钻孔中的水：为何树脂锚杆可安装却仍无法锚固

一种树脂锚杆即使在其端部通过了所有目视检查，仍可能无法达到设计预期的锚固效果。锚杆可能已在钻孔中，托板可能已拧紧，表面也可能看到树脂。但这些观察结果都无法证明树脂填充了预期的粘结长度、充分混合，或与岩石形成了良好的界面。

水使得这种区分变得更加重要。

在地下采矿和隧道工程中，水可能以残留钻液、渗水、积水或通过裂隙的流动涌水的形式存在。并非每个钻孔的后果都相同。当产品和安装方法针对湿孔条件进行选择时，许多树脂体系可以在潮湿条件下正常工作。问题不仅仅是存在水。而是不受控制的水会改变树脂的化学性质、钻孔孔壁、锚固剂环隙中残留的树脂量，以及锚杆将载荷传递到岩石中的方式。

本文解释了为什么树脂锚杆可能看似安装完成，但锚固力却并不完整。本文面向采矿和隧道工程师、承包商、监理、质量团队和技术采购人员，帮助他们了解从树脂药卷到已安装支护系统之间可能发生的情况。

安装完成不等于锚固完成

树脂锚固锚杆是一个载荷传递路径，而不是一根被硬化胶体固定在钻孔中的钢棒。

载荷从岩石传递到树脂，从树脂传递到锚杆杆体，再通过树脂沿着粘结长度传递回岩石。安装的实际承载能力取决于该路径中每个部分的状态：

• 实际钻孔直径和孔壁状况；
• 锚杆杆体直径、外形和表面状况；
• 树脂产品、药卷尺寸、搅拌和固化；
• 树脂环隙的长度和连续性；
• 粘结区域岩石的强度和状况；
• 传递孔口载荷的托板、螺母和表面支护。

当这些条件中的一个或多个不满足要求时，锚杆可能在机械上存在。它也可能在测试时看似能承载，但其有效粘结长度远短于设计假设。

这就是为什么“锚杆已安装”不是一个充分的质量声明。有效的问题是：载荷路径的哪个部分已被证明是连续且可靠的？

水是一种条件，而非单一问题

“湿孔”这个词过于宽泛，无法支持技术决策。

一个钻孔可能是：

• 因钻进或冲洗而湿润，插入药卷时仍有水存在；
• 潮湿，岩石表面湿润但没有积水柱；
• 渗水，水通过节理或孔隙进入；
• 流动水，水量足以冲刷物质或将树脂带走；
• 恶化中，软弱岩石在钻进后膨胀、软化或闭合。

这些情况可能产生不同的风险。在稳定钻孔中少量残留水与将树脂冲出环隙的流动裂隙是不同的。适用于一种情况的系统可能不适用于另一种情况。

这也是为什么“防水树脂”不是一个完整的规范。相关的问题是：

• 推荐使用哪种产品？
• 该产品是针对何种水况进行评估的？
• 使用了什么安装方法和钻孔条件？
• 如果水是流动的而不是静止的，树脂会发生什么变化？
• 哪些证据适用于实际的锚杆、钻孔、岩石和服务条件？

制造商确实提供适用于潮湿环境的树脂体系，一些树脂药卷被描述为适用于潮湿或水下条件。这证明了产品层面的能力，但并不自动适用于每个湿孔。

水如何改变锚固系统

水可以通过几种相互关联的机制影响安装。应综合考虑这些机制，而不是将它们视为独立的实验室效应。

水会干扰固化

树脂药卷包含必须按正确比例混合的树脂和催化剂。水会影响固化反应和强度发展。2022年一项关于软弱围岩钻孔含水量的研究得出结论，含水量的增加会削弱锚固系统并降低抗拔力。该研究将这种效应与锚固剂和围岩的变化联系起来，而不是单一的普遍失效机制。

2025年的一项实验室研究进一步测试了不同钻孔含水量下常规和改良树脂配方的性能。该研究报告称，将含水量增加到钻孔体积的30%会使常规树脂的抗压强度降低40%以上，峰值抗拔力也有所下降。改良配方在测试条件下表现更好。这些是针对特定材料和钻孔条件的实验室结果，但它们表明为什么不能将水视为孔口的表面问题。

实际要点并非每个湿孔都会损失40%的承载力。而是水可以改变原本负责传递载荷的材料。未经实际水况评估的产品不能假定其性能与干燥条件下的数据相同。

水会污染树脂-岩石界面

树脂必须附着在钻孔壁上。岩屑、泥浆、粘土涂抹层、松散颗粒或弱表层会阻碍这种接触。

当水使细颗粒物保持悬浮或使其沉积在孔壁上时，水就成为了问题的一部分。在软弱或泥质岩石中，钻进可能产生粘土包覆的表面，导致药卷滑动，减少搅拌，并形成不令人满意的粘结。实用的岩石工程指南指出，即使钻孔名义尺寸正确，这种情况也可能发生。

