黃土隧道中取消系統(tǒng)錨桿設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)

黃土隧道中取消系統(tǒng)錨桿設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)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(jié)論鋼架條件下黃土隧道系統(tǒng)錨桿支護效果研究一、前言一、前言

目前，黃土地區(qū)隧道的支護結(jié)構(gòu)形式多采用復(fù)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(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、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(tǒng)錨桿是否能在結(jié)構(gòu)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(shè)置了有系統(tǒng)錨桿和無系統(tǒng)錨桿兩個長各為30米的試驗段，進行現(xiàn)場施工監(jiān)控量測，其目的是通過對兩個監(jiān)測段的對比，檢驗系統(tǒng)錨桿在黃土隧道中是否能起到應(yīng)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(shè)置了兩個試驗段，共四個監(jiān)測斷面，均為Ⅳ級圍巖。該段為離石組老黃土，土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)緊密，中部夾含多層棕紅色古土壤層和少量鈣質(zhì)結(jié)核，呈塊狀整體結(jié)構(gòu)，柱狀節(jié)理發(fā)育。隧道采用復(fù)合式襯砌，隧道開挖半徑6.08m，采用拱部留核心土環(huán)形開挖法。該隧道設(shè)計支護參數(shù)見下表。

一、前言初期支護超前錨桿錨桿型鋼鋼筋網(wǎng)縱向連接筋噴射混凝土Φ22藥卷式L=4m環(huán)向間距40cmΦ22藥卷式L=3m間距100×100cmH-15×15格柵拱架縱向間距90cmφ615×15cmΦ25C25早強砼20cm二次襯砌45cm厚模注混凝土

隧道支護參數(shù)表

隧道施工步驟示意圖一、前言

第1試驗段為有系統(tǒng)錨桿段，監(jiān)測斷面埋深約44米。第2試驗段為無系統(tǒng)錨桿段，監(jiān)測斷面埋深約36米。無系統(tǒng)錨桿試驗段有系統(tǒng)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(jiān)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(yīng)力

★格柵拱架內(nèi)、外側(cè)應(yīng)力

★縱向連接筋應(yīng)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(nèi)、外側(cè)應(yīng)力

★二次襯砌凈空收斂一、前言監(jiān)測項目監(jiān)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(yīng)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(yīng)變計的安裝一、前言二、兩個試驗段的對比分析監(jiān)測項目監(jiān)測值（位移單位mm；應(yīng)力單位MPa）平均值第1試驗段（有系統(tǒng)錨桿段）第2試驗段（無系統(tǒng)錨桿段）凈空收斂14.6715.11拱部下沉18.3514.35噴射混凝土應(yīng)力3.12.2格柵拱架內(nèi)側(cè)應(yīng)力60.453.5格柵拱架外側(cè)應(yīng)力60.344.8縱向連接筋應(yīng)力34.229.9接觸壓力0.01050.0065二次襯砌混凝土內(nèi)側(cè)應(yīng)力0.680.59二次襯砌混凝土外側(cè)應(yīng)力0.520.54二、兩個試驗段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

試驗段各監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

二、兩個試驗段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

（一）初期支護階段監(jiān)測結(jié)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(wěn)定。

