1、黃土隧道中取消系統錨桿設計與施工關鍵技術的研究匯報人：長安大學 陳建勛 一、前言二、兩個試驗段的對比分析三、錨桿軸力測試分析四、錨桿受力機理分析五、結論鋼架條件下黃土隧道系統錨桿支護效果研究一、前 言一、前言 目前，黃土地區隧道的支護結構形式多采用復合式襯砌,它是由初期支護、防水層和二次襯砌組合而成。初期支護采用噴錨支護，由噴射混凝土、系統錨桿、鋼筋網、型鋼拱架或者格柵拱架等支護部件進行適當組合的支護形式。但在黃土隧道中，系統錨桿是否能在結構中起到作用，這個問題一直倍受爭議。鑒于此，在某黃土隧道中設置了有系統錨桿和無系統錨桿兩個長各為30米的試驗段，進行現場施工監控量測，其目的是通過對兩個監測

2、段的對比，檢驗系統錨桿在黃土隧道中是否能起到應有的作用。一、前言一、前言 劉家坪3號隧道開挖跨度12.16米。在該隧道設置了兩個試驗段，共四個監測斷面，均為級圍巖。該段為離石組老黃土，土質較均勻，結構緊密，中部夾含多層棕紅色古土壤層和少量鈣質結核，呈塊狀整體結構，柱狀節理發育。 隧道采用復合式襯砌，隧道開挖半徑6.08m，采用拱部留核心土環形開挖法。該隧道設計支護參數見下表。 一、前言初期支護超前錨桿錨桿型鋼鋼筋網縱向連接筋噴射混凝土 22藥卷式L=4m環向間距40cm22藥卷式L=3m間距100100cmH-1515格柵拱架縱向間距90cm61515cm25C25早強砼20cm二次襯砌45c

3、m厚模注混凝土 隧道支護參數表 隧道施工步驟示意圖一、前言 第1試驗段為有系統錨桿段，監測斷面埋深約44米。第2試驗段為無系統錨桿段，監測斷面埋深約36米。無系統錨桿試驗段有系統錨桿試驗段YK50+110.5YK50+104.2YK50+134YK50+142馬蘭組新黃土離石組老黃土YK50+025YK50+212YK50+090.5YK50+120.5YK50+150.530m30m65.5m61.5m監測斷面縱向布置一、前言 圍巖壓力 初期支護凈空收斂與拱部下沉 噴射混凝土應力 格柵拱架內、外側應力 縱向連接筋應力 錨桿軸力 初期支護與二次襯砌間的接觸壓力 二次襯砌混凝土內、外側應力 二次

4、襯砌凈空收斂一、前言監測項目監測斷面元件布置初期支護階段元件布置圖一、前言二次襯砌階段元件布置圖一、前言鋼筋應力計焊接 錨桿安裝角度很小，接近于水平一、前言二次襯砌混凝土中應變計的安裝一、前言二、兩個試驗段的對比分析監測項目監測值（位移單位mm；應力單位MPa）平均值第1試驗段（有系統錨桿段）第2試驗段（無系統錨桿段）凈空收斂14.6715.11拱部下沉18.3514.35噴射混凝土應力3.12.2格柵拱架內側應力60.453.5格柵拱架外側應力60.344.8縱向連接筋應力34.229.9接觸壓力0.01050.0065二次襯砌混凝土內側應力0.680.59二次襯砌混凝土外側應力0.520.

5、54二、兩個試驗段監測數據對比分析 試驗段各監測數據對比分析 二、兩個試驗段監測數據對比分析 （一）初期支護階段監測結果 1圍巖壓力 第1試驗段中YK50+104.2斷面的圍巖壓力分布不均，且壓力值較大，其他三個斷面的壓力值相對來說比較接近，大多部位壓力值都在0.1MPa以下。二次襯砌施做后，壓力值基本穩定。 2噴射混凝土應力 第2試驗段的YK50+142斷面的噴射混凝土有受拉力的情況，各個斷面的噴射混凝土所受的壓應力都在8.0MPa以下，在同一量級，應力值增長速率也大致相同。噴射混凝土施作后20天左右噴層應力趨于穩定，應力呈緩慢增長態勢。但二次襯砌施作后，應力值有所下降，之后應力發展進入穩定

