土質隧道不設系統錨桿支護效果階段成果研究

劉曉偉

摘要：本文以天恒山隧道工程為背景，對其隧道不設錨桿的情況下的支護效果進行試驗研究。其中包括凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力，以實際測量數據為根據，對其進行客觀評價，得出了相關結論。

關鍵詞：凈空收斂 應力 支護效果 鋼架應力

1 概述

天恒山隧道工程設計為上下行分離式隧道是哈爾濱繞城公路東北段的重要組成部分，其上行線的起止樁號為K88+320～K89+980，長1660m，下行線起止樁號K88+325～

K90+015，長1690m。有效凈寬為2×3.75+0.75+1.25+

2×1=11.5m。隧道處于地面侵蝕較強以及起伏較大的崗阜狀平原區，呈坡緩、頂平漫崗式，局部呈“V”型沖溝發育。隧道穿越的底層主要是粘性土，局部為細砂、中砂層，隧道圍巖為Ⅴ級和Ⅵ級圍巖。隧道采用復合式襯砌結構，初期支護以鋼拱架、鋼筋網、噴射混凝土及鎖角錨管組成聯合支護體系，二次襯砌全部為模筑鋼筋混凝土結構[3]。

2 現場試驗

2.1 監控量測的內容與方法 在擬定天恒山隧道試驗段檢測的內容和方法的時候，主要依據了《公路隧道施工技術規范》（JTJ042-94）以及隧道的結構特點、施工工藝和地質情況，主要包括量測圍巖壓力、凈空收斂、初期支護和二次襯砌之間的接觸壓力以及二次襯砌的凈空收斂等[4]。

2.2 監控量測斷面及測點布置 該試驗段監測項目包括：凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力。

初期支護階段監測項目主要包括：凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力、縱向連接筋應力[2]，其元件布置見圖1。

第一，凈空收斂監測。根據現場施工方法，將全站儀反光貼膜埋設于上臺階拱腳處，在開挖隧道的過程中，采用TCRA1102全站儀對凈空變化進行監測。將凈空收斂監測測點埋設于兩側墻中，在開挖隧道的過程中采用SWJ-Ⅳ收斂計對凈空變化予以檢測。第二，拱部下沉檢測。將全站儀反光貼膜埋設在拱頂、拱頂偏左以及上臺階拱腳四個部位，在隧道的施工過程中，采用TCRA1102全站儀對拱部下沉情況進行監測。第三，圍巖壓力監測。為了對隧道施工過程中圍巖壓力的變化進行監測，應當將鋼弦式壓力盒埋設在拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、仰拱、圍巖與鋼架間。第四，噴混凝土應變監測。為了對隧道施工過程中噴射的混凝土力學狀態變化進行監測，應當將振弦式混凝土應變計埋設在拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、以及仰拱的五個部位[5]。第五，鋼架應力監測。為了對隧道施工過程中的鋼架力學狀態變化進行監測，將鋼架表面應變計埋設于拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、以及仰拱的五個部位。

3 監測結果與分析

在對S0圍巖試驗段的支護結構進行了一個多月的受力和變形檢測結果分析后，顯示各項測試數據處于基本穩定狀態，通過分析監測數據得出如下結論：

第一，總體趨勢。將測試元件埋設后15-20天左右，各項數據顯示其趨于穩定，說明隧道圍巖在初期支護施工后20天左右即進入穩定狀態，此時可進行二襯。

第二，凈空收斂。上臺階拱腳的收斂值大于最大開挖線處的收斂值，在監測初期，隨著重點工序的實施，兩個部位的收斂值的收斂變形急劇增長，隨后緩慢增長，最后趨于穩定[1]。

第三，拱頂下沉。隧道的拱部表現為整體下沉，其下沉值大致相同。下沉量在監測初期增長較快，拱部隨著中臺階和仰拱的開挖下沉急劇增長，隨后緩慢增長，最后而趨于穩定[5]。在下沉過程中，開挖引起的沉降值從大到小分別是開挖上臺階、開挖仰拱、開挖中臺階。

第四，圍巖壓力。兩個斷面圍巖的最大壓力值都出現在左右兩側墻角或仰拱處，其他部位的圍巖壓力多處于0.1Mpa以下，這與墻角處承受較大的形變壓力有關。在變化過程中多數部位的圍巖壓力增強相對緩慢，現在已經基本穩定。

