黃土隧道錨桿支護技術匯報 著名教授

黃土隧道錨桿作用效果與機制

STRESSANDACTIONMECHANISMOFROCKBOLTINLOESSTUNNEL1問題的提出2現場試驗3錨桿作用機制4經濟效益分析5工程應用1問題的提出1問題的提出

20世紀70年代至80年代末，主要為單線鐵路隧道。

大量的試驗研究結果表明，錨桿在噴錨支護結構中起著重要作用。跨度小，斷面小初期支護：錨桿+噴射混凝土+鋼筋網1問題的提出

20世紀90年代以來，大斷面隧道和復雜地質情況增多，在軟弱地層中的隧道初期支護結構必須增設鋼架。

在鋼架條件下系統(tǒng)錨桿支護效果如何？有兩種觀點：作用不大，可以取消；有重要作用，理應設置。系統(tǒng)研究很少。

目前，在學術界和工程界存在很大爭議。1問題的提出

本課題組認為黃土隧道結構采用由鋼架、噴射混凝土、鋼筋網和系統(tǒng)錨桿共同組成的聯(lián)合支護結構不盡合理。系統(tǒng)錨桿在黃土隧道中的作用不大，理由如下：

二次襯砌防水層鋼架鋼筋網噴射混凝土系統(tǒng)錨桿錨桿作用機理懸吊作用加固圍巖支承圍巖組合梁剛架作用機理①加強限制圍巖變形②作為超前支護的后支點③承受部分松弛荷載

錨桿是伸入到圍巖內部，產生相對位移，利用圍巖自承能力。主動加固圍巖鋼架架設在圍巖外側被動支撐作用兩者對隧道支護的機理截然不同1問題的提出（1）兩者支護的機理不同1問題的提出

（2）

錨桿發(fā)揮作用的兩個前提：錨桿錨固材料與圍巖要有足夠的黏結力要有足夠的錨固段。錨桿作用示意圖

黃土隧道中錨桿的拉拔力只有20～30kN，粘結力??；

大斷面黃土隧道圍巖的松弛區(qū)往往變大，目前以“短而密”原則設置的系統(tǒng)錨桿，錨桿的長度往往未穿過松弛區(qū)，即根本沒有錨固段。1問題的提出

（3）

錨桿受力的計算分析難度很大，往往人為地假定錨桿支護的效果提高了圍巖的彈性模量E，黏聚力c和內摩擦角。這在黃土中并不是很合理，相反往往由于打入了錨桿反而破壞了黃土的結構，降低了圍巖的強度和穩(wěn)定性。（與巖石是有區(qū)別的）1問題的提出

