黄土隧道锚杆支护技术汇报 著名教授

黄土隧道锚杆作用效果与机制

STRESSANDACTIONMECHANISMOFROCKBOLTINLOESSTUNNEL1问题的提出2现场试验3锚杆作用机制4经济效益分析5工程应用1问题的提出1问题的提出

20世纪70年代至80年代末，主要为单线铁路隧道。

大量的试验研究结果表明，锚杆在喷锚支护结构中起着重要作用。跨度小，断面小初期支护：锚杆+喷射混凝土+钢筋网1问题的提出

20世纪90年代以来，大断面隧道和复杂地质情况增多，在软弱地层中的隧道初期支护结构必须增设钢架。

在钢架条件下系统锚杆支护效果如何？有两种观点：作用不大，可以取消；有重要作用，理应设置。系统研究很少。

目前，在学术界和工程界存在很大争议。1问题的提出

本课题组认为黄土隧道结构采用由钢架、喷射混凝土、钢筋网和系统锚杆共同组成的联合支护结构不尽合理。系统锚杆在黄土隧道中的作用不大，理由如下：

二次衬砌防水层钢架钢筋网喷射混凝土系统锚杆锚杆作用机理悬吊作用加固围岩支承围岩组合梁刚架作用机理①加强限制围岩变形②作为超前支护的后支点③承受部分松弛荷载

锚杆是伸入到围岩内部，产生相对位移，利用围岩自承能力。主动加固围岩钢架架设在围岩外侧被动支撑作用两者对隧道支护的机理截然不同1问题的提出（1）两者支护的机理不同1问题的提出

（2）

锚杆发挥作用的两个前提：锚杆锚固材料与围岩要有足够的黏结力要有足够的锚固段。锚杆作用示意图

黄土隧道中锚杆的拉拔力只有20～30kN，粘结力小；

大断面黄土隧道围岩的松弛区往往变大，目前以“短而密”原则设置的系统锚杆，锚杆的长度往往未穿过松弛区，即根本没有锚固段。1问题的提出

（3）

锚杆受力的计算分析难度很大，往往人为地假定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。这在黄土中并不是很合理，相反往往由于打入了锚杆反而破坏了黄土的结构，降低了围岩的强度和稳定性。（与岩石是有区别的）1问题的提出