第五，噴射混凝土應力。噴射于兩個斷面的混凝土，以壓力為主，出現拉應力的只有墻角，由于所受的拉應力都沒有超過噴射混凝土的設計抗拉強度，因此拉應力較小。相對而言，隧道拱部混凝土的應力加大，而邊墻處較小[6]。

4 結論

①本報告僅把現階段的量測工作做一總結，只對S0圍巖試驗段初期支護監測數據作了分析，下一階段將繼續對圍巖的穩定性和支護效果進行長期監測。

②下一步將結合工程進展，進行S5圍巖的試驗工作[1]。

③同時將采用數值模擬的手段，對粘土質隧道系統錨桿的作用進行理論分析。

參考文獻：

[1]張向東，張樹光，劉松.錨桿支護配套技術設計與施工[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[2]王建宇.地下工程噴錨支護原理和設計[M].北京：中國鐵道出版社，1980.

[3]韓瑞庚.地下工程新奧法[M].北京：科學出版社，1987.

[4]王夢恕.大瑤山隧道——20世紀隧道修建新技術[M].廣州：廣東科技出版社，1994.

[5]王夢恕.地下工程淺埋暗挖法技術通論[M].合肥：安微教育出版社，2004.

[6]孫鈞.地下工程設計理論與實踐[M].上海：上?？茖W技術出版社，1996.endprint

摘要：本文以天恒山隧道工程為背景，對其隧道不設錨桿的情況下的支護效果進行試驗研究。其中包括凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力，以實際測量數據為根據，對其進行客觀評價，得出了相關結論。

關鍵詞：凈空收斂 應力 支護效果 鋼架應力

1 概述

天恒山隧道工程設計為上下行分離式隧道是哈爾濱繞城公路東北段的重要組成部分，其上行線的起止樁號為K88+320～K89+980，長1660m，下行線起止樁號K88+325～

K90+015，長1690m。有效凈寬為2×3.75+0.75+1.25+

2×1=11.5m。隧道處于地面侵蝕較強以及起伏較大的崗阜狀平原區，呈坡緩、頂平漫崗式，局部呈“V”型沖溝發育。隧道穿越的底層主要是粘性土，局部為細砂、中砂層，隧道圍巖為Ⅴ級和Ⅵ級圍巖。隧道采用復合式襯砌結構，初期支護以鋼拱架、鋼筋網、噴射混凝土及鎖角錨管組成聯合支護體系，二次襯砌全部為模筑鋼筋混凝土結構[3]。

2 現場試驗

2.1 監控量測的內容與方法 在擬定天恒山隧道試驗段檢測的內容和方法的時候，主要依據了《公路隧道施工技術規范》（JTJ042-94）以及隧道的結構特點、施工工藝和地質情況，主要包括量測圍巖壓力、凈空收斂、初期支護和二次襯砌之間的接觸壓力以及二次襯砌的凈空收斂等[4]。

2.2 監控量測斷面及測點布置 該試驗段監測項目包括：凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力。

初期支護階段監測項目主要包括：凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力、縱向連接筋應力[2]，其元件布置見圖1。

第一，凈空收斂監測。根據現場施工方法，將全站儀反光貼膜埋設于上臺階拱腳處，在開挖隧道的過程中，采用TCRA1102全站儀對凈空變化進行監測。將凈空收斂監測測點埋設于兩側墻中，在開挖隧道的過程中采用SWJ-Ⅳ收斂計對凈空變化予以檢測。第二，拱部下沉檢測。將全站儀反光貼膜埋設在拱頂、拱頂偏左以及上臺階拱腳四個部位，在隧道的施工過程中，采用TCRA1102全站儀對拱部下沉情況進行監測。第三，圍巖壓力監測。為了對隧道施工過程中圍巖壓力的變化進行監測，應當將鋼弦式壓力盒埋設在拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、仰拱、圍巖與鋼架間。第四，噴混凝土應變監測。為了對隧道施工過程中噴射的混凝土力學狀態變化進行監測，應當將振弦式混凝土應變計埋設在拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、以及仰拱的五個部位[5]。第五，鋼架應力監測。為了對隧道施工過程中的鋼架力學狀態變化進行監測，將鋼架表面應變計埋設于拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、以及仰拱的五個部位。