（4）

黃土隧道支護施工工序開挖→初噴射混凝土→立鋼架→掛設鋼筋網片→安設錨桿→噴射混凝土達到設計厚度

安設錨桿在架立鋼架之后，所以鋼架對圍巖變形的制約，必然會影響到錨桿作用的發(fā)揮。

1問題的提出錨桿不能及時徑向施作，發(fā)揮不了錨固作用。

（5）

黃土隧道施工多采用分部開挖，施工場地狹小。1問題的提出

（6）

在黃土中錨桿施工成孔困難，注漿不易，影響工程進度。1問題憶的提溉出為了膝解答騾上述刻問題窄，采投用現者場試她驗和秒理論冤分析艷的方敬法，問研究拐錨桿尖在黃蠅土隧慘道中唐的支拼護效鍵果與壩機制杯?？s短墊工期減少氧施工爭工序及時梯封閉債支護惹結構節(jié)省啞工程挎造價黃土夠隧道侍取消寨系統(tǒng)渣錨桿有利展于施鞏工安構全2現場離試驗2現場晶試驗以X婆X至園XX浮高速洪公路銷多座崖單洞謙兩車粘道黃臉土隧喉道為鈴依托告，開島展黃改土隧爸道錨求桿支覺護效疫果現鞠場試勤驗，愧其中納包括直：（1）黃調土隧懷道變刊形現殲場測或試；（2）黃親土隧曾道錨筍桿軸耽力測宰試；（3）有稱、無戒系統(tǒng)腎錨桿草黃土塞隧道呼圍巖東穩(wěn)定歇性及兔支護努效果尤現場呢對比悔試驗府。通過漫現場提試驗沒結果懼分析躍，評田價錨癥桿在失黃土崇隧道鎮(zhèn)中的月作用雖效果孟，探平討錨悉桿在卸黃土烤隧道側中的研作用鄉(xiāng)豐機理育。2現場挖試驗在X燥X隧炮道群兔的IV、V、VI級圍巖寇條件宏下開號展有初無系伙統(tǒng)錨套桿的途試驗尿，分訪別在IV、V級圍堤巖條榆件下盲開展亡了30米打油設系除統(tǒng)錨稿桿和30米不趁打設扯系統(tǒng)患錨桿質隧道瞞圍巖匙穩(wěn)定騾性和埋支護駛效果旅的現效場對倆比試夜驗，嘩共布黨設了14個測錢試斷兔面，覆埋設了12邀37個測竄試元死件，斬獲得仆數萬孕組測型試數錦據。2現場螞試驗序號項目名稱儀器測讀頻率1～15d15d～1個月1～3個月＞3個月1凈空收斂SWJ-IV收斂計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月2拱頂下沉精密水準儀1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月3圍巖壓力鋼弦式土壓力盒1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月4噴射混凝土應力鋼弦式砼應變計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月5型鋼拱架應力鋼弦式表面應變計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月6縱向連接筋鋼弦式鋼筋應力計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月7錨桿軸力鋼弦式鋼筋應力計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月8圍巖內部位移多點位移計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月9接觸壓力鋼弦式土壓力盒1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月10二襯混凝土應力鋼弦式砼應變計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月11二襯鋼筋應力鋼弦式鋼筋應力計1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月隧道兆現場筐監(jiān)控醫(yī)量測止項目遞及方繼法XX決3號組隧道疾IV鞏級圍紀巖有鄭無錨辰桿試藍驗段駁縱斷抱面圖XX展5號旺隧道誰V級奸圍巖漠有無削錨桿吩試驗煉段縱物斷面禁圖2.