任何类型的岩石中发生，其中包括含有膨胀性矿物的岩石；二是岩石中的某些矿物和水反应而发生膨胀。水及某些（膨胀性）矿物的存在，对于膨胀变形是必须的。
围岩挤出是开挖引起的应力重分布超过岩体强度时岩体屈服的结果。这一过程中岩石变形的力学机制进行了研究，将围岩挤出的力学机制分为以下三大类：
1.完全的剪切破坏：在连续的塑性岩体及含有大开度裂隙的非连续岩体中会发生这种破坏。
2.弯曲破坏：一般发生在千枚岩及云母片岩等变质岩或泥岩、油页岩、泥质砂岩及蒸发岩等薄层状塑性沉积岩中。
3.剪切和滑动破坏：发生于相对厚层的沉积岩中，包括沿层面的滑动和完整岩石的剪切两种破坏形式。围岩大变形中，挤出作用与膨胀作用的关系及两者对大变形的贡献是人们普遍关心的重要问题。从理论和室内实验的角度，挤出和膨胀是完全可以分开的：第一，挤出是一种物理破坏，而膨胀则是必须有水参与的化学过程；第二，膨胀发生所需要的时间通常要比挤出长得多。但是，大多数学者都认为，在实际隧道工程中，挤出与膨胀往往是很难分开的，绝对单纯的挤出或绝对单纯的膨胀引起的大变形都是少见的。一般说来，挤出作用在隧道大变形中占有更重要的位置，或者说是大变形的主要机制。
五、超长锚杆在隧道大变形中的应用
1.在长锚杆的施工中应采用小型、灵活的设备，因为铁路隧道的施工工期紧，许多工序都必须平行作业，故在施工长锚杆的同时还必须兼顾其它工序。在抢工期治理变形的施工中，曾采用二层平台、三层立体施工平行怍业。拱部、边墙打长锚杆，底部挖仰拱，前方仍继续掘进运输，如果不是采用小型设备，根本无法进行平行作业，工期也难以保证。
2.在长锚杆施工中，每台钻机必须间隔一定的距离.否则同时施工向岩体内大量注水，一般易引起边墙及洪脚塌方。在长锚杆钻孔中，必须随时进行清孔，特别是煤系地层及泥岩结构.塌孔严重，钻孔不易成型，就是强行将锚杆装入也无法保证注浆质量，若注浆效果不佳.长锚杆就形同虚设。在施工前期，当个别地段重新拆除后就曾发现部分锚杆注浆效果不佳，锚杆尾部没有浆液返回，而需重新补设。
3.注浆效果的好坏，是长锚杆能否发挥作用的关键，由于浆液是从锚杆头压出而逐渐向杆尾渗透，要保证浆液能完全充填满整个钻孔，则必须在注浆前用高压水清孔，而且在注浆期间应采取间歇注浆且尽量不要首先封孔.而应在注浆期间有浆液从孔口流出时才封孔，以保证注浆效果。而对某些根本不返水的孔，则无法保赶注浆能达到饱满程度。
4.在长锚杆的实际施工中从注浆的结果来看，许多孔的注浆量相当的大，故注浆就有两种意义存在：一是锚固锚杆以加固围岩，二是直接对围岩松动或松动圈进行注浆，增强围岩强度。在施工中，长锚杆注浆量最大的一个孔用了3.5t水泥，而陔段并没有因塌方而形成空洞和空隙，说明浆液随着围岩裂隙深入到了地层的深部.这对增加围岩强度是相当有利的。
5.钻机的司钻人员必须是经过培训和训练有素的人员，因为在煤系地层施工时，顶钻、卡钻、顶水的现象及喷孔的现象经常发生，如果不是技术熟练的司钻人员进行操作，则机具的损坏和人员的伤亡就随时可能发生。
六、结束语
通过对超长锚杆在隧道大变形中的应用研究，我们可以发现，在隧道大变形当中，隧道锚杆的使用将会极大提升隧道大变形的实际效果。有关人员应该从隧道的客观实际出发，结合超长锚杆的相关工作原理等，做到最为优化的应用效果。
参考文献
[1] 胡文清，王敬林.强度折减有限元法及其在隧道与地下洞室工程中的应用[J].现代隧道技术.2011（10）：239-243.
[2] 郑颖人，赵尚毅.岩土工程极限分析有限元法及其应用[J].土木工程学报.2010（1）：91-1O4.