（4）

黄土隧道支护施工工序开挖→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

安设锚杆在架立钢架之后，所以钢架对围岩变形的制约，必然会影响到锚杆作用的发挥。

1问题的提出锚杆不能及时径向施作，发挥不了锚固作用。

（5）

黄土隧道施工多采用分部开挖，施工场地狭小。1问题的提出

（6）

在黄土中锚杆施工成孔困难，注浆不易，影响工程进度。1问题忆的提溉出为了膝解答骡上述刻问题窄，采投用现者场试她验和秒理论冤分析艳的方敬法，问研究拐锚杆尖在黄蝇土隧惨道中唐的支拼护效键果与坝机制杯。缩短垫工期减少氧施工争工序及时梯封闭债支护惹结构节省哑工程挎造价黄土够隧道侍取消寨系统渣锚杆有利展于施巩工安构全2现场离试验2现场晶试验以X婆X至园XX浮高速洪公路销多座崖单洞谦两车粘道黄脸土隧喉道为铃依托告，开岛展黄改土隧爸道锚求杆支觉护效疫果现鞠场试勤验，愧其中纳包括直：（1）黄调土隧怀道变刊形现歼场测或试；（2）黄亲土隧曾道锚笋杆轴耽力测宰试；（3）有称、无戒系统肾锚杆草黄土塞隧道呼围岩东稳定歇性及兔支护努效果尤现场呢对比悔试验府。通过漫现场提试验没结果惧分析跃，评田价锚症杆在失黄土崇隧道镇中的月作用虽效果孟，探平讨锚悉杆在卸黄土烤隧道侧中的研作用乡丰机理育。2现场挖试验在X燥X隧炮道群兔的IV、V、VI级围岩寇条件宏下开号展有初无系伙统锚套杆的途试验尿，分访别在IV、V级围堤岩条榆件下盲开展亡了30米打油设系除统锚稿杆和30米不趁打设扯系统患锚杆质隧道瞒围岩匙稳定骡性和埋支护驶效果旅的现效场对俩比试夜验，哗共布党设了14个测钱试断兔面，覆埋设了12邀37个测窜试元死件，斩获得仆数万孕组测型试数锦据。2现场蚂试验序号项目名称仪器测读频率1～15d15d～1个月1～3个月＞3个月1净空收敛SWJ-IV收敛计1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月2拱顶下沉精密水准仪1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月3围岩压力钢弦式土压力盒1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月4喷射混凝土应力钢弦式砼应变计1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月5型钢拱架应力钢弦式表面应变计1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月6纵向连接筋钢弦式钢筋应力计1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月7锚杆轴力钢弦式钢筋应力计1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月8围岩内部位移多点位移计1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月9接触压力钢弦式土压力盒1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月10二衬混凝土应力钢弦式砼应变计1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月11二衬钢筋应力钢弦式钢筋应力计1～2次/d1次/d1～2次/周1～2次/月隧道兆现场筐监控医量测止项目递及方继法XX决3号组隧道疾IV巩级围纪岩有郑无锚辰杆试蓝验段驳纵断抱面图XX展5号旺隧道谁V级奸围岩漠有无削锚杆吩试验炼段纵物断面禁图2.纺1菊试子验方投案1）魔断出面布闯置2.最1葡试心验方创案Ⅳ级荡围岩日初期震支护会阶段角测试贞元件俩布置烦图Ⅳ级易围岩挠初期布支护粥阶段勿测力哈锚杆撇布置剧图2）济测拥点布哲置2.笼1石试斩验方保案Ⅴ级巾围岩蹄初期蚀支护价阶段述测试蔬元件钞布置干图Ⅴ级围魂岩初调期支胜护阶缎段测衫力锚馋杆布饶置图2）铸测蛋点布东置测试偿元件腹及现桶场埋档设情动况测试虚元件他及现厕场埋夜设情纪况2现场木试验2.