黄土隧道中取消系统锚杆设计与施工技术PPT

1、黄土隧道中取消系统锚杆设计与施工技术,汇报人：长安大学 陈建勋,一、前言 二、两个试验段的对比分析 三、锚杆轴力测试分析 四、锚杆受力机理分析 五、结论,钢架条件下黄土隧道系统锚杆支护效果研究,一、前 言,一、前言,目前，黄土地区隧道的支护结构形式多采用复合式衬砌,它是由初期支护、防水层和二次衬砌组合而成。初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、系统锚杆、钢筋网、型钢拱架或者格栅拱架等支护部件进行适当组合的支护形式。但在黄土隧道中，系统锚杆是否能在结构中起到作用，这个问题一直倍受争议。鉴于此，在某黄土隧道中设置了有系统锚杆和无系统锚杆两个长各为30米的试验段，进行现场施工监控量测，其目的是通过对两

2、个监测段的对比，检验系统锚杆在黄土隧道中是否能起到应有的作用。,一、前言,一、前言,刘家坪3号隧道开挖跨度12.16米。在该隧道设置了两个试验段，共四个监测断面，均为级围岩。该段为离石组老黄土，土质较均匀，结构紧密，中部夹含多层棕红色古土壤层和少量钙质结核，呈块状整体结构，柱状节理发育。 隧道采用复合式衬砌，隧道开挖半径6.08m，采用拱部留核心土环形开挖法。该隧道设计支护参数见下表。,一、前言,隧道支护参数表,隧道施工步骤示意图,一、前言,第1试验段为有系统锚杆段，监测断面埋深约44米。第2试验段为无系统锚杆段，监测断面埋深约36米。,监测断面纵向布置,一、前言, 围岩压力 初期支护净空收敛

3、与拱部下沉 喷射混凝土应力 格栅拱架内、外侧应力 纵向连接筋应力 锚杆轴力 初期支护与二次衬砌间的接触压力 二次衬砌混凝土内、外侧应力 二次衬砌净空收敛,一、前言,监测项目,监测断面元件布置,初期支护阶段元件布置图,一、前言,二次衬砌阶段元件布置图,一、前言,钢筋应力计焊接,一、前言,二次衬砌混凝土中应变计的安装,一、前言,二、两个试验段的对比分析,二、两个试验段监测数据对比分析,试验段各监测数据对比分析,二、两个试验段监测数据对比分析,（一）初期支护阶段监测结果 1围岩压力 第1试验段中YK50+104.2断面的围岩压力分布不均，且压力值较大，其他三个断面的压力值相对来说比较接近，大多部位压

4、力值都在0.1MPa以下。二次衬砌施做后，压力值基本稳定。,2喷射混凝土应力 第2试验段的YK50+142断面的喷射混凝土有受拉力的情况，各个断面的喷射混凝土所受的压应力都在8.0MPa以下，在同一量级，应力值增长速率也大致相同。喷射混凝土施作后20天左右喷层应力趋于稳定，应力呈缓慢增长态势。但二次衬砌施作后，应力值有所下降，之后应力发展进入稳定阶段。,二、两个试验段监测数据对比分析,3格栅钢架应力 除YK50+134断面的拱顶和右拱60处的格栅外侧应力值大于100MPa（分别为111.4MPa和104.3MPa）外，其余各断面各点所受的应力均在100MPa以下，处于同一量级。格栅钢架施作后2

5、0天左右，格栅钢架应力趋于稳定，应力呈缓慢增长态势。但二次衬砌施做后，应力值有所下降，之后应力发展进入稳定阶段。,4净空收敛和拱顶下沉 从各个断面的收敛值和拱顶下沉值来看，变形在同一量级，大小比较接近，稳定所需时间也大致相同。,5第1试验段锚杆轴力 从监测结果来看，拱部和墙脚处锁脚锚杆不同深度处的轴力均为压力，而拱脚处的锁脚锚杆受拉，锚杆所受最大压应力为57.11MPa，,二、两个试验段监测数据对比分析,最大拉应力为35.47MPa，表明锚杆受力不大。 （二）二次衬砌阶段监测结果 1接触应力 四个监测断面的接触压力拱部压力值比较接近，处于同一量级，最大开挖线处的压力值相对来说较大，右侧压力值最

6、大为0.268MPa，左侧压力值最大为0.102MPa。仰拱边缘处的压力值相对较大，最大为0.406MPa，仰拱其他部位压力值在0.100MPa以下。,2衬砌混凝土应力 从各断面的监测数据来看，衬砌混凝土绝大部分处于受压状态，压应力值也较为接近，处于同一量级，应力值比较稳定。,二、两个试验段监测数据对比分析,3净空收敛 从监测结果看，各断面最大收敛值仅在1mm左右，衬砌变形很小，数据受误差影响较大。,三、锚杆轴力测试分析,三、锚杆轴力测试分析,锚杆轴力统计表,注：正值表示压应力；负值表示拉应力。,三、锚杆轴力测试分析,通过对刘家坪2号隧道的两个监测断面、刘家坪3号隧道的两个监测断面以及刘家坪5

7、号隧道的一个监测断面的锚杆轴力测试结果（见上表）分析可以看出，拱部锚杆轴力均为压应力，拱脚处锁脚锚杆轴力均为拉应力，墙脚处锁脚锚杆所受轴力有拉应力也有压应力。,四、锚杆受力机理分析分析,五、主要结论,五、主要结论,经过长期监测，各项测试数据现已基本稳定。通过对监测数据的分析，得出以下结论： 1各项数据在测试元件埋设后的20天左右趋于稳定，说明隧道围岩在初期支护施做后的20天左右就可以进入稳定状态。 2由第1试验段（有锚杆段）和其它有锚杆试验断面的锚杆轴力测试可知，拱部锚杆轴力均为压应力，拱脚处锁脚锚杆轴力均为拉应力，墙脚处锁脚锚杆所受轴力有拉应力也有压应力。,3通过对两个试验段的数据进行对比分

8、析可知，不论从变形还是受力上讲，同类数据是处在同一量级的，并且通过对多个隧道锚杆施工情况的了解，可以认为系统锚杆对于黄土隧道的结构稳定性无较大影响。,五、主要结论,4由于采用分部开挖法施工，施工空间狭小，锚杆施工往往无法径向施作，达不到设计的要求。 5通过对级围岩隧道施工各个工序所需时间的统计，在四台电钻同时施工的工况下，锚杆施工所需时间至少为2小时，完成初期支护每个循环所需总时间约为16小时。如果取消系统锚杆，不但可及时进行喷射混凝土施工，能确保隧道稳定，而且可显著缩短工期。,6以长3米的锚杆单价46元米计，级围岩拱部的锚杆共有23根/延米，工程造价为3174元，以隧道工程造价3万元米计，锚杆占工程的10.6。可见，取消锚杆可显著降低工程造价。,五、