3 監測結果與分析

在對S0圍巖試驗段的支護結構進行了一個多月的受力和變形檢測結果分析后，顯示各項測試數據處于基本穩定狀態，通過分析監測數據得出如下結論：

第一，總體趨勢。將測試元件埋設后15-20天左右，各項數據顯示其趨于穩定，說明隧道圍巖在初期支護施工后20天左右即進入穩定狀態，此時可進行二襯。

第二，凈空收斂。上臺階拱腳的收斂值大于最大開挖線處的收斂值，在監測初期，隨著重點工序的實施，兩個部位的收斂值的收斂變形急劇增長，隨后緩慢增長，最后趨于穩定[1]。

第三，拱頂下沉。隧道的拱部表現為整體下沉，其下沉值大致相同。下沉量在監測初期增長較快，拱部隨著中臺階和仰拱的開挖下沉急劇增長，隨后緩慢增長，最后而趨于穩定[5]。在下沉過程中，開挖引起的沉降值從大到小分別是開挖上臺階、開挖仰拱、開挖中臺階。

第四，圍巖壓力。兩個斷面圍巖的最大壓力值都出現在左右兩側墻角或仰拱處，其他部位的圍巖壓力多處于0.1Mpa以下，這與墻角處承受較大的形變壓力有關。在變化過程中多數部位的圍巖壓力增強相對緩慢，現在已經基本穩定。

第五，噴射混凝土應力。噴射于兩個斷面的混凝土，以壓力為主，出現拉應力的只有墻角，由于所受的拉應力都沒有超過噴射混凝土的設計抗拉強度，因此拉應力較小。相對而言，隧道拱部混凝土的應力加大，而邊墻處較小[6]。

4 結論

①本報告僅把現階段的量測工作做一總結，只對S0圍巖試驗段初期支護監測數據作了分析，下一階段將繼續對圍巖的穩定性和支護效果進行長期監測。

②下一步將結合工程進展，進行S5圍巖的試驗工作[1]。

③同時將采用數值模擬的手段，對粘土質隧道系統錨桿的作用進行理論分析。

參考文獻：

[1]張向東，張樹光，劉松.錨桿支護配套技術設計與施工[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[2]王建宇.地下工程噴錨支護原理和設計[M].北京：中國鐵道出版社，1980.

[3]韓瑞庚.地下工程新奧法[M].北京：科學出版社，1987.

[4]王夢恕.大瑤山隧道——20世紀隧道修建新技術[M].廣州：廣東科技出版社，1994.

[5]王夢恕.地下工程淺埋暗挖法技術通論[M].合肥：安微教育出版社，2004.

[6]孫鈞.地下工程設計理論與實踐[M].上海：上海科學技術出版社，1996.endprint

摘要：本文以天恒山隧道工程為背景，對其隧道不設錨桿的情況下的支護效果進行試驗研究。其中包括凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力，以實際測量數據為根據，對其進行客觀評價，得出了相關結論。

關鍵詞：凈空收斂 應力 支護效果 鋼架應力

1 概述

天恒山隧道工程設計為上下行分離式隧道是哈爾濱繞城公路東北段的重要組成部分，其上行線的起止樁號為K88+320～K89+980，長1660m，下行線起止樁號K88+325～

K90+015，長1690m。有效凈寬為2×3.75+0.75+1.25+

2×1=11.5m。隧道處于地面侵蝕較強以及起伏較大的崗阜狀平原區，呈坡緩、頂平漫崗式，局部呈“V”型沖溝發育。隧道穿越的底層主要是粘性土，局部為細砂、中砂層，隧道圍巖為Ⅴ級和Ⅵ級圍巖。隧道采用復合式襯砌結構，初期支護以鋼拱架、鋼筋網、噴射混凝土及鎖角錨管組成聯合支護體系，二次襯砌全部為模筑鋼筋混凝土結構[3]。

2 現場試驗

2.1 監控量測的內容與方法 在擬定天恒山隧道試驗段檢測的內容和方法的時候，主要依據了《公路隧道施工技術規范》（JTJ042-94）以及隧道的結構特點、施工工藝和地質情況，主要包括量測圍巖壓力、凈空收斂、初期支護和二次襯砌之間的接觸壓力以及二次襯砌的凈空收斂等[4]。

