В сложных геотехнических проектах, таких как проходка туннелей, укрепление откосов и поддержка котлованов, полые анкеры превратились в ключевой опорный материал, обеспечивающий безопасность проекта благодаря главному преимуществу — интеграции «анкерования + цементации». Это позволяет преодолеть ограничения традиционного разделения анкерных стержней и цементационных труб. Благодаря полому стержню достигается координированное выполнение бурения, цементации и анкерования. Полые анкеры не только быстро обеспечивают первичную поддержку для контроля деформаций окружающих пород, но и укрепляют разрушенные горные массивы, а также блокируют подземные воды посредством нагнетательной цементации под давлением. Это словно вживление «костей» в геотехническую структуру. Они играют незаменимую роль во многих крупных проектах — от железной дороги Сычуань-Тибет до городских комплексных трубопроводных коллекторов.
1. Основное определение и принцип работы: внутренняя логика интегрированной поддержки

Пустотелый анкер представляет собой тонкоструктуру в виде стержня, выполняющую одновременно функции анкерной фиксации под натяжением и усиления с помощью цементного раствора. Основу анкера составляют полый стержень с полной резьбой, анкерная головка, заглушка для цементного раствора, опорная пластина, гайка и другие компоненты. Некоторые типы оснащаются специальными аксессуарами, такими как буровые долота и соединительные муфты. Суть анкера заключается в объединении корпуса анкера и цементировочной трубы в единое целое. Принцип работы можно описать как четырёхэтапный замкнутый цикл: «точное позиционирование — формирование анкерной фиксации — нагнетание цементного раствора под давлением — комплексное усиление». В зависимости от геологических условий выбирается соответствующий тип анкера, после чего стержень вводится в целевую породу методом бурения или самосверления. Затем с помощью расширения анкерной головки, использования смолы для анкерования и других методов стержень фиксируется. Быстро образуется начальное усилие опоры. Через полый стержень под высоким давлением в скважину нагнетается цементный раствор (цементный раствор, раствор из композитных материалов и др.), который под давлением проникает в трещины и поры горных пород и грунта. После застывания раствора стержень вместе с окружающей породой и грунтом образует прочную монолитную анкерную систему, обеспечивая одновременно антикоррозийную защиту и улучшение долгосрочной стабильности.

По сравнению с традиционными методами поддержки основное преимущество полых анкеров заключается в том, что «поддержка и укрепление осуществляются одновременно»: они не только позволяют контролировать деформацию горных пород и грунта за счет растягивающего усилия стержня, но и улучшают свойства окружающих пород посредством цементации. Это решение позволяет избавиться от таких проблем традиционного строительства, как неполная цементация, коррозия анкеров и низкая эффективность поддержки, и особенно хорошо подходит для инженерных проектов в сложных геологических условиях.

2. Основные типы и характеристики: «точные решения», адаптированные к различным геологическим условиям

В зависимости от метода изготовления, конструктивного решения и сферы применения полые анкеры образовали разнообразную систему продуктов. Пять основных типов имеют свои особенности и точно соответствуют различным геологическим и инженерным потребностям:

(1) Вставной полый анкер для инъекций

Как базовый продукт, данный тип анкера использует конструктивный метод предварительного бурения с последующей установкой стержня. Тело стержня в основном изготавливается из стали или стекловолокна. Он обладает простой конструкцией и легко монтируется без необходимости использования сложного строительного оборудования. Его ключевые преимущества заключаются в контролируемой стоимости и широкой адаптируемости, что позволяет ему удовлетворять потребности в поддержке туннелей, укреплении склонов и поддержке котлованов в обычных горных породах и грунтах. Наиболее часто он применяется в проектах с умеренно хорошими геологическими условиями. Благодаря своим характеристикам — «быстрая установка и простота эксплуатации» — он занимает значительную долю на рынке фундаментной поддержки.