[3]赵尚毅，邓楚键等.有限元极限分析法发展及其在岩土工程中的应用[J]. 中国工程科学.2011（12）：39-41.
[关键词]超长锚杆；隧道大变形；应用
中图分类号：X936 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0069-01
一、前言
在隧道大变形当中，超长锚杆的应用可以大大提升实际工作的效果和效率。同时，作为隧道大变形当中的一项重要设备，超长锚杆应该引起设计、施工人员的充分注意。研究超长锚杆在隧道大变形中的应用，能够更好地促进隧道事业的发展。
二、超长锚杆概述
随着煤矿锚杆、锚索支护技术的发展，其应用领域逐渐扩大。在某些情况下，普通锚杆长度明显不足。若将普通锚杆加长会受到井下空间的限制，不可能无限加长，无奈，只能使用锚索，即采用锚杆、锚索联合支护。但由于锚索的延伸率很低，锚杆与锚索延伸率相差太大、对围岩移动的适应性不同，从而导致了锚杆、锚索联合支护的不协调，锚索失效导致局部掉顶、锚索被拉断导致事故的现象时有发生。
超长锚杆，是把圆钢或螺纹钢利用机械加工工艺把杆体连接头进行墩粗，再用螺栓连接在一起。这种超长锚杆除具有一般锚索的优点外，还具有可延伸的特点，克服了锚索在井下应用时由于没有延伸量而导致容易破断的弊端。它适用于在各类矿山、交通与水利隧道、军工、土建等锚固工程中应用。尤其在煤巷顶、帮直接顶破碎而且厚度较大，一般锚杆不能固定到其稳定岩层中，超长锚杆可以根据实际需要进行设计加工，更好的起到支护顶帮的作用。
超长锚杆工作原理为无纵肋螺纹钢式树脂锚杆金属杆体，与树脂锚固剂、螺母、托盘配套使用。由搅拌设备通过锚杆搅拌，使树脂锚固剂中的树脂胶泥和固化剂两种主要成分相混合，立即发生化学反应，胶泥固化使杆体与钻孔孔壁粘接在一起，产生足够高的粘接强度，然后按照顺序安装托盘、螺母，从而起到锚固、悬吊煤岩层的作用。
三、隧道大变形控制研究
1.锚杆支护理论概述
锚喷支护形式作为新奥法施工的支柱，在隧道施工中得到了广泛应用，锚杆也在锚喷支护结构中起着重要的作用。系统锚杆支护作用是通过伸入到围岩内部"充分利用围岩的自身承载力，从围岩内部约束其变形，以维持围岩稳定。为保证锚杆发挥良好的支护作用，要求锚杆与围岩之间具有较大锚固作用，同时也要确保有一定的锚固长度。另外，软岩开挖后围岩的塑性区范围较大，通常系统锚杆设计长度往往并未穿过塑性区，造成锚杆锚固长度不足实际情况中往往导致系统锚杆随着围岩整体发生运动，导致系统锚杆支护作用较小，甚至起不到支护作用。因此，采用加长锚杆的支护方案对软岩隧道变形的控制有重要意义。
2.锚杆长度的优化测试及计算分析
针对该隧道变形的特点及产生的原因，提出了加长系统锚杆的长度来控制围岩松动圈的发展，确保围岩的完整性，从而最大限度地发挥围岩的自承能力。其支护优化理念参考新奥法最大限度地依托围岩自承能力来确保围岩的稳定，以此来降低支护成本，具体支护方案是通过现场声波测试和理论验算确定松动圈的半径"从而确定所需系统锚杆的长度。
3.锚杆长度的确定
通过现场波速测试得到的围岩松动圈半径约为4.5-5.0m左右。同时结合隧道勘察资料和现场实测数据，通过理论计算得到松动圈的半径约为 4.9m。两者得到松动圈半径相差不大。因此，为确保隧道安全和支护参数的经济合理，系统锚杆的长度确定为5.0m。
四、隧道大变形形成机制及类型
目前，围岩大变形的机制一般分为两类：一是开挖形成的应力重分布超过围岩强度而发生塑性化。如果介质变形缓慢，就属于挤出（如果变形是立刻发生的，就是岩爆）。挤出主要取决于岩石强度和覆盖层厚度（地应力），原则上可以在任何类型的岩石中发生，其中包括含有膨胀性矿物的岩石；二是岩石中的某些矿物和水反应而发生膨胀。水及某些（膨胀性）矿物的存在，对于膨胀变形是必须的。