紡1菊試子驗方投案1）魔斷出面布闖置2.最1葡試心驗方創(chuàng)案Ⅳ級蕩圍巖日初期震支護會階段角測試貞元件倆布置煩圖Ⅳ級易圍巖撓初期布支護粥階段勿測力哈錨桿撇布置劇圖2）濟測擁點布哲置2.籠1石試斬驗方保案Ⅴ級巾圍巖蹄初期蝕支護價階段述測試蔬元件鈔布置干圖Ⅴ級圍魂巖初調期支勝護階緞段測衫力錨饞桿布饒置圖2）鑄測蛋點布東置測試償元件腹及現桶場埋檔設情動況測試虛元件他及現廁場埋夜設情紀況2現場木試驗2.嚷2試驗招結果2.占2.雖1對比隱試驗試驗項目有系統(tǒng)錨桿試驗段無系統(tǒng)錨桿試驗段監(jiān)測斷面最大值/mm平均值/mm監(jiān)測斷面最大值/mm平均值/mm凈空收斂/mmYK50+104.212.2314.68YK50+13414.9315.11YK50+110.59.85YK50+13612.12YK50+116.521.95YK50+14218.28土體內部位移/mmYK50+104.20.78(左)-—YK50+1344.10(左)—3.77(右)5.00(右)YK50+110.53.92(左)—YK50+1367.09(左)—7.02(右)4.61(右)YK50+1420.06(左)—9.48(右)拱頂沉降/mmYK50+104.211.021.50YK50+1342017.50YK50+110.532YK50+14215噴射混凝土應力/MPaYK50+104.27.23.35YK50+1345.32.95YK50+110.56.0YK50+1424.5有、蹦無系連統(tǒng)錨偶桿試旋驗段之各項溝監(jiān)測法數據識對比格柵鋼架內側應力/MPaYK50+104.291.860.4YK50+134104.353.5YK50+110.5134.6YK50+14297.8格柵鋼架外側應力/MPaYK50+104.299.060.3YK50+13487.453.1YK50+110.5105.8YK50+14272.6縱向連接筋應力/MPaYK50+104.243.634.2YK50+13467.745.9YK50+110.536.7YK50+14274.1接觸壓力/MPaYK50+104.20.050.011YK50+1340.0200.007YK50+110.50.02YK50+1420.008二次襯砌混凝土內側應力/MPaYK50+104.21.880.68YK50+1340.920.64YK50+110.50.95YK50+1421.28二次襯砌混凝土外側應力/MPaYK50+104.21.060.60YK50+1341.130.66YK50+110.51.01YK50+1421.182現場抓試驗2.宏2試驗壁結果2.畝2.摘1對比撐試驗有、孫無系綁統(tǒng)錨除桿試硬驗段偉各項話監(jiān)測鴿數據遲對比2現場擾試驗2.策2試驗帝結果2.糾2.玩1對比筋試驗在黃而土隧斯道的IV級圍斤巖中截，從蜜變形柔上講獎，有沒系統(tǒng)喚錨桿進試驗廁段的擺凈空顫收斂尺均值危與無材系統(tǒng)哈錨桿魯試驗麗段的嘴凈空紛收斂蓮均值溫相差招不大喇，二嬸者相胡差僅榜為0.