公路隧道錨桿不同加固范圍作用效果模擬分析

時常悅 何玲玲 李進貴

（長安大學 公路學院，陜西 西安 710064）

在隧道工程中，開挖會改變圍巖原有的初始應力狀態，使圍巖變形，松動，坍塌，而錨桿加固則是隧道開挖中常用的加固措施，采用錨桿加固巖層，利用巖層的自支承力的原理來穩定巖體。巖石錨固作為新奧法隧道設計施工法的三大支柱之一，其功能是促使圍巖荷載物變為支護結構的重要組成部分，最大限度地發揮圍巖的自承能力，以較小的支護抗力維護洞室穩定，但錨桿對圍巖的加固效果的影響因素很多，比如錨桿間距、長度、布置形式等，研究這些因素對加固效果的影響對于工程合理設計和施工安全具有重要意義。

1 建立模型

本次計算隧道跨徑11.6m，高11.83m，埋深69.2m，計算區域長100m，高75m，采用plane42單元模擬圍巖、加固區圍巖，beam3單元模擬初期支護，link1單元模擬加固錨桿，采用殺死單元命令ekill命令來實現開挖，分別計算 0-180°、20°-160°、40°-140°、60°-120°四種不同加固范圍下錨桿的加固效果。

表1 圍巖及支護結構物理力學參數

2 模擬計算與分析

2.1 錨桿不同加固范圍對位移的影響分析

圖1 地表沉降和周邊收斂曲線

圖2 拱頂沉降和仰拱上拱曲線

圖1、2可以看到，在錨桿數量相同的情況，縮短錨桿間距并集中與拱頂區，能夠更好地控制地層強度和穩定性，阻止地層變形的進一步發展。但并不是錨桿間距越小控制作用越好，錨桿加固范圍在40°-140°時，對位移的控制作用最好。

2.2 錨桿不同加固范圍對錨桿自身的影響分析

圖3、4綜合分析知，錨桿加固范圍在40°-140°內錨桿軸力、軸應變最小，對錨桿自身的物理力學性質的改變和影響也最小，更好的發揮錨桿其對圍巖的加固作用最有利。

2.3 錨桿不同加固范圍對初期支護的影響分析

綜合上圖可以知，剪力在20°達到頂峰，當初始角增大到40°時最小。彎矩隨著初始角度的增大，最大彎矩迅速減小，當初始角為40°時最小，加固范圍在40°-140°時，初期支護受力最有利。

3 結論

綜上，該圍巖條件下加固范圍在40°-140°時最有利，由計算云圖和以上分析，我們到一些結論：通過改變錨桿加固范圍對控制地層沉降有一定的作用，但效果并不明顯。宜綜合各種因素予以考慮。錨桿不同的加固范圍對錨桿自身的力學性能影響很大，選擇合理的加固范圍對于改善錨桿的力學性質，更好的發揮其在地層加固方面的作用。初期支護在仰拱和邊墻之間的過渡段處所受彎矩和剪力最大，因此過渡段是隧道初期支護結構的最容易發生破壞的薄弱部位，應采取措施予以加強。