錨固技術(shù)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣統(tǒng)稱為錨桿支護(hù)技術(shù)，國(guó)外一般稱錨固技術(shù)或錨桿加固技術(shù)。自187 2年英國(guó)北威爾士露天頁(yè)巖礦首次應(yīng)用錨桿加固邊坡及1912年德國(guó)謝列茲礦最先在井下巷道 采用錨固技術(shù)以來， 錨固技術(shù)至今已有100多年的發(fā)展歷史。錨固技術(shù)是一 種技 術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越的技術(shù)手段，目前不僅廣泛應(yīng)用于世界主要產(chǎn)煤國(guó)家，而且也推廣應(yīng)用于冶金、 水 利水電、鐵路公路、軍工及建筑等工程之中，伴隨著“21世紀(jì)－地下工程的世紀(jì)”的來臨， 可以預(yù)見，該技術(shù)必將得到更廣泛深入的研究和推廣應(yīng)用。 盡管國(guó)內(nèi)錨固技術(shù)與理論研究在近10余年取得了豐碩的研究成果，但還遠(yuǎn)不適應(yīng)我國(guó)錨固技 術(shù)推廣與發(fā)展的需要，因此有必要在全面總結(jié)國(guó)內(nèi)外錨固技術(shù)與理論發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提 出新的研究思路去研究和解決錨固技術(shù)推廣與發(fā)展中的問題。 　　1　國(guó)外錨固技術(shù)與理論研究的發(fā)展現(xiàn)狀 　　就目前而言，國(guó)外錨固技術(shù)以澳大利亞、美國(guó)發(fā)展最為迅速，兩國(guó)錨桿支護(hù)比重已接近100 ％，其錨固技術(shù)水平居于世界前列。到20世紀(jì)80年代以后，一些曾以U型鋼或工字鋼支架為 煤巷主要支護(hù)形式的國(guó)家（如英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)、波蘭、日本等），也大力發(fā)展并 應(yīng)用了錨固技術(shù)。 　　11　關(guān)于錨桿加固圍巖的作用機(jī)理 　　美國(guó)因其巷道埋深較淺、巖層強(qiáng)度高且地應(yīng)力比較低，因此傾向于懸吊理論和組合梁（ 加固巖梁）理論，而英國(guó)、澳大利亞巷道以受水平應(yīng)力影響為主 ，尤其是澳大利亞相對(duì)英國(guó)其巷道圍巖變形量及最大水平應(yīng)力更劇烈，一 般而言，英國(guó)、澳大利亞錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)理論傾向于加固拱（擠壓支承拱）理論。 　　12　關(guān)于錨桿加固設(shè)計(jì)方法 　　美國(guó)目前有兩種基本設(shè)計(jì)方法：一為經(jīng)驗(yàn)法，即是建立在以往解決巖層控制的 經(jīng)驗(yàn)基 礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)方法。該方法的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)了頂板控制問題的本身，而缺乏對(duì)引起頂板不穩(wěn) 定的內(nèi)在原因的注意，即由于頂板條件的不同，經(jīng)驗(yàn)法并不全都有效。二為理論法，亦稱客 觀 法，即是建立在解決頂板支護(hù)問題的頂板和巖石力學(xué)理論基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)方法。該方法一般是 通過公式或者估算確定有關(guān)參數(shù)，有代表性的是蘭和比肖夫RRU準(zhǔn)則和帕內(nèi)克設(shè)計(jì)諾模圖。 實(shí)踐中常采用將上述兩種方法相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。 