嚷2试验招结果2.占2.虽1对比隐试验试验项目有系统锚杆试验段无系统锚杆试验段监测断面最大值/mm平均值/mm监测断面最大值/mm平均值/mm净空收敛/mmYK50+104.212.2314.68YK50+13414.9315.11YK50+110.59.85YK50+13612.12YK50+116.521.95YK50+14218.28土体内部位移/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)拱顶沉降/mmYK50+104.211.021.50YK50+1342017.50YK50+110.532YK50+14215喷射混凝土应力/MPaYK50+104.27.23.35YK50+1345.32.95YK50+110.56.0YK50+1424.5有、蹦无系连统锚偶杆试旋验段之各项沟监测法数据识对比格栅钢架内侧应力/MPaYK50+104.291.860.4YK50+134104.353.5YK50+110.5134.6YK50+14297.8格栅钢架外侧应力/MPaYK50+104.299.060.3YK50+13487.453.1YK50+110.5105.8YK50+14272.6纵向连接筋应力/MPaYK50+104.243.634.2YK50+13467.745.9YK50+110.536.7YK50+14274.1接触压力/MPaYK50+104.20.050.011YK50+1340.0200.007YK50+110.50.02YK50+1420.008二次衬砌混凝土内侧应力/MPaYK50+104.21.880.68YK50+1340.920.64YK50+110.50.95YK50+1421.28二次衬砌混凝土外侧应力/MPaYK50+104.21.060.60YK50+1341.130.66YK50+110.51.01YK50+1421.182现场抓试验2.宏2试验壁结果2.亩2.摘1对比撑试验有、孙无系绑统锚除杆试硬验段伟各项话监测鸽数据迟对比2现场扰试验2.策2试验帝结果2.纠2.玩1对比筋试验在黄而土隧斯道的IV级围斤岩中截，从蜜变形柔上讲奖，有没系统唤锚杆进试验厕段的摆净空颤收敛尺均值危与无材系统哈锚杆鲁试验丽段的嘴净空纷收敛莲均值温相差招不大喇，二婶者相胡差仅榜为0.羊47宁mm；有钥系统钥锚杆楚试验幸段的聚拱部导沉降软均值顿大于佳无系叠统锚腿杆试限验段封的拱后部沉航降均赴值，功二者荒相差4m补m。从2个试揪验段凯的应惩力测杏试数野据上胖看，寺相同皂项目乔的监补测值振相对猾来说肾相差避不大嚷。2现场男试验2.青2试验度结果2.旁2.虎2锚杆击应力在X恼X2号隧渔道的2个测蛋试断丈面、虎XX3号隧花道的2个测糠试断帝面以劈燕及X倚X5号隧吨道的3个测幻玉试断畅面共郑埋设旦了48根测弯力锚冷杆。啄按不录同位霜置统似计结疯果如传下表已所列刊。按不削同位娃置统犁计锚堆杆受只力情别况2.障2.寨2锚杆让应力里程围岩级别位置最大应力/MPa最大应力占钢材设计强度的百分比/%YK50+104.2IV拱顶3811YK50+110.5113K52+296V62K52+350损坏—K52+36011133YK49+670Ⅵ299YK49+676299K52+350V左拱腰30度处损坏—K52+3605917YK50+104.2IV左拱腰45度处5717YK50+110.55316K52+296V134YK49+670Ⅵ8826YK49+6761242.软2.钢2锚杆干应力里程围岩级别位置最大应力/MPa最大应力占钢材设计强度的百分比/%K52+350V右拱腰30度处5015K52+3604212YK50+104.2IV右拱腰45度处5316YK50+110.54212K52+296V51YK49+670Ⅵ175YK49+6763611K52+350V左拱腰60度处93K52+360-206K52+350V右拱腰60度处113K52+360154按不那同位糖置统印计锚彻杆受煎力情室况2.浑2.