黃土隧道陳建勛

1、黃土隧道中取消系統(tǒng)錨桿的現(xiàn)場試驗(yàn)研究黃土地區(qū)隧道設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)的研究一、前言二、兩個(gè)試驗(yàn)段的對比分析三、錨桿軸力測試分析四、錨桿受力機(jī)理分析五、結(jié)論鋼架條件下黃土隧道系統(tǒng)錨桿支護(hù)效果研究一、前 言一、前言 目前，黃土地區(qū)隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式多采用復(fù)合式襯砌,它是由初期支護(hù)、防水層和二次襯砌組合而成。初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)，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(hù)部件進(jìn)行適當(dāng)組合的支護(hù)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(gè)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(gè)長各為30米的試驗(yàn)段，進(jìn)行現(xiàn)場施工監(jiān)控量測，其目的是通過對兩個(gè)監(jiān)測

2、段的對比，檢驗(yàn)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(gè)試驗(yàn)段，共四個(gè)監(jiān)測斷面，均為級圍巖。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(jì)支護(hù)參數(shù)見下表。 一、前言初期支護(hù)超前錨桿錨桿型鋼鋼筋網(wǎng)縱向連接筋噴射混凝土 22藥卷式L=4m環(huán)向間距40cm22藥卷式L=3m間距100100cmH-1515格柵拱架縱向間距90cm61515cm25C25早強(qiáng)砼20cm二次襯砌45c

3、m厚模注混凝土 隧道支護(hù)參數(shù)表 隧道施工步驟示意圖一、前言 第1試驗(yàn)段為有系統(tǒng)錨桿段，監(jiān)測斷面埋深約44米。第2試驗(yàn)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(yàn)段有系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)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(hù)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(hù)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

4、襯砌凈空收斂一、前言監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測斷面元件布置初期支護(hù)階段元件布置圖二次襯砌階段元件布置圖一、前言一、前言鋼筋應(yīng)力計(jì)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(jì)的安裝一、前言二、兩個(gè)試驗(yàn)段的對比分析監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測值（位移單位mm；應(yīng)力單位MPa）平均值第1試驗(yàn)段（有系統(tǒng)錨桿段）第2試驗(yàn)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.

5、54二、兩個(gè)試驗(yàn)段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析 試驗(yàn)段各監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析 二、兩個(gè)試驗(yàn)段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析 （一）初期支護(hù)階段監(jiān)測結(jié)果 1圍巖壓力 第1試驗(yàn)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(gè)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噴射混凝土應(yīng)力 第2試驗(yàn)段的YK50+142斷面的噴射混凝土有受拉力的情況，各個(gè)斷面的噴射混凝土所受的壓應(yīng)力都在8.0MPa以下，在同一量級，應(yīng)力值增長速率也大致相同。噴射混凝土施作后20天左右噴層應(yīng)力趨于穩(wěn)定，應(yīng)力呈緩慢增長態(tài)勢。但二次襯砌施作后，應(yīng)力值有所下降，之后應(yīng)力發(fā)展進(jìn)入穩(wěn)定

6、階段。二、兩個(gè)試驗(yàn)段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析 3格柵鋼架應(yīng)力 除YK50+134斷面的拱頂和右拱60處的格柵外側(cè)應(yīng)力值大于100MPa（分別為111.4MPa和104.3MPa）外，其余各斷面各點(diǎn)所受的應(yīng)力均在100MPa以下，處于同一量級。格柵鋼架施作后20天左右，格柵鋼架應(yīng)力趨于穩(wěn)定，應(yīng)力呈緩慢增長態(tài)勢。但二次襯砌施做后，應(yīng)力值有所下降，之后應(yīng)力發(fā)展進(jìn)入穩(wěn)定階段。 4凈空收斂和拱頂下沉 從各個(gè)斷面的收斂值和拱頂下沉值來看，變形在同一量級，大小比較接近，穩(wěn)定所需時(shí)間也大致相同。 5第1試驗(yàn)段錨桿軸力 從監(jiān)測結(jié)果來看，拱部和墻腳處鎖腳錨桿不同深度處的軸力均為壓力，而拱腳處的鎖腳錨桿受拉，錨桿所受最大壓

