黄土隧道中取消系统锚杆设计与施工关键技术

黄土隧道中取消系统锚杆设计与施工关键技术的研究汇报人：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Ⅳ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、前言初期支护超前锚杆锚杆型钢钢筋网纵向连接筋喷射混凝土Φ22药卷式L=4m环向间距40cmΦ22药卷式L=3m间距100×100cmH-15×15格栅拱架纵向间距90cmφ615×15cmΦ25C25早强砼20cm二次衬砌45cm厚模注混凝土

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。无系统锚杆试验段有系统锚杆试验段YK50+110.5YK50+104.2YK50+134YK50+142马兰组新黄土离石组老黄土YK50+025YK50+212YK50+090.5YK50+120.5YK50+150.530m30m65.5m61.5m监测断面纵向布置一、前言

★

围岩压力

★

初期支护净空收敛与拱部下沉

★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

锚杆安装角度很小，接近于水平一、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监测项目监测值（位移单位mm；应力单位MPa）平均值第1试验段（有系统锚杆段）第2试验段（无系统锚杆段）净空收敛14.6715.11拱部下沉18.3514.35喷射混凝土应力3.12.2格栅拱架内侧应力60.453.5格栅拱架外侧应力60.344.8纵向连接筋应力34.229.9接触压力0.01050.0065二次衬砌混凝土内侧应力0.680.59二次衬砌混凝土外侧应力0.520.54二、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，大多部位压力值都在0.1MPa以下。二次衬砌施做后，压力值基本稳定。

2．喷三射混三凝土三应力第2试验三段的YK三50三+1三42断面三的喷三射混三凝土三有受三拉力三的情三况，三各个三断面三的喷三射混三凝土三所受三的压三应力三都在8.三0M三Pa以下三，在三同一三量级三，应三力值三增长三速率三也大三致相三同。三喷射三混凝三土施三作后20天左三右喷三层应三力趋三于稳三定，三应力三呈缓三慢增三长态三势。三但二三次衬三砌施三作后三，应三力值三有所三下降三，之三后应三力发三展进三入稳三定阶三段。二、三两个三试验三段监三测数三据对三比分三析3．格三栅钢三架应三力除YK三50三+1三34断面三的拱三顶和三右拱60三°处的三格栅三外侧三应力三值大三于10三0M三Pa（分三别为11三1.三4M三Pa和10三4.三3M三Pa）外三，其三余各三断面三各点三所受三的应三力均三在10三0M三Pa以下三，处三于同三一量三级。三格栅三钢架三施作三后20天左三右，三格栅三钢架三应力三趋于三稳定三，应三力呈三缓慢三增长三态势三。但三二次三衬砌三施做三后，三应力三值有三所下三降，三之后三应力三发展三进入三稳定三阶段三。4．净三空收三敛和三拱顶三下沉从各三个断三面的三收敛三值和三拱顶三下沉三值来三看，三变形三在同三一量三级，三大小三比较三接近三，稳三定所三需时三间也三大致三相同三。5．第1试验三段锚三杆轴三力从监三测结三果来三看，三拱部三和墙三脚处三锁脚三锚杆三不同三深度三处的三轴力三均为三压力三，而三拱脚三处的三锁脚三锚杆三受拉三，锚三杆所三受最三大压三应力三为57三.1三1M三Pa，二、三两个三试验三段监三测数三据对三比分三析最大三拉应三力为35三.4三7M三Pa，表三明锚三杆受三力不三大。（二三）二三次衬三砌阶三段监三测结三果1．接三触应三力四个三监测三断面三的接三触压三力拱三部压三力值三比较三接近三，处三于同三一量三级，三最大三开挖三线处三的压三力值三相对三来说三较大三，右三侧压三力值三最大三为0.三26三8M三Pa，左三侧压三力值三最大三为0.三10三2M三Pa。仰三拱边三缘处三的压三力值三相对三较大三，最三大为0.三40三6M三Pa，仰三拱其三他部三位压三力值三在0.三10三0M三Pa以下三。2．衬三砌混三凝土三应力从各三断面三的监三测数三据来三看，三衬砌三混凝三土绝三大部三分处三于受三压状三态，三压应三力值三也较三为接三近，三处于三同一三量级三，应三力值三比较三稳定三。二、三两个三试验三段监三测数三据对三比分三析3．净三空收三敛从监三测结三果看三，各三断面三最大三收敛三值仅三在1m三m左右三，衬三砌变三形很三小，三数据三受误三差影三响较三大。三、三锚杆三轴力三测试三分析里程围岩类别拱顶左拱腰45度处右拱腰45度处左拱脚处锁脚右拱脚处锁脚墙脚处锁脚最小应力最大应力最小应力最大应力最小应力最大应力最小应力最大应力最小应力最大应力最小应力最大应力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、三锚杆三轴力三测试三分析锚杆三轴力三统计三表注：三正值三表示三压应三力；三负值三表示三拉应三力。三、三锚杆三轴力三测试三分析通过三对刘三家坪2号隧三道的三两个三监测三断面三、刘三家坪3号隧三道的三两个三监测三断面三以及三刘家三坪5号隧三道的三一个三监测三断面三的锚三杆轴三力测三试结三果（三见上三表）三分析三可以三看出三，拱三部锚三杆轴三力均三为压三应力三，拱三脚处三锁脚三锚杆三轴力三均为三拉应三力，三墙脚三处锁三脚锚三杆所三受轴三力有三拉应三力也三有压三应力三。四、三锚杆三受力三机理三分析三分析五、三主要三结论五、三主要三结论经过三长期三监测三，各三项测三试数三据现三已基三本稳三定。三通过三对监三测数三据的三分析三，得三出以三下结三论：1．各三项数三据在三测试三元件三埋设三后的20天左三右趋三于稳三定，三说明三隧道三围岩三在初三期支三护施三做后三的20天左三右就三可以三进入三稳定三状态三。2．由三第1试验三段（三有锚三杆段三）和三其它三有锚三杆试三验断三面的三锚杆三轴力三测试三可知三，拱三部锚三杆轴三力均三为压三应力三，拱三脚处三锁脚三锚杆三轴力三均为三拉应三力，三墙脚三处锁三脚锚三杆所三受轴三力有三拉应三力也三有压三应力三。3．通三过对三两个三试验三段的三数据三进行三对比三分析三可知三，不三论从三变形三还是三受力三上讲三，同三类数三据是三处在三同一三量级三的，三并且三通过三对多三个隧三道锚三杆施三工情三况的三了解三，可三以认三为系三统锚三杆对三于黄三土隧三道的三结构三稳定三性无三较大三影响三。五、三主要三结论4．由三于采三用分三部开三挖法三施工三，施三工空三间狭三小，三锚杆三施工三往往三无法三径向三施作三，达三不到三设计三的要三求。5．通三过对Ⅳ级围三岩隧三道施三工各三个工三序所三需时三间的三统计三，在三四台三电钻三同时三施工三的工三况下三，锚三杆施三工所三需时三间至三少为2小时三，完三成初三期支三护每三个循三环所三需总三时间