笋2锚杆嘴应力里程围岩级别位置最大应力/MPa最大应力占钢材设计强度的百分比/%YK50+104.2IV左拱脚处锁脚锚杆-237YK50+110.5-329K52+296V72K52+350-82K52+360226YK49+670Ⅵ-13038YK49+676-11534YK50+104.2IV右拱脚处锁脚锚杆-3611YK50+110.5-3510K52+296V21K52+350124K52+360-51YK49+670Ⅵ-103YK49+676-37112.拘2.怨2锚杆犁应力按不读同位内置统逃计锚矩杆受灾力情局况里程围岩级别位置最大应力/MPa最大应力占钢材设计强度的百分比/%K52+350V左墙脚处锁脚锚杆7723K52+360165YK50+104.2IV右墙脚处锁脚锚杆8425YK50+110.582K52+296V21K52+35082K52+360-113YK49+670Ⅵ-5215YK49+676-4614典型辅断面愉锚杆并受力阻分布(单位粗：MP绝a)（a）责X理X3号隧锅道YK车50拘+1斥04掀.2锚杆串受力羊分布淡图（笔“+”为受她压，拌“-”为受势拉）2.疤2.臭2锚杆猎应力典型季断面臭锚杆陪受力宗分布(单位相：MP堪a)2.播2.浇2锚杆松应力（b）辈X眼X5号隧循道K5缴2+劳36液0锚杆活受力堵分布（1）拱朗部共味埋设她了25根锚婆杆，迁除去2个因庸元件绳损坏主的无假效数怠据，掏有效雁数据23个。徐对有畜效数湖据进棕行分畏析，安其中掘最大膝应力首处于乎受压博的有22个，本占测矛试数鸟据的96债%，最起大压虏应力友值为11朱1M躬Pa，占绢锚杆终设计鼓强度沟的33旋%。1个拉草应力化值较艇小，垄为-2奸0M蓄Pa。因协此，勤拱部枯锚杆透以受街压为贴主。（2）拱胀脚处采共埋熟设了14根锚蜻杆，烫其中汗最大布应力静处于藏受拉拉的有10个，皇占测角试数呆据的71姐%，最擦大拉盯应力迫值为13守0M桑Pa，占请锚杆丹设计傅强度吓的38吐%，最低大压塔应力川值仅埋为22光MP额a，占阵锚杆窗设计岸强度钳的6%，因兆此，晨拱脚筋处锁饥脚锚伞杆以菌受拉射为主着。2现场评试验（3）墙菊脚处培共埋修设了9根锚陕杆，服其中叫最大绸应力骂处于秒受拉翁的有3个，经最大读拉应仰力值插为52醋MP猛a，占嘱锚杆虹设计减强度骆的15答%，最浙大应简力处穿于受寒压的这有6个，鉴最大膏压应种力值菊为84统MP训a，占皱锚杆秀设计期强度志的25第%，因缝此，鸽墙脚翁处锁骗脚锚荒杆有握拉应振力也饿有压惜应力因。（4）锁挂脚锚叹杆应胃力普数遍大剧于拱诱部锚计杆应答力。臭绝大衬部分伍锚杆豪的受利力最飞大值兽发生织在入掏土1.膀4m以内盛的浅块层，岭随着趋入土邪深度班的增界加受勒力渐死小。2现场奏试验2现场敞试验通过丧对两机个有阴、无怕系统疲锚杆盏试验努段隧键道支究护结佛构变炉形与晋受力咸测试释结果磁进行何对比要分析陈，可页以得连出以寒下结宇论：2现场浑试验2.壮2试验程结论2现场支试验（1）支援护结省构的舞变形总体告来说土，两领个试孟验段佛的拱压部沉满降和季净空库收敛睬值相丘差不写大，糖变形肌初期饼增长著较快轿，仰雅拱施看作后坚，变丧形趋堂于稳栗定，脏边墙汇净空初收敛宜量测路值均摆大于企土体袜内部传位移凑量测板值，殊表明敲边墙缺处土妇体松政弛范卫围大鄙于3m，设跟计中盼锚杆张采用3m长偏唉短。2.虑2试验度结论2现场伐试验（2）钢旬架应内力各断床面格瞒栅钢达架应伐力以到受压障为主愧，拱傻部的脂格栅兆钢架炎应力轨相对哄较大少，边甜墙处只较小废。钢去架是战重要蚕的支勾护结扛构，逆格栅塌钢架粒应力缎初期省增长浑较快泻，仰剂拱施宵作后辆，格遥栅钢脏架应何力增为长速职率减艇小。兽应力碗增长尘具有骗较强穿的规碑律性钥，二灰次衬窗砌施吴作后妹，格铁栅钢颂架应肢力有皂所减录小，坟且迅延速稳始定，弃说明衬二次侮衬砌持承担陈了一咽部分杨荷载胆。2.笼2试验科结论2现场科试验（3）锚杂杆应巴力由于援采用喷分部晌开挖冬法施奴工，见施工锐空间洒狭小狼，拱险部锚痒杆施驳工往海往无扁法径牵向施忆作，韵达译不到言设计贱的要月求。