锚杆是地下工程的主要支护手段之一。20世纪60年代末期，随着新奥法的发展以及全长黏结锚杆的出现，锚杆的使用范围也不断扩大，许多国家都在锚杆的作用机制和支护效果上进行了大量的研究，提出了锚杆的悬吊作用、组合梁作用、成拱作用、销钉作用与支护作用等作用机制。我国的从事隧道工程的设计和施工人员也不断的摸索，探究，取得了不少成果。锚杆可以分为对于硬岩，锚杆可以起到保持岩块和控制岩块的移动，使围岩成为一整体，促进平衡拱形成的作用；对于软岩，锚杆的作用效果是增加内压，以减小围岩塑性区和隧道变形；对于土沙类围岩，锚杆的作用效果主要是加强拱脚稳定和防止掌子面崩塌。

 

　　关于黄土的工程特性、黄土隧道的设计与施工技术、黄土地层锚固机制以及黄土隧道系统锚杆的效果作用，国内都进行过深入研究，基本基于两种观点：一是认为黄土隧道的系统锚杆对隧道初支的稳定性不起作用，可以取消；另一种观点认为锚杆对隧道初支的稳定性能够起到一定的作用，应该设置，目前为止，很多设计院都趋于保守的观点，黄土隧道都设计有边墙及锁脚处的系统锚杆。

 

　　笔者认为系统锚杆在边墙及锁脚的锚杆应该保留，在黄土隧道中的作用尤为重要，应该设置。

 

　　1.1针对黄土隧道基底承载力低、侧应力较大、湿陷性等特点，施工时严格执行“管超前、短开挖、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、勤量测、速衬砌”的施工原则，仰拱紧跟掌子面施工，以有效控制拱顶下沉和控制围岩变形，保证隧道施工安全。而现在国内主要的隧道开挖方法是新奥法，而新奥法的主要支护手段就是锚喷支护，锚杆的设置在里边起到关键作用。

 

　　1.2目前，黄土隧道采用由钢架、喷射混凝土、钢筋网和系统锚杆共同组成的联合支护结构非常合理，钢架可以和伸入到围岩内部的锚杆焊接，共同受力，主动加固围岩、充分利用围岩承载力。

 

　　1.3黄土隧道中锚杆支护的效果提高了围岩的弹性模量E，黏聚力c和内摩擦角φ。对土体的稳定性发挥更大的作用。

 

　　1.4锚杆和砂浆在黄土中的作用就如在地基中的地梁，能控制土体的局部变形，维持围岩的稳定。

 

　　1.5目前在黄土隧道施工过程中，通常采用的支护顺序是：开挖→初喷射混凝土→立钢架→挂设钢筋网片→安设锚杆→喷射混凝土达到设计厚度，由于安设锚杆在架立钢架之后，能和初支的钢筋网和钢架形成整体，可有效控制边墙土体变形和喷射混凝土的开裂，还可在仰拱浇筑前控制钢架的下沉。

 

　　2.1黄土隧道中系统锚杆的作用机制

 

　　2.1.1锚杆对不稳定岩体有很好的加固效果。在岩石隧道中，锚杆一端要锚固在稳定的岩体中，即要有锚固段，而另一端与不稳定的围岩黏结在一起可产生共同变形，起到锚固作用。

 

　　2.1.2借助于锚杆灌浆料与填土间的摩擦力来提高土体的抗剪强度，从而保证土体平衡。

 

　　2.2黄土隧道中系统锚杆的力学状态分析

 

　　2.2.1下面从土体的变形分析黄土隧道拱部系统锚杆的力学状态。黄土隧道开挖后，周围土体要产生变形，其中包括：

 

　　（1）土体应力状态发生了变化，产生了弹性、塑性、黏性变形。

 

　　（2）采用型钢钢架支护时，其背部混凝土喷射不到，存在空隙，诱发了土体下沉。

 

　　（3）施工过程中，土体被扰动后，后期产生压密沉降。

 

　　（4）地下水位线以下的隧道，开挖后地下水要向隧道位置迁移，地下水位降低，土体中有效应力增大，土体会产生次固结沉降。

 

　　隧道开挖后，由钢架、系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土形成的组合结构共同抑制土体的变形。在初期支护施作后，相对于土体的后续变形，锚杆是固定不动的，因此在浅埋黄土隧道或塑性区大的深埋黄土隧道，拱部系统锚杆受到了土体向下的摩阻力，相当于桩承受负摩阻力，因而拱部系统锚杆受压。

 

　　所以由于黄土的自稳定性差，尤其在拱顶部衬砌喷射混凝土不能密贴围岩，所有拱顶部位黄土的塑性变形区域较大，再加上拱顶部位锚杆施工工艺所限，注浆一般不饱满，拉拔力一般不大，所以拱顶部位的锚杆作用效果不会太明显。

 

　　2.2.2土体工作时，土和锚杆一起承受外部和内部的荷载，由于土与锚杆之间的摩擦作用，将土中的应力传递给锚杆，而锚杆所产生的拉应力抵抗了土体的水平位移，就好像在土体中增加了一个内聚力，从而改进了土体的力学特性。因此，土与锚杆间的摩擦作用是土体能否稳定的一个重要因素。

 

　　假设锚杆与浆体间界面粘结非锚固系统薄弱面，而浆体与岩土体界面才是锚固系统的薄弱面。根据文献[1]给定的公式Pmax=τp■Q2分析，边墙处的系统锚杆的拉拔力由所用灌浆体与土体的极限粘结应力τp（土体与锚杆浆体的极限粘结力）决定的。

 

　　研究了黄土隧道中锚杆的支护效果及机制，得到以下主要结论：

 

　　1）拱顶部位锚杆作用不大，由于国内的施工工艺所限，可以取消；

 

　　2）边墙处的锚杆必须安设，以便维持围岩的稳定，且要优化施工工艺，严格控制成孔工艺，选择更适合黄土灌注浆液，以便加大与土体的锚固，同时固结土体，以保证围岩稳定，切不可一味只最求进度，忽略质量，给工程质量留下隐患。