澳、英兩國(guó)在原采用理論法和經(jīng)驗(yàn)性或試探法的基礎(chǔ)上，認(rèn)為錨桿加固設(shè)計(jì)必須保證巷 道始終處于可靠的狀態(tài)，而可靠的設(shè)計(jì)方法必須以對(duì)開挖引起的巖層變形、錨桿受力及加固 效果的精確測(cè)量為基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上認(rèn)為應(yīng)采用以下兩種手段相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法：一進(jìn)行巷 道監(jiān)測(cè)，確定圍巖礦壓顯現(xiàn)及掘進(jìn)和回采期間錨桿加固特性；二利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，模擬 可能遇到的應(yīng)力場(chǎng)范圍內(nèi)巖層礦壓顯現(xiàn)與錨桿加固的特性，以及評(píng)價(jià)新選擇的各種錨桿加固。澳大利亞把該設(shè)計(jì)方法的實(shí)施具體分為4個(gè)步驟：（1）地 質(zhì)力學(xué)評(píng)估，包括對(duì) 巷道圍巖（頂?shù)装寮懊簩樱┝W(xué)性質(zhì)測(cè)定、地應(yīng)力（3個(gè)主應(yīng)力的大小和方向）測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng) 調(diào)查；（2）初始設(shè)計(jì)（即利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法在巷道開掘以前進(jìn)行）；（3）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) （即利用測(cè)力錨桿及位移計(jì)等對(duì)錨桿受力及圍巖位移進(jìn)行適時(shí)觀測(cè)）；（4）信息反饋和修 改、完善設(shè)計(jì)（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與曲線與初始設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，若相同則證明初始設(shè)計(jì)正 確，否則應(yīng)修正初始設(shè)計(jì)，調(diào)整錨固結(jié)構(gòu)和參數(shù)，完成最終設(shè)計(jì)）。這個(gè)設(shè)計(jì)方法已被證明 是成功的。據(jù)報(bào)導(dǎo)，英國(guó)專門制定了技術(shù)規(guī)范明確要求必須通過實(shí)測(cè)進(jìn)行錨固設(shè)計(jì)［2 ］ 。 　　13　關(guān)于巖體錨固參數(shù) 　　巖體錨固參數(shù)一般包括錨固類型（全錨或端錨）、錨桿結(jié)構(gòu)、材質(zhì)選擇及形式、錨桿長(zhǎng)度、 錨桿直徑、錨桿間排距、粘結(jié)劑類型及相關(guān)參數(shù)、托盤與螺母等等。巖體錨固參數(shù)的選擇與 確定是巖體錨固成敗的關(guān)鍵，國(guó)外對(duì)此十分重視。目前就錨桿材質(zhì)而言，國(guó)外雖然普通錨桿 （δs＜340MPa）、高強(qiáng)度錨桿（δs=340～600MPa ）及超高強(qiáng)（度）錨桿（δs＞60 0 MPa）3種類型的錨桿材質(zhì)均在使用，但以高強(qiáng)、超高強(qiáng)居多。如澳大利亞近年一直未間斷對(duì) 高強(qiáng)度錨 桿材質(zhì)用鋼進(jìn)行開發(fā)研究，1983年研究了HS1045高強(qiáng)度錨桿用鋼，當(dāng)錨桿直徑為22mm時(shí)，桿 體破 斷載荷達(dá)240kN，后來進(jìn)一步發(fā)展了AX超高強(qiáng)度鋼，屈服載荷達(dá)240kN，破斷載荷可達(dá)340kN ， 延伸率為15%～27％。目前正在研制一種超高強(qiáng)度錨桿，其破斷載荷可達(dá)400kN以上，但 延伸率低于15％，現(xiàn)正在解決這個(gè)問題。其它國(guó)家亦是此趨勢(shì)，如英國(guó)接近AX，日本為AX， 美國(guó)介于HS與AX之間。就錨固劑和錨固方式而言，國(guó)外一般使用樹脂藥卷和全長(zhǎng)錨固方式； 就外聯(lián)接固定件如托盤、螺母及墊圈等，國(guó)外非常重視其與錨桿以及圍巖表面的接觸和配合 關(guān)系，如螺母的配套、在螺母與托盤間使用增壓墊圈等，更重要的是為避免托盤中心線與錨 桿中心線不一致會(huì)產(chǎn)生偏心荷載，國(guó)外還專門研究開發(fā)了各種類型的托盤配套體系，如拱形 球體與拱形托盤、高強(qiáng)度偏心托盤、蝶形托盤等。