问题不仅仅是“有水 vs 无水”。而是树脂接触到的表面状况：

• 钻孔是否清除松散岩屑？
• 孔壁是否足够稳定以保持张开？
• 水是清澈的，还是带有细颗粒物？
• 清洗后水是否流过粘结区？
• 岩石遇水是否会软化或膨胀？

这些问题很重要，因为树脂-岩石界面是载荷路径的一部分。即使锚杆强度高、树脂混合均匀，也无法弥补从未正确形成的界面。

水和裂隙会将树脂从钻孔中带走

在裂隙或破碎岩体中，树脂可能在胶凝前流入开口节理和空隙中。结果可能是树脂柱在孔口看起来足够，但沿预期粘结长度并不完整。水会使这种情况恶化，因为它能携带物质、保持裂隙张开，或表明钻孔更具渗透性和不稳定性。

实用指南还指出，在高度破碎的地层中，树脂可能渗入周围岩石并在锚杆周围留下空隙。设计可能要求一定的锚固长度，但实际安装的锚固段在关键区域的树脂可能比假设的要少。

这就是为什么仅计算药卷数量不能证明完全锚固。所需的树脂体积取决于实际钻孔、锚杆、环隙和地层。在湿孔或裂隙孔中，这些条件可能在选择药卷后发生变化。

水会改变钻孔本身

水可以软化或侵蚀软弱岩石，促进钻孔闭合，或在钻进后导致不稳定。如果在安装锚杆之前钻孔的形状或直径发生变化，树脂环隙和载荷传递几何形状也会随之改变。

清洗不良或恶化的钻孔也可能产生过大或不规则的环隙。锚杆可能偏向一侧，药卷可能无法按预期破裂或混合，树脂可能无法均匀填充空间。这些是安装机制，但它们是由地层和水况触发的，而非单独由药卷引起。

为什么孔口看起来正常

最危险的湿岩地层破坏并不总是从外部显而易见。

在孔口，操作员可能看到：

• 锚杆插入到预期深度；
• 锚杆周围可见树脂；
• 托板紧贴岩石；
• 螺母已拧紧；
• 安装后无明显移动。

这些观察结果均不能确认树脂从孔口到预期孔底是连续的，或沿整个粘结长度正确混合。

孔口有树脂不能证明锚固完整

树脂可能到达孔口，而钻孔更深处仍存在空隙。也可能通过裂隙被推出，留下较短的有效粘结区。可见的孔口树脂告诉操作员一些树脂朝那个方向移动了；它并不能说明环隙的全貌。

托板拧紧不能证明锚固成功

即使其下方的载荷路径不完整，托板也可能紧贴表面。只有当锚杆被锚固且表面支护连接时，托板和螺母才能提供表面约束。因此，拧紧的托板可能掩盖薄弱或过短的锚固，而不是揭示问题。

一次成功的拉拔试验不能证明每次安装都成功

拉拔试验测量的是特定条件下特定安装布置的结果。其结果取决于粘结长度、岩石、钻孔、树脂、固化时间和试验方法。一个钻孔的结果不能证明每个生产锚杆都具有相同的锚固、混合或水暴露条件。

这并非使测试变得不重要，而是使测试记录变得重要。有用的信息不仅是峰值载荷，还包括测试了什么以及什么失效了。是短锚固测试、全长测试还是验证测试？哪个界面承受了载荷？钻孔和树脂的状况如何？