羊47寧mm；有鑰系統(tǒng)鑰錨桿楚試驗幸段的聚拱部導沉降軟均值頓大于佳無系疊統(tǒng)錨腿桿試限驗段封的拱后部沉航降均赴值，功二者荒相差4m補m。從2個試揪驗段凱的應懲力測杏試數野據上胖看，寺相同皂項目喬的監(jiān)補測值振相對猾來說腎相差避不大嚷。2現場男試驗2.青2試驗度結果2.旁2.虎2錨桿擊應力在X惱X2號隧漁道的2個測蛋試斷丈面、虎XX3號隧花道的2個測糠試斷帝面以劈燕及X倚X5號隧噸道的3個測幻玉試斷暢面共鄭埋設旦了48根測彎力錨冷桿。啄按不錄同位霜置統(tǒng)似計結瘋果如傳下表已所列刊。按不削同位娃置統(tǒng)犁計錨堆桿受只力情別況2.障2.寨2錨桿讓應力里程圍巖級別位置最大應力/MPa最大應力占鋼材設計強度的百分比/%YK50+104.2IV拱頂3811YK50+110.5113K52+296V62K52+350損壞—K52+36011133YK49+670Ⅵ299YK49+676299K52+350V左拱腰30度處損壞—K52+3605917YK50+104.2IV左拱腰45度處5717YK50+110.55316K52+296V134YK49+670Ⅵ8826YK49+6761242.軟2.鋼2錨桿干應力里程圍巖級別位置最大應力/MPa最大應力占鋼材設計強度的百分比/%K52+350V右拱腰30度處5015K52+3604212YK50+104.2IV右拱腰45度處5316YK50+110.54212K52+296V51YK49+670Ⅵ175YK49+6763611K52+350V左拱腰60度處93K52+360-206K52+350V右拱腰60度處113K52+360154按不那同位糖置統(tǒng)印計錨徹桿受煎力情室況2.渾2.筍2錨桿嘴應力里程圍巖級別位置最大應力/MPa最大應力占鋼材設計強度的百分比/%YK50+104.2IV左拱腳處鎖腳錨桿-237YK50+110.5-329K52+296V72K52+350-82K52+360226YK49+670Ⅵ-13038YK49+676-11534YK50+104.2IV右拱腳處鎖腳錨桿-3611YK50+110.5-3510K52+296V21K52+350124K52+360-51YK49+670Ⅵ-103YK49+676-37112.拘2.怨2錨桿犁應力按不讀同位內置統(tǒng)逃計錨矩桿受災力情局況里程圍巖級別位置最大應力/MPa最大應力占鋼材設計強度的百分比/%K52+350V左墻腳處鎖腳錨桿7723K52+360165YK50+104.2IV右墻腳處鎖腳錨桿8425YK50+110.582K52+296V21K52+35082K52+360-113YK49+670Ⅵ-5215YK49+676-4614典型輔斷面愉錨桿并受力阻分布(單位粗：MP絕a)（a）責X理X3號隧鍋道YK車50拘+1斥04掀.2錨桿串受力羊分布淡圖（筆“+”為受她壓，拌“-”為受勢拉）2.疤2.臭2錨桿獵應力典型季斷面臭錨桿陪受力宗分布(單位相：MP堪a)2.播2.澆2錨桿松應力（b）輩X眼X5號隧循道K5繳2+勞36液0錨桿活受力堵分布（1）拱朗部共味埋設她了25根錨婆桿，遷除去2個因庸元件繩損壞主的無假效數怠據，掏有效雁數據23個。徐對有畜效數湖據進棕行分畏析，安其中掘最大膝應力首處于乎受壓博的有22個，本占測矛試數鳥據的96債%，最起大壓虜應力友值為11朱1M躬Pa，占絹錨桿終設計鼓強度溝的33旋%。1個拉草應力化值較艇小，壟為-2奸0M蓄Pa。因協(xié)此，勤拱部枯錨桿透以受街壓為貼主。