2.2 監控量測斷面及測點布置 該試驗段監測項目包括：凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力。

初期支護階段監測項目主要包括：凈空收斂、拱頂下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應力、型鋼鋼架應力、縱向連接筋應力[2]，其元件布置見圖1。

第一，凈空收斂監測。根據現場施工方法，將全站儀反光貼膜埋設于上臺階拱腳處，在開挖隧道的過程中，采用TCRA1102全站儀對凈空變化進行監測。將凈空收斂監測測點埋設于兩側墻中，在開挖隧道的過程中采用SWJ-Ⅳ收斂計對凈空變化予以檢測。第二，拱部下沉檢測。將全站儀反光貼膜埋設在拱頂、拱頂偏左以及上臺階拱腳四個部位，在隧道的施工過程中，采用TCRA1102全站儀對拱部下沉情況進行監測。第三，圍巖壓力監測。為了對隧道施工過程中圍巖壓力的變化進行監測，應當將鋼弦式壓力盒埋設在拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、仰拱、圍巖與鋼架間。第四，噴混凝土應變監測。為了對隧道施工過程中噴射的混凝土力學狀態變化進行監測，應當將振弦式混凝土應變計埋設在拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、以及仰拱的五個部位[5]。第五，鋼架應力監測。為了對隧道施工過程中的鋼架力學狀態變化進行監測，將鋼架表面應變計埋設于拱頂、兩側拱腰、兩側拱腳、兩側墻底、以及仰拱的五個部位。

3 監測結果與分析

在對S0圍巖試驗段的支護結構進行了一個多月的受力和變形檢測結果分析后，顯示各項測試數據處于基本穩定狀態，通過分析監測數據得出如下結論：

第一，總體趨勢。將測試元件埋設后15-20天左右，各項數據顯示其趨于穩定，說明隧道圍巖在初期支護施工后20天左右即進入穩定狀態，此時可進行二襯。

第二，凈空收斂。上臺階拱腳的收斂值大于最大開挖線處的收斂值，在監測初期，隨著重點工序的實施，兩個部位的收斂值的收斂變形急劇增長，隨后緩慢增長，最后趨于穩定[1]。

第三，拱頂下沉。隧道的拱部表現為整體下沉，其下沉值大致相同。下沉量在監測初期增長較快，拱部隨著中臺階和仰拱的開挖下沉急劇增長，隨后緩慢增長，最后而趨于穩定[5]。在下沉過程中，開挖引起的沉降值從大到小分別是開挖上臺階、開挖仰拱、開挖中臺階。

第四，圍巖壓力。兩個斷面圍巖的最大壓力值都出現在左右兩側墻角或仰拱處，其他部位的圍巖壓力多處于0.1Mpa以下，這與墻角處承受較大的形變壓力有關。在變化過程中多數部位的圍巖壓力增強相對緩慢，現在已經基本穩定。

第五，噴射混凝土應力。噴射于兩個斷面的混凝土，以壓力為主，出現拉應力的只有墻角，由于所受的拉應力都沒有超過噴射混凝土的設計抗拉強度，因此拉應力較小。相對而言，隧道拱部混凝土的應力加大，而邊墻處較小[6]。

4 結論

①本報告僅把現階段的量測工作做一總結，只對S0圍巖試驗段初期支護監測數據作了分析，下一階段將繼續對圍巖的穩定性和支護效果進行長期監測。

②下一步將結合工程進展，進行S5圍巖的試驗工作[1]。

③同時將采用數值模擬的手段，對粘土質隧道系統錨桿的作用進行理論分析。

參考文獻：

[1]張向東，張樹光，劉松.錨桿支護配套技術設計與施工[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[2]王建宇.地下工程噴錨支護原理和設計[M].北京：中國鐵道出版社，1980.

[3]韓瑞庚.地下工程新奧法[M].北京：科學出版社，1987.

[4]王夢恕.大瑤山隧道——20世紀隧道修建新技術[M].廣州：廣東科技出版社，1994.

[5]王夢恕.地下工程淺埋暗挖法技術通論[M].合肥：安微教育出版社，2004.

[6]孫鈞.地下工程設計理論與實踐[M].上海：上?？茖W技術出版社，1996.endprint