(2) Самосверлящий полый анкер

Для геологических условий, склонных к обрушению скважин, таких как разрушенные горные породы и мягкие грунты, самосверлящий полый анкер достиг интегрированного прорыва «бурение—цементация—анкеровка». Передний конец стержня оснащён специальным буром. Предварительное бурение не требуется. Стержень непосредственно приводится в движение для бурения на заданную глубину, при этом цементация одновременно осуществляется через полый канал, что эффективно предотвращает проблему обрушения скважины и застревания бура. Эффективность его строительства более чем на 30% выше, чем у традиционных методов; он подходит для укрепления забоев туннелей, поддержки шахт, сложного управления откосами и других ситуаций. В геотехнике он известен как «злейший враг сложной геологии».

(3) Самоходный полый инъекционный анкер

Система инъекционного укрепления оптимизирована с учётом самосверлящего типа и оснащена высокоэффективным устройством для остановки цементного раствора и высоконапорным инжекционным соединением. Инъекционное давление выше, раствор распределяется более равномерно, а эффект анкеровки значительно улучшается. По сравнению с самосверлящим типом, данный вариант уделяет больше внимания плотности инъекций и долгосрочной стабильности. Он подходит для таких ситуаций, как облицовка туннелей, поддержка глубоких котлованов и постоянная подземная инженерная поддержка, где предъявляются строгие требования к качеству армирования. Благодаря напорной инъекции вокруг стержня можно сформировать плотную цементную завесу, которая выполняет двойную функцию — армирования и защиты от просачивания воды.

(4) Расширяющийся оболочечный предварительно напряжённый полый анкер

Преднапряжение прикладывается путём механического натяжения устройства расширения хвостовой оболочки. Сила анкеровки является прочной и регулируемой и позволяет эффективно справляться с геотехнической деформацией в зонах высокого напряжения. Основная особенность этого устройства заключается в том, что оно способно активно контролировать распределение напряжений в окружающей породе, предотвращая образование трещин в горных породах вследствие концентрации напряжений. Оно широко применяется в условиях повышенного риска, таких как поддержка высоких откосов, туннели большого пролёта и крупномасштабные подземные объекты. Оно особенно подходит для горных пород с высоким напряжением, требующих раннего применения поддерживающих усилий.

(5) Комбинированный полый анкер для инъекций

Интегрируя преимущества различных конструкций анкерных стержней, данное решение гибко комбинируется с такими модулями, как полые стержневые корпуса, трубки для инъекций, заглушки для цементного раствора и устройства расширения оболочки. Метод крепления и режим инъектирования можно переключать в зависимости от потребностей проекта. Оно обладает исключительной адаптивностью и способно справляться со сложной геологией, такой как разломы и развитие подземных вод. Хорошо зарекомендовало себя при строительстве межрегиональной инфраструктуры, аварийно-спасательных операциях и других ситуациях, обеспечивая индивидуальные решения для крепления «один стержень — много целей».

3. Основные области применения: во всём сценарии инфраструктурных проектов

Применение полых анкеров охватило ключевые отрасли инфраструктуры, такие как транспорт, водное хозяйство, горнодобывающая промышленность и городское подземное пространство, и стало «крайне необходимым материалом» для обеспечения безопасности проектов. В проектах железнодорожных и автодорожных туннелей доля их спроса составляет 38,5%. Они являются основным опорным материалом для трансграничных проектов, таких как железная дорога Сычуань — Тибет и высокоскоростная железная дорога Джакарта — Бандунг. Благодаря сочетанию самосверлящихся и расширяющихся в процессе монтажа анкеров они эффективно справляются с экстремальными геологическими условиями, такими как высокое горное давление и разрушенные породы окружающей среды. В склоновых проектах они позволяют обеспечить устойчивость склонов, защиту от камнепадов и усиление выемок. Полые анкеры из стекловолокна, обладая коррозионной стойкостью и возможностью резки, стали первым выбором для постоянного крепления. В проектах водного хозяйства и гидроэнергетики они используются для укрепления фундаментов плотин и создания противофильтрационных завес, препятствующих просачиванию грунтовых вод. В сфере развития городского подземного пространства, по мере ускорения строительства комплексных трубопроводных коридоров и подземных парковок, соответствующий спрос к 2025 году достигнет 17,3%, что вдвое превышает показатель 2021 года.