6、階段。二、兩個試驗段監測數據對比分析 3格柵鋼架應力 除YK50+134斷面的拱頂和右拱60處的格柵外側應力值大于100MPa（分別為111.4MPa和104.3MPa）外，其余各斷面各點所受的應力均在100MPa以下，處于同一量級。格柵鋼架施作后20天左右，格柵鋼架應力趨于穩定，應力呈緩慢增長態勢。但二次襯砌施做后，應力值有所下降，之后應力發展進入穩定階段。 4凈空收斂和拱頂下沉 從各個斷面的收斂值和拱頂下沉值來看，變形在同一量級，大小比較接近，穩定所需時間也大致相同。 5第1試驗段錨桿軸力 從監測結果來看，拱部和墻腳處鎖腳錨桿不同深度處的軸力均為壓力，而拱腳處的鎖腳錨桿受拉，錨桿所受最大壓

7、應力為57.11MPa，二、兩個試驗段監測數據對比分析 最大拉應力為35.47MPa，表明錨桿受力不大。（二）二次襯砌階段監測結果 1接觸應力 四個監測斷面的接觸壓力拱部壓力值比較接近，處于同一量級，最大開挖線處的壓力值相對來說較大，右側壓力值最大為0.268MPa，左側壓力值最大為0.102MPa。仰拱邊緣處的壓力值相對較大，最大為0.406MPa，仰拱其他部位壓力值在0.100MPa以下。 2襯砌混凝土應力 從各斷面的監測數據來看，襯砌混凝土絕大部分處于受壓狀態，壓應力值也較為接近，處于同一量級，應力值比較穩定。二、兩個試驗段監測數據對比分析 3凈空收斂 從監測結果看，各斷面最大收斂值僅在

8、1mm左右，襯砌變形很小，數據受誤差影響較大。三、錨桿軸力測試分析里程圍巖類別拱頂左拱腰45度處右拱腰45度處左拱腳處鎖腳右拱腳處鎖腳墻腳處鎖腳最小應力最大應力最小應力最大應力最小應力最大應力最小應力最大應力最小應力最大應力最小應力最大應力YK49+670 22.92 30.47 16.00 88.11 5.81 7.39 -47.50 -129.63 -0.46 -10.16 0.74 -40.18 YK49+676 2.01 28.92 1.35 10.34 0.78 35.54 -0.56 -114.77 -0.46 -36.84 0.77 -46.09 YK50+104.2 1.84

9、37.76 7.63 57.11 11.76 53.16 0.24 -23.13 1.00 -35.47 -8.05 80.79 YK50+110.5 7.50 10.47 26.68 53.00 19.16 41.66 21.42 -30.34 4.87 -35.34 0.79 7.58 K52+296 4.21 4.53 0.82 9.85 1.14 2.73 -0.52 -2.04 0.31 0.83 0.21 -1.03 三、錨桿軸力測試分析錨桿軸力統計表注：正值表示壓應力；負值表示拉應力。三、錨桿軸力測試分析 通過對劉家坪2號隧道的兩個監測斷面、劉家坪3號隧道的兩個監測斷面以及劉家坪

10、5號隧道的一個監測斷面的錨桿軸力測試結果（見上表）分析可以看出，拱部錨桿軸力均為壓應力，拱腳處鎖腳錨桿軸力均為拉應力，墻腳處鎖腳錨桿所受軸力有拉應力也有壓應力。四、錨桿受力機理分析分析五、主要結論五、主要結論 經過長期監測，各項測試數據現已基本穩定。通過對監測數據的分析，得出以下結論： 1各項數據在測試元件埋設后的20天左右趨于穩定，說明隧道圍巖在初期支護施做后的20天左右就可以進入穩定狀態。 2由第1試驗段（有錨桿段）和其它有錨桿試驗斷面的錨桿軸力測試可知，拱部錨桿軸力均為壓應力，拱腳處鎖腳錨桿軸力均為拉應力，墻腳處鎖腳錨桿所受軸力有拉應力也有壓應力。 3通過對兩個試驗段的數據進行對比分析可知，不論從變形還是受力上講，同類數據是處在同一量級的，并且通過對多個隧道錨桿施工情況的了解，可以認為系統錨桿對于黃土隧道的結構穩定性無較大影響。五、主要結論 4由于采用分部開挖法施工，施工空間狹小，錨桿施工往往無法徑向施作，達不到設計的要求。 5通過對級圍巖隧道施工各個工序所需時間的統計，在四臺電鉆同時施工的工況下，錨桿施工所需時間至少為2小時，完成初期支護每個循環所需總時間約為16小時。如果取消系統錨桿，不但可及時進行噴射混凝土施工，能確保隧道穩定，而且可顯著縮短工期。 6以長3米的錨桿單價46元米計，級圍巖拱部的錨桿共有23根/延米，