美國(guó)對(duì)托盤制訂的國(guó)家材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（AS TM）規(guī)定托盤的最低極限尺寸是152×152mm，且該面積不是托盤與頂板的接觸面積而是托盤 覆蓋頂板的面積。對(duì)于錨桿長(zhǎng)度，澳、英兩國(guó)一般為24m，美國(guó)一般為12～18m，近年 澳 、美等國(guó)提出了錨桿有一合理長(zhǎng)度的概念；對(duì)于錨桿直徑，國(guó)外多數(shù)選用22mm，澳大利亞 研究表明：錨桿直徑與鉆孔直徑及樹脂卷直徑三者存在著最佳匹配關(guān)系。總的來說，采用高 強(qiáng)度、大延伸率錨桿以及對(duì)錨桿施加一定的初錨力（預(yù)應(yīng)力），有利于控制圍巖變形和增加 圍壓，這在國(guó)外已成共識(shí)。對(duì)于初錨力，澳大利亞研究證明：當(dāng)初錨力達(dá)60～70kN以上時(shí)， 可基本阻止巷道頂板下沉；美國(guó)的研究表明，當(dāng)錨桿長(zhǎng)度相同時(shí)，初錨力越大，其組合梁的 垂曲就愈小。總之，高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿加固體系在國(guó)外已呈趨勢(shì)。 　　2　國(guó)內(nèi)錨固技術(shù)與理論研究的發(fā)展現(xiàn)狀 　　21〓錨固技術(shù)的發(fā)展階段 　　我國(guó)在1955年開始使用錨桿，但只是在近些年，我國(guó)錨固技術(shù)尤其是煤炭錨桿支護(hù)技術(shù)才得 到迅速發(fā)展。回顧我國(guó)錨固技術(shù)的發(fā)展，大體可分3個(gè)階段： （1）初期階段。50～60年代，以鋼絲繩水泥砂漿錨桿為代表，錨桿沒有托板（盤），錨桿 相互間缺乏聯(lián)系，在這種情況下，錨桿只起懸吊作用，被動(dòng)承載而不與圍巖共同作用。當(dāng)時(shí) 由于盲目擴(kuò)大這類錨桿的應(yīng)用范圍，致使部分井巷冒頂失修，實(shí)際上阻礙了錨桿支護(hù)的發(fā)展 。 (2)組合錨桿支護(hù)階段。70～80年代，國(guó)家“七五”和“八五”科技攻關(guān)將錨桿支護(hù)定為軟 巖巷道支護(hù)的主攻方向之一，使錨桿支護(hù)技術(shù)有了新的發(fā)展，進(jìn)入了以鋼帶網(wǎng)和錨梁網(wǎng)為代 表的組合錨桿支護(hù)階段。盡管這一階段開發(fā)了多種結(jié)構(gòu)形式的錨桿如各結(jié)構(gòu)形式的可拉伸錨 桿等，但仍以水泥藥卷鋼筋錨桿為主且尾部增加了托盤（板）和螺母。這一階段中雖然也提 出了錨桿施加預(yù)緊力問題，如我國(guó)規(guī)范規(guī)定錨桿螺母擰緊扭矩不應(yīng)小于100N·m（對(duì)于16m m 錨桿相應(yīng)的預(yù)緊力不足20kN），然而規(guī)定的數(shù)值過低，施工中又缺乏保證，因而圍巖和錨桿 體系仍不能共同協(xié)調(diào)承擔(dān)載荷，固巖和錨桿易被“各個(gè)擊破”，限制了錨桿支護(hù)的進(jìn)一步擴(kuò) 大應(yīng)用。 （3）逐漸步入高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿體系階段。近年隨澳大利亞先進(jìn)錨固技術(shù)與理論在我國(guó)的 實(shí)地演示以及由煤科院北京開采所、建井所、上海分院和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)與邢臺(tái)礦務(wù)局聯(lián)合對(duì) 原煤炭部“九五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目《邢臺(tái)礦務(wù)局煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)研究》的攻關(guān)，在 設(shè)計(jì)方法、錨桿材質(zhì)、監(jiān)測(cè)儀器、單體錨桿鉆機(jī)、快速安裝、部分復(fù)雜困難條件的煤巷錨桿 支護(hù)技術(shù)等6個(gè)方面共15個(gè)研究子項(xiàng)目中，取得了一批代表國(guó)內(nèi)水平的具先進(jìn)性及實(shí)用性的 成果，使我國(guó)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)水平上了一個(gè)新臺(tái)階，步入了一個(gè)新的發(fā)展階段。