（2）拱脹腳處采共埋熟設了14根錨蜻桿，燙其中汗最大布應力靜處于藏受拉拉的有10個，皇占測角試數呆據的71姐%，最擦大拉盯應力迫值為13守0M桑Pa，占請錨桿丹設計傅強度嚇的38吐%，最低大壓塔應力川值僅埋為22光MP額a，占陣錨桿窗設計岸強度鉗的6%，因兆此，晨拱腳筋處鎖饑腳錨傘桿以菌受拉射為主著。2現場評試驗（3）墻菊腳處培共埋修設了9根錨陜桿，服其中叫最大綢應力罵處于秒受拉翁的有3個，經最大讀拉應仰力值插為52醋MP猛a，占囑錨桿虹設計減強度駱的15答%，最浙大應簡力處穿于受寒壓的這有6個，鑒最大膏壓應種力值菊為84統(tǒng)MP訓a，占皺錨桿秀設計期強度志的25第%，因縫此，鴿墻腳翁處鎖騙腳錨荒桿有握拉應振力也餓有壓惜應力因。（4）鎖掛腳錨嘆桿應胃力普數遍大劇于拱誘部錨計桿應答力。臭絕大襯部分伍錨桿豪的受利力最飛大值獸發(fā)生織在入掏土1.膀4m以內盛的淺塊層，嶺隨著趨入土邪深度班的增界加受勒力漸死小。2現場奏試驗2現場敞試驗通過喪對兩機個有陰、無怕系統(tǒng)疲錨桿盞試驗努段隧鍵道支究護結佛構變爐形與晉受力咸測試釋結果磁進行何對比要分析陳，可頁以得連出以寒下結宇論：2現場渾試驗2.壯2試驗程結論2現場支試驗（1）支援護結省構的舞變形總體告來說土，兩領個試孟驗段佛的拱壓部沉滿降和季凈空庫收斂睬值相丘差不寫大，糖變形肌初期餅增長著較快轎，仰雅拱施看作后堅，變喪形趨堂于穩(wěn)栗定，臟邊墻匯凈空初收斂宜量測路值均擺大于企土體襪內部傳位移湊量測板值，殊表明敲邊墻缺處土婦體松政弛范衛(wèi)圍大鄙于3m，設跟計中盼錨桿張采用3m長偏唉短。2.慮2試驗度結論2現場伐試驗（2）鋼旬架應內力各斷床面格瞞柵鋼達架應伐力以到受壓障為主愧，拱傻部的脂格柵兆鋼架炎應力軌相對哄較大少，邊甜墻處只較小廢。鋼去架是戰(zhàn)重要蠶的支勾護結扛構，逆格柵塌鋼架粒應力緞初期省增長渾較快瀉，仰劑拱施宵作后輛，格遙柵鋼臟架應何力增為長速職率減艇小。獸應力碗增長塵具有騙較強穿的規(guī)碑律性鑰，二灰次襯窗砌施吳作后妹，格鐵柵鋼頌架應肢力有皂所減錄小，墳且迅延速穩(wěn)始定，棄說明襯二次侮襯砌持承擔陳了一咽部分楊荷載膽。2.籠2試驗科結論2現場科試驗（3）錨雜桿應巴力由于援采用噴分部晌開挖冬法施奴工，見施工銳空間灑狹小狼，拱險部錨癢桿施駁工往海往無扁法徑牽向施憶作，韻達譯不到言設計賤的要月求。界錨桿束受力貓最大蔽值絕植大部弄分發(fā)醫(yī)生在溉最淺蝴處，硬且隨莖著深左度的孔增加莊受力吃減小洲，拱勢部系以統(tǒng)錨元桿處遇于受謹壓狀臥態(tài)。幻玉這說拿明拱差部系晉統(tǒng)錨竟桿并暈沒有吸起到妖支護瓜作用辭。拱叉腳處護鎖腳診錨桿絕處于霧受拉羊狀態(tài)苦，說善明拱捐腳處菠鎖腳陵錨桿綢對限卷制隧連道變頓形是刮可以押起到瘡一定捆作用殲的。所述欺結果遲表明頃：鋼趕架支碗護條回件下?lián)到y(tǒng)獎錨桿毀在黃堆土隧碧道中伴的作哥用不賽明顯務，可卻以取成消。黃土鉛隧道中初期繼支護義應采被用：鋼架+噴射漲混凝虹土+鋼筋畝網+鎖腳決錨桿?。ü苕湥┙M減合結蹦構減少預了工批序，器縮短索了初麗期支短護封尿閉成延環(huán)時察間，翼加快陽了施滅工進陪度，澡提高帶了施找工安統(tǒng)全性訂和結形構穩(wěn)弦定性垮，降畢低了珠工程遍造價弄。公路照隧道桃設計縮慧規(guī)范材（JT哪G悶D7獵0-魯20柔04）（志第14或.6深.3條）鐵路雀隧道負設計托規(guī)范徐（TB膏10葬00廈3-翠20懶05拴J陰44扒9-高20教05）（桃第7.棟3.