界锚杆束受力猫最大蔽值绝植大部弄分发医生在溉最浅蝴处，硬且随茎着深左度的孔增加庄受力吃减小洲，拱势部系以统锚元杆处遇于受谨压状卧态。幻玉这说拿明拱差部系晋统锚竟杆并晕没有吸起到妖支护瓜作用辞。拱叉脚处护锁脚诊锚杆绝处于雾受拉羊状态苦，说善明拱捐脚处菠锁脚陵锚杆绸对限卷制隧连道变顿形是刮可以押起到疮一定捆作用歼的。所述欺结果迟表明顷：钢赶架支碗护条回件下据系统奖锚杆毁在黄堆土隧碧道中伴的作哥用不赛明显务，可却以取成消。黄土铅隧道中初期继支护义应采被用：钢架+喷射涨混凝虹土+钢筋亩网+锁脚决锚杆肌（管链）组减合结蹦构减少预了工批序，器缩短索了初丽期支短护封尿闭成延环时察间，翼加快阳了施灭工进陪度，澡提高带了施找工安统全性订和结形构稳弦定性垮，降毕低了珠工程遍造价弄。公路照隧道桃设计缩慧规范材（JT哪G闷D7猎0-鲁20柔04）（志第14或.6深.3条）铁路雀隧道负设计托规范徐（TB膏10葬00厦3-翠20懒05拴J阴44扒9-高20教05）（桃第7.栋3.暖1条）日本煌、欧耕美等渗国家抄软弱苏地层盲隧道霜中突破宪了现柱行国恒内外存设计抗规范朝！传统占衬砌仇结构江型式新的菌衬砌余结构堪型式二次衬砌防水层锁脚锚杆钢筋网喷射混凝土钢架二次衬砌防水层钢架钢筋网喷射混凝土系统锚杆3锚杆衫作用肾机制3肆.1锚杆伸作用而机制锚杆粒作用画示意卧图锚杆泪起到马锚固进作用灿的2个前乱提条瓣件：有锚俗固段锚杆戏与围移岩要努有良邮好的较相互释黏结锚杆恰与土负体采箭用水善泥砂柿浆或慈药卷含式锚槐固剂香黏结馒效果支都不嘱太理嗽想，逆锚杆胜拉拔掘力很揭小，降往往播只有20矿~3告0k避N。3.娇1锚杆木作用受机制浅埋乏两车框道黄誉土隧留道，蒙地表则会产兆生沉能降或郑裂缝际，拱借部会攻发生被整体尖沉降遇。拱锹部系去统锚俱杆不剩存在杜锚固样段。浅埋膝黄土音隧道放地表扣产生拖沉降深埋堡黄土狭隧道亮，开佳挖后跟土体据产生飘了较等大塑援性区眠。目最前以防“短崖而密多”为趣设置沃原则距采用雅的系通统锚丹杆（执如IV级围鲜岩锚贿杆长3撞m），殊并未构穿过哪塑性推区。槐锚杆政亦不税存在辱锚固寄段。3.怀1锚杆遥作用辰机制深埋冷黄土亮隧道漂产生驱塑性腹区3.胡2锚杆闹力学缝状态碑分析黄土市隧道却开挖冠后，肠周围汇土体肤要产寇生变美形，亡主要世包括距：（1）应呼力释估放和译土体胆扰动茧引起厅的弹吴性、育塑性努和松障动变青形；（2）初谣期支附护背帖部因冲回填谋不密省实而道诱发诉的土仍体沉从降；（3）采态用型蹲钢钢虹架支灿护后植，其奖背部梢因喷吸射混暖凝土裂无法嫌喷到甲位而罪诱发扇的土惩体沉卵降；（4）施棍工扰宏动土毕体后故期产炕生的神压密闭沉降都；（5）地窜下水冰位线峡以下傻的隧悄道，毯因开抓挖而侍引起团的水农位下基降，悼使部准分饱规和土钩体变骑为非亦饱和眠的欠写固结撇土，浴从而霉引发仔次固网结沉台降。3.潮2锚杆蝇力学够状态爸分析隧道失开挖吃后，晋由钢旧架、移系统蚁锚杆害、钢怨筋网公、喷待射混朽凝土崭形成赢的组脊合结扇构共稿同限局制土医体的斥变形秧。（1）钢蜻架、酒钢筋茅网、亭喷射看混凝躲土是崇在围添岩（钞土体茂）外部帝约束爷土体路变形招。（2）而践系统藏锚杆沃则是遵锚固售到初渣期支视护上身，伸锹入到姓土体盘中，从土撒体内毕部约耍束变何形。在初正期支恶护施称作后牛，相剧对于年土体踪蝶的后典续变是形，地锚杆研是固创定不如动的劲，所秩以在擦浅埋筑黄土楼隧道约或塑艳性区湿大的钱深埋糊黄土挡隧道膨，拱您部系充统锚动杆受小到了来土体处向下颗的摩属阻力迅，相梯当于顽桩承直受负奥摩阻逃力，爪因而艰拱部耻系统改锚杆夏受压闲。3.淋2锚杆集力学庆状态铲分析4经济李效益赔分析通过柳对IV级围肉岩黄采土隧到道施愈工各卧工序课所需尸时间失的统会计，坛在4台电准钻同以时施国工的航情况屋下，震施作辜一个扯循环顷的系斯统锚禾杆至拥少需动要2h，完节成一劈燕个循狼环的高初期坛支护持所需遗总时谈间约16滨h。若咸取消吹系统侨锚杆宰，即娱可缩责短12貌%的建魄设工米期。炸在V，VI级围秀岩情种况下搅节省肚时间伏则更遇加显退著。4经济茅效益则分析4经济劳效益崖分析可见档，取呜消系音统锚身杆可谋明显漫降低临工程窃造价恼，有崭特别政显著添的经膏济效剂益。围岩级别锚杆长度/m锚杆根数锚杆