浅谈黄土隧道中的锚杆

浅谈黄土隧道中的锚杆【摘要】黄土隧道系统锚杆的作用效果问题一直是工程设计与施工人员争议的焦点，本文对锚杆的作用与使用进行了简要阐述。【关键词】黄土隧道；锚杆；施工方法；技术0引言锚杆是地下工程的主要支护手段之一。20世纪60年代末期，随着新奥法的发展以及全长黏结锚杆的出现，锚杆的使用范围也不断扩大，许多国家都在锚杆的作用机制和支护效果上进行了大量的研究，提出了锚杆的悬吊作用、组合梁作用、成拱作用、销钉作用与支护作用等作用机制。我国的从事隧道工程的设计和施工人员也不断的摸索，探究，取得了不少成果。锚杆可以分为对于硬岩，锚杆可以起到保持岩块和控制岩块的移动，使围岩成为一整体，促进平衡拱形成的作用；对于软岩，锚杆的作用效果是增加内压，以减小围岩塑性区和隧道变形；对于土沙类围岩，锚杆的作用效果主要是加强拱脚稳定和防止掌子面崩塌。关于黄土的工程特性、黄土隧道的设计与施工技术、黄土地层锚固机制以及黄土隧道系统锚杆的效果作用，国内都进行过深入研究，基本基于两种观点：一是认为黄土隧道的系统锚杆对隧道初支的稳定性不起作用，可以取消；另一种观点认为锚杆对隧道初支的稳定性能够起到一定的作用，应该设置，目前为止，很多设计院都趋于保守的观点，黄土隧道都设计有边墙及锁脚处的系统锚杆。笔者认为系统锚杆在边墙及锁脚的锚杆应该保留，在黄土隧道中的作用尤为重要，应该设置。1黄土隧道中锚杆设置的理论基础1.1针对黄土隧道基底承载力低、侧应力较大、湿陷性等特点，施工时严格执行“管超前、短开挖、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、勤量测、速衬砌”的施工原则，仰拱紧跟掌子面施工，以有效控制拱顶下沉和控制围岩变形，保证隧道施工安全。而现在国内主要的隧道开挖方法是新奥法，而新奥法的主要支护手段就是锚喷支护，锚杆的设置在里边起到关键作用。1.2目前，黄土隧道采用由钢架、喷射混凝土、钢筋网和系统锚杆共同组成的联合支护结构非常合理，钢架可以和伸入到围岩内部的锚杆焊接，共同受力，主动加固围岩、充分利用围岩承载力。1.3黄土隧道中锚杆支护的效果提高了围岩的弹性模量E，黏聚力c和内摩擦角φ。对土体的稳定性发挥更大的作用。1.4锚杆和砂浆在黄土中的作用就如在地基中的地梁，能控制土体的局部变形，维持围岩的稳定。1.5目前在黄土隧道施工过程中，通常采用的支护顺序是：开挖→初喷射混凝土→立钢架→挂设钢筋网片→安设锚杆→喷射混凝土达到设计厚度，由于安设锚杆在架立钢架之后，能和初支的钢筋网和钢架形成整体，可有效控制边墙土体变形和喷射混凝土的开裂，还可在仰拱浇筑前控制钢架的下沉。2黄土隧道中锚杆受力分析2.1黄土隧道中系统锚杆的作用机制2.1.1锚杆对不稳定岩体有很好的加固效果。在岩石隧道中，锚杆一端要锚固在稳定的岩体中，即要有锚固段，而另一端与不稳定的围岩黏结在一起可产生共同变形，起到锚固作用。现滋沙2.1.2窗赛借助于锚杆灌于浆料与填土间藏的摩擦力来提挖高土体的抗剪次强度，从而保族证土体平衡雀。稻泳蜜肚2.2肿偏黄土隧道中系盗统锚杆的力学羡状态分梢析蔽坏撑旅2.2.1做辆下面从土体的仇变形分析黄土业隧道拱部系统初锚杆的力学状现态。黄土隧道夏开挖后，周围竟土体要产生变梦形，其中包括开：板骨昏（午1日）土体应力状兰态发生了变化淘，产生了弹性盗、塑性、黏性露变形怜。午息守（劣2向）采用型钢钢喘架支护时，其音背部混凝土喷塑射不到，存在泳空隙，诱发了舌土体下沉罗。党核遗（榆3啦）施工过程中谈，土体被扰动蒜后，后期产生拾压密沉降仍。描进留（层4佩）地下水位线慨以下的隧道，送开挖后地下水酒要向隧道位置假迁移，地下水顶位降低，土体辉中有效应力增咬大，土体会产潮生次固结沉降陶。式倘隧道开挖屑后，由钢架、夜系统锚杆、钢算筋网、喷射混牧凝土形成的组铺合结构共同抑还制土体的变形朵。在初期支护郊施作后，相对东于土体的后续置变形，锚杆是盈固定不动的，佳因此在浅埋黄明土隧道或塑性配区大的深埋黄随土隧道，拱部俘系统锚杆受到除了土体向下的滔摩阻力，相当帝于桩承受负摩妄阻力，因而拱毁部系统锚杆受价压芬。夹韵所以由于坛黄土的自稳定旨性差，尤其在盏拱顶部衬砌喷接射混凝土不能亩密贴围岩，所捷有拱顶部位黄循土的塑性变形胜区域较大，再胸加上拱顶部位妨锚杆施工工艺游所限，注浆一公般不饱满，拉势拔力一般不大筒，所以拱顶部妙位的锚杆作用离效果不会太明帆显喝。逝壶栽吩2.2.2呜洲土体工作时，纲土和锚杆一起彻承受外部和内缩部的荷载，由迅于土与锚杆之摔间的摩擦作用惊，将土中的应假力传递给锚杆钻，而锚杆所产希生的拉应力抵看抗了土体的水湿平位移，就好找像在土体中增窗加了一个内聚善力，从而改进允了土体的力学纤特性。因此，政土与锚杆间的巷摩擦作用是土搂体能否稳定的向一个重要因素橡。贯键假设锚杆阁与浆体间界面蔑粘结非锚固系宝统薄弱面，而地浆体与岩土体胸界面才是锚固谷系统的薄弱面辨。根据文流献熄[1盈]龙给定的公娃式飞Pmax喊=斥τ颤p投■伴Q牺2酬分析，边墙处字的系统锚杆的质拉拔力由所用席灌浆体与土体徐的极限粘结应关力葡τ关p寄（土体与锚杆喂浆体的极限粘丝结力）决定的箭。怎烧威仁3唯鸟结梨论赖若研究了黄船土隧道中锚杆版的支护效果及另机制，得到以擦下主要结论由：铜浅房云1费）拱顶部位锚荣杆作用不大，休由于国内的施宪工工艺所限，仗可以取消士；茅膏统削2仙）边墙处的锚省杆必须安设，忍以便维持围岩吸的稳定，且要留优化施工工艺瞎，严格控制成独孔工艺，选择伪更适合黄土灌慈注浆液，以便三加大与土体的纯锚固，同时固携结土体，以保偏证围岩稳定，戒切不可一味只孔最求进度，忽吗略