2．噴三射混三凝土三應(yīng)力第2試驗三段的YK三50三+1三42斷面三的噴三射混三凝土三有受三拉力三的情三況，三各個三斷面三的噴三射混三凝土三所受三的壓三應(yīng)力三都在8.三0M三Pa以下三，在三同一三量級三，應(yīng)三力值三增長三速率三也大三致相三同。三噴射三混凝三土施三作后20天左三右噴三層應(yīng)三力趨三于穩(wěn)三定，三應(yīng)力三呈緩三慢增三長態(tài)三勢。三但二三次襯三砌施三作后三，應(yīng)三力值三有所三下降三，之三后應(yīng)三力發(fā)三展進三入穩(wěn)三定階三段。二、三兩個三試驗三段監(jiān)三測數(shù)三據(jù)對三比分三析3．格三柵鋼三架應(yīng)三力除YK三50三+1三34斷面三的拱三頂和三右拱60三°處的三格柵三外側(cè)三應(yīng)力三值大三于10三0M三Pa（分三別為11三1.三4M三Pa和10三4.三3M三Pa）外三，其三余各三斷面三各點三所受三的應(yīng)三力均三在10三0M三Pa以下三，處三于同三一量三級。三格柵三鋼架三施作三后20天左三右，三格柵三鋼架三應(yīng)力三趨于三穩(wěn)定三，應(yīng)三力呈三緩慢三增長三態(tài)勢三。但三二次三襯砌三施做三后，三應(yīng)力三值有三所下三降，三之后三應(yīng)力三發(fā)展三進入三穩(wěn)定三階段三。4．凈三空收三斂和三拱頂三下沉從各三個斷三面的三收斂三值和三拱頂三下沉三值來三看，三變形三在同三一量三級，三大小三比較三接近三，穩(wěn)三定所三需時三間也三大致三相同三。5．第1試驗三段錨三桿軸三力從監(jiān)三測結(jié)三果來三看，三拱部三和墻三腳處三鎖腳三錨桿三不同三深度三處的三軸力三均為三壓力三，而三拱腳三處的三鎖腳三錨桿三受拉三，錨三桿所三受最三大壓三應(yīng)力三為57三.1三1M三Pa，二、三兩個三試驗三段監(jiān)三測數(shù)三據(jù)對三比分三析最大三拉應(yīng)三力為35三.4三7M三Pa，表三明錨三桿受三力不三大。（二三）二三次襯三砌階三段監(jiān)三測結(jié)三果1．接三觸應(yīng)三力四個三監(jiān)測三斷面三的接三觸壓三力拱三部壓三力值三比較三接近三，處三于同三一量三級，三最大三開挖三線處三的壓三力值三相對三來說三較大三，右三側(cè)壓三力值三最大三為0.三26三8M三Pa，左三側(cè)壓三力值三最大三為0.三10三2M三Pa。仰三拱邊三緣處三的壓三力值三相對三較大三，最三大為0.三40三6M三Pa，仰三拱其三他部三位壓三力值三在0.三10三0M三Pa以下三。2．襯三砌混三凝土三應(yīng)力從各三斷面三的監(jiān)三測數(shù)三據(jù)來三看，三襯砌三混凝三土絕三大部三分處三于受三壓狀三態(tài)，三壓應(yīng)三力值三也較三為接三近，三處于三同一三量級三，應(yīng)三力值三比較三穩(wěn)定三。二、三兩個三試驗三段監(jiān)三測數(shù)三據(jù)對三比分三析3．凈三空收三斂從監(jiān)三測結(jié)三果看三，各三斷面三最大三收斂三值僅三在1m三m左右三，襯三砌變?nèi)魏苋?，三?shù)據(jù)三受誤三差影三響較三大。三、三錨桿三軸力三測試三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(yīng)力最大應(yīng)力最小應(yīng)力最大應(yīng)力最小應(yīng)力最大應(yīng)力最小應(yīng)力最大應(yīng)力最小應(yīng)力最大應(yīng)力最小應(yīng)力最大應(yīng)力YK49+670

Ⅵ

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

Ⅳ

1.84

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

Ⅴ

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、三錨桿三軸力三測試三分析錨桿三軸力三統(tǒng)計三表注：三正值三表示三壓應(yīng)三力；三負值三表示三拉應(yīng)三力。三、三錨桿三軸力三測試三分析通過三對劉三家坪2號隧三道的三兩個三監(jiān)測三斷面三、劉三家坪3號隧三道的三兩個三監(jiān)測三斷面三以及三劉家三坪5號隧三道的三一個三監(jiān)測三斷面三的錨三桿軸三力測三試結(jié)三果（三見上三表）三分析三可以三看出三，拱三部錨三桿軸三力均三為壓三應(yīng)力三，拱三腳處三鎖腳三錨桿三軸力三均為三拉應(yīng)三力，三墻腳三處鎖三腳錨三桿所三受軸三力有三拉應(yīng)三力也三有壓三應(yīng)力三。四、三錨桿三受力三機理三分析三分析五、三主要三結(jié)論五、三主要三結(jié)論經(jīng)過三長期三監(jiān)測三，各三項測三試數(shù)三據(jù)現(xiàn)三已基三本穩(wěn)三定。三通過三對監(jiān)三測數(shù)三據(jù)的三分析三，得三出以三下結(jié)三論：1．各三項數(shù)三據(jù)在三測試三元件三埋設(shè)三后的20天左三右趨三于穩(wěn)三定，三說明三隧道三圍巖三在初三期支三護施三做后三的20天左三右就三可以三進入三穩(wěn)定三狀態(tài)三。2．由三第1試驗三段（三有錨三桿段三）和三其它三有錨三桿試三驗斷三面的三錨桿三軸力三測試三可知三，拱三部錨三桿軸三力均三為壓三應(yīng)力三，拱三腳處三鎖腳三錨桿三軸力三均為三拉應(yīng)三力，三墻腳三處鎖三腳錨三桿所三受軸三力有三拉應(yīng)三力也三有壓三應(yīng)力三。3．通三過對三兩個三試驗三段的三數(shù)據(jù)三進行三對比三分析三可知三，不三論從三變形三還是三受力三上講三，同三類數(shù)三據(jù)是三處在三同一三量級三的，三并且三通過三對多三個隧三道錨三桿施三工情三況的三了解三，可三以認三為系三統(tǒng)錨三桿對三于黃三土隧三道的三結(jié)構(gòu)三穩(wěn)定三性無三較大三影響三。五、三主要三結(jié)論4．由三于采三用分三部開三挖法三施工三，施三工空三間狹三小，三錨桿三施工三往往三無法三徑向三施作三，達三不到三設(shè)計三的要三求。5．通三過對Ⅳ級圍三巖隧三道施三工各三個工三序所三需時三間的三統(tǒng)計三，在三四臺三電鉆三同時三施工三的工三況下三，錨三桿施三工所三需時三間至三少為2小時三，完三成初三期支三護每三個循三環(huán)所三需總?cè)龝r間