当湿岩地层锚固性能不佳时应观察什么

当树脂锚杆未达到预期锚固力时，“树脂质量差”很少是充分的诊断。有用的调查应从安装条件开始。

检查水况

记录水是否：

• 在清洗前存在；
• 在插入药卷时仍然存在；
• 是积水、渗水还是流动水；
• 是清澈还是含有细颗粒物；
• 来自岩石、钻进系统或两者兼有。

如果水正在流过粘结区，可能需要改变安装方法。在不控制水的情况下增加树脂量可能会增加损失，而无法恢复预期的粘结。

检查钻孔，而不仅仅是钻头尺寸

名义钻头直径不是实际钻孔直径。扩孔、超挖、坍塌、钻头磨损、软岩和钻孔闭合都会改变环隙。钻孔也可能在孔口干净，但在更深处受阻。

在潮湿或软弱地层中，应评估钻孔的：

• 直径和规则性；
• 松散物质和粘土涂层；
• 插入前和插入期间的稳定性；
• 水的流动；
• 可能吸收树脂的裂隙。

实际状况很重要，因为药卷和树脂体积必须与存在的钻孔匹配，而不是与钻探计划上显示的钻孔匹配。

检查药卷和安装顺序

确认确切的树脂产品、药卷尺寸、数量和有效期或储存条件。然后检查安装顺序是否符合产品说明：

• 药卷是否完全插入？
• 锚杆是否被推动并旋转穿过整个药卷？
• 锚杆是否达到预期深度？
• 搅拌时间是否适合产品和温度？
• 锚杆是否在要求的时间内保持不动？
• 是否在凝胶阶段继续过度旋转？

搅拌不足和过度搅拌都会损害结果。正确的时机因产品而异，并取决于温度、设备和杆-孔布置。

寻找“手套”效应或树脂流失的迹象

“手套”效应是指药卷薄膜未完全破坏。薄膜可能缠绕在锚杆上或压贴在岩石上，形成低摩擦层而不是树脂粘结。现场调查发现，“手套”效应会降低载荷传递，其影响程度因严重性和当地条件而异。

树脂流失到裂隙中是另一种机制，但结果相似：安装的锚固段可能比设计假设的连续树脂更少。孔口可能看起来正常，而有效粘结长度比预期的要短。

项目团队在依赖湿岩地层系统前应验证什么

目标不是找到一种“适用于水”的树脂。目标是建立一个与地层和所需支护功能相匹配的完整安装系统。

在询价中明确水况

告知供应商和项目技术团队：

• 水是残留、渗水、积水还是流动水；
• 它是否在钻孔清洗之前、期间和之后存在；
• 岩石是否软化、膨胀或破碎；
• 裂隙是否吸水或吸树脂；
• 钻进方法和钻孔清洗程序；
• 锚杆、钻孔和所需粘结长度；
• 安装设备和预期温度。

供应商无法仅凭“湿岩地层”一词评估兼容性。实际的水行为是设计输入的一部分。

要求提供针对确切产品和条件的证据

索取产品特定信息，显示：

• 预期的湿条件应用；
• 经过测试的锚杆、钻孔和树脂组合；
• 安装方法和固化条件；
• 测试测量了什么以及未测量什么；
• 测试中观察到的失效模式；
• 产品使用前应如何储存和处理。

不要接受泛泛的“防水”声明作为产品能在流动或裂隙孔中形成可靠锚固的证据。

在药卷放入前控制钻孔

钻进和清洗是锚固系统的一部分。如果安装程序要求用水或空气冲洗，其目的是清除岩屑和碎屑——而不是留下不受控制的积水柱。钻孔必须适合所选药卷和安装方法。

在无法控制水的情况下，项目应考虑安装方法是否仍然合适。在某些湿、裂隙或不稳定地层中，可泵送树脂或自钻系统可能更合适，但它不是通用替代品。其自身的安装要求、搅拌、注入控制和证据仍需审查。

使用实际系统验证性能

当条件与标准产品数据不同时，可能需要进行现场特定试验。试验应记录：

• 水况；
• 实际钻孔直径和状况；
• 药卷或树脂系统；
• 安装顺序和参数；
• 固化时间；
• 测试布置和失效位置；
• 在可用的情况下，回收或暴露的锚固段状况。

目的不是产生一个通用数值。而是证明所提议的锚杆-树脂-岩石-安装系统在生产中将存在的条件下是否有效。

思考水的实用方法

水不是一旦锚杆放入钻孔就可以忽略的维护细节。它是地层条件的一部分，因此也是支护系统设计的一部分。

最有用的顺序是：

1. 描述水况。
2. 确认钻孔条件。
3. 为该条件和指定的杆-孔组合选择树脂和药卷。
4. 控制清洗、插入、搅拌和固化。
5. 使用适合项目的证据验证安装的系统。

如果树脂锚杆看似安装完成但未达到预期锚固力，不要首先增加树脂量或归咎于单一组件。首先确定水在做什么，钻孔是否仍然合适，药卷是否混合并保持在预期的粘结区，以及测试实际证明了什么。

安装好的锚杆与可靠的锚固之间的区别，是视觉结果与已验证的载荷路径之间的区别。

准备项目特定审查

CQ Rockbolt 为地下采矿和隧道工程供应树脂锚固材料和锚杆。对于湿岩地层应用，请发送拟议的锚杆和钻孔尺寸、水况、钻进和清洗方法、安装设备、所需粘结长度以及项目的测试要求。然后可以根据实际安装条件而非泛泛的干孔假设来审查产品和证据。