他山之石日本推出新型锚杆——“CIB-bolt”

一、研发背景

受覆盖层及围岩压力的影响，部分山岭隧道常年处于变形破坏中。为此，相关人员通常会选用锚杆作为对策。但因某些潜在原因，传统锚杆往往无法发挥其最佳性能，如隧道围岩塑性破坏严重、锚杆顶端浆液填充效果不佳等。近来，日本研究人员推出一种新型锚杆——“CIB-bolt”，旨在增强锚杆与土体间的粘结作用，同时改善围岩塑性破坏，防止隧道进一步变形。

二、产品简介

CIB-bolt为一种中空锚杆，内含封隔器，所用注浆浆液有两种，包括膨胀型砂浆及聚氨酯地基改良材料。其具体应用如下，

1. 施工准备。首先进行钻孔取芯，通过获取岩心样品来识别围岩塑性区。在大型锚固作业中，还可采用锚杆轴力计及杆式位移计，以便更加精准地识别围岩塑性区。而基于对塑性区信息的掌握，可确定锚杆长度及封隔器位置。

2.   锚杆施工。CIB-bolt施工主要分为五个步骤，见图1。

图1

步骤1：钻孔、插入锚杆；步骤2：注入膨胀型砂浆；步骤3：确认锚固段浆液填充良好（砂浆由杆体前端小孔进入，并通过中空杆体排出，即可认定锚固段浆液填充良好）；步骤4：向树脂封隔器内注入聚氨酯地基改良材料；步骤5：向自由段内注入聚氨酯地基改良材料。其中，在进行步骤2时，砂浆还会通过注浆软管上的一个孔进入特殊高强封隔器，填充该封隔器并使其膨胀；封隔器完全膨胀后可密封锚固段，以防止砂浆渗入自由段。

图 2 CIB-bolt与传统锚杆的对比

为CIB-bolt与传统锚杆的对比。针对图中的围岩塑性区，采用传统锚杆，尤其是更长一点的锚杆，通常锚固效果不佳，且随着隧道周围地层的进一步劣化，锚杆附着点往往容易遭到破坏。而采用CIB-bolt，由于砂浆在硬化时会轻微膨胀，加之封隔器的作用，可确保锚固段杆体与土体间的有效粘结。而在自由段采用聚氨酯地基改良材料作为浆液，可防止塑性区破坏加剧，在操作方面也十分简便。

三、结论

通过该项研究，可得出以下重要结论。

1. CIB-bolt的开发，不仅能够确保端头侧杆体与土体间的有效粘结，且聚氨酯地基改良材料的应用还能改善自由段所处的不稳定地层，防止塑性区破坏加剧。

2. 与使用砂浆相比，采用聚氨酯地基改良材料作为自由段浆液可在一定程度上减缓隧道变形趋势；如遇泥岩地层，采用该材料还能防止泥岩遇水后，地质条件进一步恶化。

3. 现场测试结果表明，CIB-bolt在单线隧道中施工质量良好；CIB-bolt可长时间保持良好的轴向拉力，而不受季节影响。

4. 数值分析结果表明，CIB-bolt在阻止隧道变形方面所起到的效果是传统锚杆的2.6倍。

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