具體表現(xiàn) 為:①以地應(yīng)力為基礎(chǔ)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法已初見效果并漸漸發(fā)展成熟；②開始采用高強(qiáng)度 全 長(zhǎng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)，如邢臺(tái)局桿體材料選用20MnSi建筑用高強(qiáng)度螺紋鋼，桿體直徑采用大 直徑22mm，采用全長(zhǎng)樹脂錨固并使用碟形托盤及高強(qiáng)度螺母，為提高錨桿預(yù)緊力創(chuàng)造了條 件。據(jù)試驗(yàn)，22mm無縱筋左旋螺紋鋼錨桿經(jīng)熱處理后其屈服載荷為254kN，延伸率為20％ ，與 澳大利亞相當(dāng)，取得了顯著的支護(hù)效果；③開發(fā)研制的頂板離層指示儀和測(cè)力錨桿為實(shí)施圍 巖動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方法提供了技術(shù)支持手段。 　　22　理論研究現(xiàn)狀 　　221　錨桿加固圍巖的作用機(jī)理研究 　　國(guó)內(nèi)在對(duì)公認(rèn)的錨桿加固圍巖的三大機(jī)理基礎(chǔ)上，對(duì)其機(jī)理的行為特征具體給出了以下解釋 。 (1)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)提出巷道錨固圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論，其要點(diǎn)是:①錨桿加固圍巖 的實(shí) 質(zhì)是改變了巷道圍巖的受力狀況，增加了圍壓，從而提高了巖石的力學(xué)參數(shù)（δ、E、C、 ）， 改善被錨固巖體的力學(xué)性能；②巷道圍巖存在著破碎區(qū)（松動(dòng)區(qū)）、塑性區(qū)、彈性區(qū)，錨桿 錨 固區(qū)域內(nèi)的巖體的峰值強(qiáng)度或峰后強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度都能得到強(qiáng)化；③能較好地控制圍巖破碎 區(qū)、塑性區(qū)的發(fā)展，從而更有利于保持巷道圍巖的穩(wěn)定。 (2）煤炭科學(xué)研究總院北京開采所對(duì)煤巷錨桿加固作用機(jī)理的研究表明：錨桿 加固 對(duì)于提高圍巖自身的最大承載能力沒有明顯的效果，但在圍巖產(chǎn)生塑性破壞后，對(duì)提高圍巖 的殘余強(qiáng)度及承載能力有顯著作用。在巷道周圍，錨桿與其錨固范圍內(nèi)的巖石構(gòu)成一種錨固 支護(hù)體，當(dāng)這個(gè)錨固體中的巖石在圍巖集中應(yīng)力作用下發(fā)生破壞時(shí)，其承載能力降低并產(chǎn)生 變形，同時(shí)圍巖的集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，使錨固體卸載。在此過程中，錨固體通過錨桿的約 束作用和抗剪作用，使塑性破壞后易于松動(dòng)的巖石構(gòu)成具有一定承載能力和適應(yīng)自身變形卸 載的錨固平衡拱。 　　222　錨桿加固設(shè)計(jì)理論的研究 　　國(guó)內(nèi)目前錨桿加固設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇方法基本上還停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ) 上，即工程類比法是主要的設(shè)計(jì)方法。近年隨研究的深入，國(guó)內(nèi)亦漸漸應(yīng)用理論方法，有影 響的主要有以下3種設(shè)計(jì)理論。 （1）巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論［11］。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)董方庭教授等提出了松動(dòng)圈支 護(hù)理論 。該理論認(rèn)為：圍巖松動(dòng)圈是開巷后地應(yīng)力超過圍巖強(qiáng)度的結(jié)果 ，在現(xiàn)有支護(hù)條件下<