暖1條）日本煌、歐耕美等滲國家抄軟弱蘇地層盲隧道霜中突破憲了現柱行國恒內外存設計抗規(guī)范朝！傳統(tǒng)占襯砌仇結構江型式新的菌襯砌余結構堪型式二次襯砌防水層鎖腳錨桿鋼筋網噴射混凝土鋼架二次襯砌防水層鋼架鋼筋網噴射混凝土系統(tǒng)錨桿3錨桿衫作用腎機制3肆.1錨桿伸作用而機制錨桿粒作用畫示意臥圖錨桿淚起到馬錨固進作用燦的2個前亂提條瓣件：有錨俗固段錨桿戲與圍移巖要努有良郵好的較相互釋黏結錨桿恰與土負體采箭用水善泥砂柿漿或慈藥卷含式錨槐固劑香黏結饅效果支都不囑太理嗽想，逆錨桿勝拉拔掘力很揭小，降往往播只有20礦~3告0k避N。3.嬌1錨桿木作用受機制淺埋乏兩車框道黃譽土隧留道，蒙地表則會產兆生沉能降或鄭裂縫際，拱借部會攻發(fā)生被整體尖沉降遇。拱鍬部系去統(tǒng)錨俱桿不剩存在杜錨固樣段。淺埋膝黃土音隧道放地表扣產生拖沉降深埋堡黃土狹隧道亮，開佳挖后跟土體據產生飄了較等大塑援性區(qū)眠。目最前以防“短崖而密多”為趣設置沃原則距采用雅的系通統(tǒng)錨丹桿（執(zhí)如IV級圍鮮巖錨賄桿長3撞m），殊并未構穿過哪塑性推區(qū)?；卞^桿政亦不稅存在辱錨固寄段。3.懷1錨桿遙作用辰機制深埋冷黃土亮隧道漂產生驅塑性腹區(qū)3.胡2錨桿鬧力學縫狀態(tài)碑分析黃土市隧道卻開挖冠后，腸周圍匯土體膚要產寇生變美形，亡主要世包括距：（1）應呼力釋估放和譯土體膽擾動繭引起廳的彈吳性、育塑性努和松障動變青形；（2）初謠期支附護背帖部因沖回填謀不密省實而道誘發(fā)訴的土仍體沉從降；（3）采態(tài)用型蹲鋼鋼虹架支燦護后植，其獎背部梢因噴吸射混暖凝土裂無法嫌噴到甲位而罪誘發(fā)扇的土懲體沉卵降；（4）施棍工擾宏動土畢體后故期產炕生的神壓密閉沉降都；（5）地竄下水冰位線峽以下傻的隧悄道，毯因開抓挖而侍引起團的水農位下基降，悼使部準分飽規(guī)和土鉤體變騎為非亦飽和眠的欠寫固結撇土，浴從而霉引發(fā)仔次固網結沉臺降。3.潮2錨桿蠅力學夠狀態(tài)爸分析隧道失開挖吃后，晉由鋼舊架、移系統(tǒng)蟻錨桿害、鋼怨筋網公、噴待射混朽凝土嶄形成贏的組脊合結扇構共稿同限局制土醫(yī)體的斥變形秧。（1）鋼蜻架、酒鋼筋茅網、亭噴射看混凝躲土是崇在圍添巖（鈔土體茂）外部帝約束爺土體路變形招。（2）而踐系統(tǒng)藏錨桿沃則是遵錨固售到初渣期支視護上身，伸鍬入到姓土體盤中，從土撒體內畢部約耍束變何形。在初正期支惡護施稱作后牛，相劇對于年土體蹤蝶的后典續(xù)變是形，地錨桿研是固創(chuàng)定不如動的勁，所秩以在擦淺埋筑黃土樓隧道約或塑艷性區(qū)濕大的錢深埋糊黃土擋隧道膨，拱您部系充統(tǒng)錨動桿受小到了來土體處向下顆的摩屬阻力迅，相梯當于頑樁承直受負奧摩阻逃力，爪因而艱拱部恥系統(tǒng)改錨桿夏受壓閑。3.淋2錨桿集力學慶狀態(tài)鏟分析4經濟李效益賠分析通過柳對IV級圍肉巖黃采土隧到道施愈工各臥工序課所需尸時間失的統(tǒng)會計，壇在4臺電準鉆同以時施國工的航情況屋下，震施作辜一個扯循環(huán)頃的系斯統(tǒng)錨禾桿至擁少需動要2h，完節(jié)成一劈燕個循狼環(huán)的高初期壇支護持所需遺總時談間約16濱h。若咸取消吹系統(tǒng)僑錨桿宰，即娛可縮責短12貌%的建魄設工米期。炸在V，VI級圍秀巖情種況下攪節(jié)省肚時間伏則更遇加顯退著。4經濟茅效益則分析4經濟勞效益崖分析可見檔，取嗚消系音統(tǒng)錨身桿可謀明顯漫降低臨工程竊造價惱，有嶄特別政顯著添的經膏濟效劑益。圍巖級別錨桿長度/m錨桿根數錨桿