系統(tǒng)錨桿在隧道支護(hù)體系中作用研究分析

馬小鋒，鄧忠富

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

1 工程簡(jiǎn)述

本次研究選取平袍隧道為試驗(yàn)工點(diǎn)，試驗(yàn)段為YK131+720～YK131+750和ZK131+960～ZK131+990兩段。YK131+720～YK131+740段隧道圍巖為中風(fēng)化泥灰?guī)r，巖體較破碎，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，主要支護(hù)類型為S-Ⅳb(具體參數(shù)見表1);ZK131+960～ZK131+980段隧道圍巖為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r、砂巖及碎石，巖體破碎，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，主要支護(hù)類型為S-Ⅴa(具體參數(shù)見表1)。

表1 隧道支護(hù)參數(shù)表

2 監(jiān)測(cè)斷面及測(cè)點(diǎn)布設(shè)

2.1 監(jiān)測(cè)斷面

第一個(gè)試驗(yàn)段YK131+720～YK131+740為Ⅳ級(jí)圍巖段，其有系統(tǒng)錨桿斷面為YK131+720和YK131+730，無系統(tǒng)錨桿斷面為YK131+740和YK131+750;第二個(gè)試驗(yàn)段ZK131+960～ZK131+990為Ⅴ級(jí)圍巖，其有系統(tǒng)錨桿斷面為ZK131+960和ZK131+970，無系統(tǒng)錨桿斷面為ZK131+980和ZK131+990。

2.2 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在試驗(yàn)段內(nèi)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為拱頂下沉和周邊收斂，拱頂下沉、收斂測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)元件均同斷面布置。本次試驗(yàn)監(jiān)測(cè)均按10m間距埋設(shè)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)開挖方式的不同，測(cè)點(diǎn)的數(shù)量也不同，全斷面開挖布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)(A-E);上下臺(tái)階開挖布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)(A1-E1)。本次試驗(yàn)，主要埋設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)(A、B、C、D、E)，AE 為一條水平測(cè)線(拱腳處)，B、C、D 為拱頂下沉測(cè)點(diǎn)(間距2.5m)。

2.3 監(jiān)測(cè)方法

拱頂下沉采用水準(zhǔn)儀、銦鋼尺及測(cè)微器量測(cè)，收斂用水平收斂計(jì)量測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 測(cè)數(shù)據(jù)匯總

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，隧道在該四個(gè)斷面的變形情況如表2統(tǒng)計(jì)所示，表中數(shù)據(jù)為各測(cè)點(diǎn)或測(cè)線變形累計(jì)值。

表2 有、無系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.2 拱頂下沉對(duì)比分析

有與無系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面的隧道拱頂下沉歷時(shí)曲線見圖1～圖2所示，數(shù)據(jù)分析見表2所示。

圖1 第一試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面有、無系統(tǒng)錨桿工況下隧道拱頂下沉?xí)r程曲線對(duì)比圖

圖2 第二試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面有、無系統(tǒng)錨桿工況下隧道拱頂下沉?xí)r程曲線對(duì)比

表3 有、無系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

由試驗(yàn)結(jié)果可以得出如下結(jié)果。

(1)Ⅳ級(jí)圍巖有系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面平均拱頂下沉27.47mm，無系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面平均拱頂下沉21.27mm;

(2)Ⅴ級(jí)圍巖有系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面平均拱頂下沉34.94mm，無系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面平均拱頂下沉28.62mm;

(3)不論是否有系統(tǒng)錨桿，Ⅴ級(jí)圍巖相比Ⅳ級(jí)圍巖隧道拱頂下沉要大;

(4)不論是否有系統(tǒng)錨桿，隧道拱頂下沉變化規(guī)律基本一致，即開始變形較大，大約一周左右開始趨于穩(wěn)定;

(5)同等圍巖級(jí)別情況下，有錨桿斷面拱頂下沉相比無錨桿斷面拱頂下沉要大，平均大約20％，分析原因一是隧道錨桿施工時(shí)間長導(dǎo)致隧道支護(hù)斷面封閉時(shí)間較長，二是隧道錨桿施做對(duì)圍巖產(chǎn)生了二次擾動(dòng)，三是隧道塑型區(qū)半徑大于錨桿長度時(shí)錨桿很難發(fā)揮作用。

3.3 周邊收斂對(duì)比分析

有與無系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面的隧道周邊收斂歷時(shí)曲線見下圖3～圖4所示，數(shù)據(jù)分析見表4所示。

圖3 第一試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面有、無系統(tǒng)錨桿工況下隧道周邊收斂時(shí)程曲線對(duì)比圖

由試驗(yàn)結(jié)果可以得出如下結(jié)果。

(1)Ⅳ級(jí)圍巖有系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面平均周邊收斂14.47mm，無系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面平均周邊收斂12.37mm;

(2)Ⅴ級(jí)圍巖有系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面平均周邊收斂19.28mm，無系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個(gè)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面平均周邊收斂14.53mm;

表4 有、無系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖4 第二試驗(yàn)監(jiān)測(cè)斷面有、無系統(tǒng)錨桿工況下隧道周邊收斂時(shí)程曲線對(duì)比圖

(3)不論是否有系統(tǒng)錨桿，Ⅴ級(jí)圍巖相比Ⅳ級(jí)圍巖隧道周邊收斂要大;

(4)不論是否有系統(tǒng)錨桿，隧道周邊收斂變化規(guī)律基本一致，即開始變形較大，大約一周左右開始趨于穩(wěn)定;

(5)同等圍巖級(jí)別情況下，有錨桿斷面周邊收斂相比無錨桿斷面周邊收斂要大，平均大20％左右，原因如拱頂下沉結(jié)論分析所述。

4 結(jié)論

(1)系統(tǒng)錨桿的主要作用是在洞室周邊形成穩(wěn)定的承載拱，而在Ⅴ～Ⅳ級(jí)圍巖中有系統(tǒng)錨桿的反而隧道變形要大于無系統(tǒng)錨桿的隧道變形;

(2)在軟弱圍巖地段，不宜設(shè)置大量的系統(tǒng)錨桿，而只需利用單根錨桿的抗拔力或在鋼支撐的拼裝連接點(diǎn)處施加鋼花管以適當(dāng)穩(wěn)定初期支護(hù)，這樣既保證了隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)安全，也減少了施工工序，使得隧道支護(hù)斷面得以及早封閉，從而能更好地控制支護(hù)變形。

[1] 王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥:安徽教育出版社，2004.

[2] 郭小紅，王夢(mèng)恕.隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)中錨桿的功效分析[J].巖土工程，2007，28(10):2234-2239.

[3] 關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集[M].人民交通出版社，2003.