围岩挤出是开挖引起的应力重分布超过岩体强度时岩体屈服的结果。这一过程中岩石变形的力学机制进行了研究，将围岩挤出的力学机制分为以下三大类：
1.完全的剪切破坏：在连续的塑性岩体及含有大开度裂隙的非连续岩体中会发生这种破坏。
2.弯曲破坏：一般发生在千枚岩及云母片岩等变质岩或泥岩、油页岩、泥质砂岩及蒸发岩等薄层状塑性沉积岩中。
3.剪切和滑动破坏：发生于相对厚层的沉积岩中，包括沿层面的滑动和完整岩石的剪切两种破坏形式。围岩大变形中，挤出作用与膨胀作用的关系及两者对大变形的贡献是人们普遍关心的重要问题。从理论和室内实验的角度，挤出和膨胀是完全可以分开的：第一，挤出是一种物理破坏，而膨胀则是必须有水参与的化学过程；第二，膨胀发生所需要的时间通常要比挤出长得多。但是，大多数学者都认为，在实际隧道工程中，挤出与膨胀往往是很难分开的，绝对单纯的挤出或绝对单纯的膨胀引起的大变形都是少见的。一般说来，挤出作用在隧道大变形中占有更重要的位置，或者说是大变形的主要机制。
五、超长锚杆在隧道大变形中的应用
1.在长锚杆的施工中应采用小型、灵活的设备，因为铁路隧道的施工工期紧，许多工序都必须平行作业，故在施工长锚杆的同时还必须兼顾其它工序。在抢工期治理变形的施工中，曾采用二层平台、三层立体施工平行怍业。拱部、边墙打长锚杆，底部挖仰拱，前方仍继续掘进运输，如果不是采用小型设备，根本无法进行平行作业，工期也难以保证。
2.在长锚杆施工中，每台钻机必须间隔一定的距离.否则同时施工向岩体内大量注水，一般易引起边墙及洪脚塌方。在长锚杆钻孔中，必须随时进行清孔，特别是煤系地层及泥岩结构.塌孔严重，钻孔不易成型，就是强行将锚杆装入也无法保证注浆质量，若注浆效果不佳.长锚杆就形同虚设。在施工前期，当个别地段重新拆除后就曾发现部分锚杆注浆效果不佳，锚杆尾部没有浆液返回，而需重新补设。
3.注浆效果的好坏，是长锚杆能否发挥作用的关键，由于浆液是从锚杆头压出而逐渐向杆尾渗透，要保证浆液能完全充填满整个钻孔，则必须在注浆前用高压水清孔，而且在注浆期间应采取间歇注浆且尽量不要首先封孔.而应在注浆期间有浆液从孔口流出时才封孔，以保证注浆效果。而对某些根本不返水的孔，则无法保赶注浆能达到饱满程度。
4.在长锚杆的实际施工中从注浆的结果来看，许多孔的注浆量相当的大，故注浆就有两种意义存在：一是锚固锚杆以加固围岩，二是直接对围岩松动或松动圈进行注浆，增强围岩强度。在施工中，长锚杆注浆量最大的一个孔用了3.5t水泥，而陔段并没有因塌方而形成空洞和空隙，说明浆液随着围岩裂隙深入到了地层的深部.这对增加围岩强度是相当有利的。
5.钻机的司钻人员必须是经过培训和训练有素的人员，因为在煤系地层施工时，顶钻、卡钻、顶水的现象及喷孔的现象经常发生，如果不是技术熟练的司钻人员进行操作，则机具的损坏和人员的伤亡就随时可能发生。
六、结束语
通过对超长锚杆在隧道大变形中的应用研究，我们可以发现，在隧道大变形当中，隧道锚杆的使用将会极大提升隧道大变形的实际效果。有关人员应该从隧道的客观实际出发，结合超长锚杆的相关工作原理等，做到最为优化的应用效果。
参考文献
[1] 胡文清，王敬林.强度折减有限元法及其在隧道与地下洞室工程中的应用[J].现代隧道技术.2011（10）：239-243.
[2] 郑颖人，赵尚毅.岩土工程极限分析有限元法及其应用[J].土木工程学报.2010（1）：91-1O4.
[3]赵尚毅，邓楚键等.有限元极限分析法发展及其在岩土工程中的应用[J]. 中国工程科学.2011（12）：39-41.