Данные показывают, что проекты, использующие полые анкерные крепи, снижают риск обрушения окружающих пород более чем на 80%, сокращают срок строительства на 15–25 дней и повышают коэффициент безопасности более чем в 2 раза по сравнению с традиционными методами крепления в сложных геологических проектах, превратившись в ключевую опору для эффективного строительства современных геотехнических сооружений.

4. Технологические инновации и тенденции развития отрасли

Благодаря политике, модернизации инфраструктуры и стратегии «двойного углерода» отрасль полых анкеров движется вперёд по четырём основным направлениям трансформации — «повышение прочности, интеллектуализация, экологичность и интернационализация», при этом технологические обновления и структура рынка продолжают оптимизироваться:

(1) Модернизация материалов и процессов, непрерывные прорывы в производительности

Уровень проникновения высокопрочной легированной стали (такой как HRB500E) вырос с 35% в 2021 году до 58% в 2025 году. Предел прочности продукции в целом превышает 658 МПа. В то же время благодаря внедрению интеллектуального производства коэффициент выхода продукции увеличился до 96,8%, а удельное энергопотребление снизилось на 12,6%. Расширилось применение экологически чистых материалов, таких как стекловолокно и композитные материалы на биооснове. Анкеры из стекловолокна, обладающие легкостью, высокой прочностью и коррозионной стойкостью, демонстрируют быстрый рост спроса в условиях постоянной поддержки и агрессивных сред. Увеличилось пилотное внедрение модульных изделий, пригодных для переработки, что соответствует концепции зелёного строительства.

(2) Ускоряется интеллектуальная трансформация и повышается эффективность мониторинга.

Интеллектуальные датчики с полыми анкерами стали горячей точкой исследований и разработок. Благодаря встроенным волоконным решёткам, датчикам DAS и модулям IoT 5G достигается миллиметровая точность в режиме реального времени мониторинга и облачного раннего оповещения о плотности инъекции, напряжении в стержнях и деформации окружающей породы; коэффициент соответствия плотности инъекции увеличен до 94%. В будущем глубокая интеграция систем BIM и умных анкеров позволит реализовать точную настройку «одна скважина — одна стратегия» и способствовать переходу проектов поддержки от «пассивной защиты» к «активному раннему оповещению». Данная технология уже широко применяется в высокорисковых проектах, таких как ГЭС «Удундэ».

(3) Размер рынка неуклонно растёт, а структура продолжает оптимизироваться.

С 2021 по 2025 год внутреннее производство полых анкеров увеличится с 486 000 тонн до 673 000 тонн, при среднегодовом совокупном темпе роста 8,5%. Объём экспорта достигнет 58 000 тонн к 2025 году, преимущественно в страны, входящие в инициативу «Один пояс — один путь». На региональном рынке лидирующие позиции занимают центральные и западные регионы; провинции Сычуань, Юньнань и Гуйчжоу на долю которых приходится почти 30% от общего спроса. Концентрация отрасли продолжает расти: доля пяти крупнейших компаний (CR5) достигла 43,2%. Введение национального стандарта «Полые инъекционные анкеры» (GB/T 35153-2024) повысило порог вхождения на рынок, и ведущие компании превратились в поставщиков услуг полного жизненного цикла — «продукт + мониторинг + эксплуатация и техническое обслуживание». Ожидается, что в период с 2026 по 2030 год, благодаря реализации национальных проектов по строительству водной сети, городской реновации и другим стратегиям, среднегодовой темп роста отрасли сохранится на уровне 9,8%, а уровень проникновения умных анкеров поднимется с 5,2% до более чем 18%.

5. Заключение

От традиционных стальных стержней до интеллектуального датчикового оборудования, от полых однозначных устройств до модульных комбинированных опор — технологическая эволюция полых анкеров отражает требования современной геотехники к безопасности, эффективности и экологичности. Являясь «универсальным решением для поддержки», глубоко проникающим в сферу геотехники, этот продукт не только обеспечивает базовую гарантию контроля деформаций окружающих пород и предотвращения инженерных рисков, но и становится важным носителем для содействия цифровой и низкоуглеродной трансформации инфраструктурных проектов. С расширением зарубежной инфраструктуры и интернационализацией технических стандартов отрасль полых анкеров получит ещё больший потенциал для развития и предложит более надёжные и точные решения для сложных геологических проектов по всему миру.