7、應(yīng)力為57.11MPa，二、兩個(gè)試驗(yàn)段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析 最大拉應(yīng)力為35.47MPa，表明錨桿受力不大。（二）二次襯砌階段監(jiān)測結(jié)果 1接觸應(yīng)力 四個(gè)監(jiān)測斷面的接觸壓力拱部壓力值比較接近，處于同一量級，最大開挖線處的壓力值相對來說較大，右側(cè)壓力值最大為0.268MPa，左側(cè)壓力值最大為0.102MPa。仰拱邊緣處的壓力值相對較大，最大為0.406MPa，仰拱其他部位壓力值在0.100MPa以下。 2襯砌混凝土應(yīng)力 從各斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，襯砌混凝土絕大部分處于受壓狀態(tài)，壓應(yīng)力值也較為接近，處于同一量級，應(yīng)力值比較穩(wěn)定。二、兩個(gè)試驗(yàn)段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析 3凈空收斂 從監(jiān)測結(jié)果看，各斷面最大收斂值僅在

8、1mm左右，襯砌變形很小，數(shù)據(jù)受誤差影響較大。三、錨桿軸力測試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 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 1.84

9、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 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、錨桿軸力測試分析錨桿軸力統(tǒng)計(jì)表注：正值表示壓應(yīng)力；負(fù)值表示拉應(yīng)力。三、錨桿軸力測試分析 通過對劉家坪2號隧道的兩個(gè)監(jiān)測斷面、劉家坪3號隧道的兩個(gè)監(jiān)測斷面以及劉家坪

10、5號隧道的一個(gè)監(jiān)測斷面的錨桿軸力測試結(jié)果（見上表）分析可以看出，拱部錨桿軸力均為壓應(yīng)力，拱腳處鎖腳錨桿軸力均為拉應(yīng)力，墻腳處鎖腳錨桿所受軸力有拉應(yīng)力也有壓應(yīng)力。四、錨桿受力機(jī)理分析分析五、主要結(jié)論五、主要結(jié)論 經(jīng)過長期監(jiān)測，各項(xiàng)測試數(shù)據(jù)現(xiàn)已基本穩(wěn)定。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，得出以下結(jié)論： 1各項(xiàng)數(shù)據(jù)在測試元件埋設(shè)后的20天左右趨于穩(wěn)定，說明隧道圍巖在初期支護(hù)施做后的20天左右就可以進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。 2由第1試驗(yàn)段（有錨桿段）和其它有錨桿試驗(yàn)斷面的錨桿軸力測試可知，拱部錨桿軸力均為壓應(yīng)力，拱腳處鎖腳錨桿軸力均為拉應(yīng)力，墻腳處鎖腳錨桿所受軸力有拉應(yīng)力也有壓應(yīng)力。 3通過對兩個(gè)試驗(yàn)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析可知，不論從變形還是受力上講，同類數(shù)據(jù)是處在同一量級的，并且通過對多個(gè)隧道錨桿施工情況的了解，可以認(rèn)為系統(tǒng)錨桿對于黃土隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性無較大影響。五、主要結(jié)論 4由于采用分部開挖法施工，施工空間狹小，錨桿施工往往無法徑向施作，達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。 5通過對級圍巖隧道施工各個(gè)工序所需時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，在四臺(tái)電鉆同時(shí)施工的工況下，錨桿施工所需時(shí)間至少為2小時(shí)，完成初期支護(hù)每個(gè)循環(huán)所需總時(shí)間約為16小時(shí)。如果取消系統(tǒng)錨桿，不但可及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土施工，能確保隧道穩(wěn)定，而且可顯著縮短工期。 6以長3米的錨桿單價(jià)46元米計(jì)，級圍巖拱部的錨桿共有23根/延米，