暗挖黏土隧道復合式襯砌無錨支護研究

鄭召怡，黃 峰，劉傳佩

（濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東 濟南 250101）

暗挖黏土隧道復合式襯砌無錨支護研究

鄭召怡，黃 峰，劉傳佩

（濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東 濟南 250101）

目前城市地下道路暗挖隧道支護設計除盾構外，主要還是借鑒山嶺隧道的錨噴支護，然而城市地下暗挖隧道埋深較淺、相當一部分為土質隧道，其設計施工與山嶺隧道有著較大的不同。國內外眾多學者對此也提出了各自的見解，尤其對土質隧道中系統錨桿的作用眾說紛紜。為此，現結合工程實踐從設計施工和監控等方面對城市淺埋暗挖土質隧道中錨桿的作用機理，以及作用效果進行了充分的對比研究，提出了筆者的見解，對指導以后類似環境條件下的隧道設計施工將具有重要的理論意義和經濟價值。

暗挖粘土隧道；無錨支護；復合式襯砌；淺埋

1 依托工程概況

濟南市玉函路地下隧道為雙向4車道連拱隧道，北起玉函立交，南至七里山路以南，全長3.26 km，為國內最長的市政雙連拱隧道。隧道埋深為8～10 m，沿市政玉函路走向，現狀玉函路兩側均為居民樓，距離隧道邊線4～8 m。該隧道洞身段所處地質巖石和粘土間隔分布，其中土質段隧道約占1.2 km，土層自上而下分述如下：

雜填土：雜色，松散～稍密，含大量磚塊、碎石、灰渣、混凝土塊等建筑垃圾。該層分布較連續，土層厚度2～3 m。

素填土：褐黃色～黃褐色，硬塑，局部呈堅硬狀態，稍密，稍濕，以粘性土為主，含植物根系、有機質、少量磚屑、灰渣，土質較均勻。該亞層分布不連續。土層厚度1～3 m。

粉質黏土：淺棕黃～棕黃色，可～硬塑，局部呈堅硬狀態，含鐵錳氧化物、零星碎石。土層厚度15～20 m。

3.畜禽發病時，重點是查明并清除病因，改善、加強飼養管理，飼喂富含硫胺素的日糧，飼喂符合營養需要的全價配合日糧，并注意搭配細米糠、麩皮、豆類、青菜、青草等多含維生素B1的飼料。

2 實驗模型

為更加準確地模擬隧道襯砌的受力狀態，充分展現無錨與有錨支護的異同，特在粘土段同一位置附近，設計一段不同于其他支護參數的隧道襯砌類型，同時在相同位置布置監控儀器，以獲取更具有可比性的試驗數據。支護參數如表1所列。

表1 支護參數表

3 計算模型及結果分析

有錨支護和無錨支護采用相同計算模型，相同開挖工序，唯一區別有錨支護采用了系統錨桿，無錨支護不采用系統錨桿。計算模型為橫向100 m，豎向為50 m（見圖1）。

表2 圍巖參數表

3.1 圍巖參數（見表2）及計算模型

圖1 計算模型

（1）采用的模型假定為均質、各向同性。

計算假定：

動點問題是近幾年中考熱點，以幾何知識和幾何圖形為背景，通過點的運動或圖形的變換，考察學生的直觀想象與演繹推理.學生解決動點問題的瓶頸主要表現在：點的運動帶來空間幾何圖形想象的困難；遺漏對點的位置分類；難以在運動變化中找到不變的性質.這些學習瓶頸提出了對加強直觀想象核心素養培養的迫切需求.以動點問題為背景，教師錄制如何利用幾何畫板工具探索解題思路并解決問題的過程，讓學生通過重復觀看，積累和豐富數形結合的思維經驗，教會他們使用幾何畫板探索思路、分析問題、解決問題的能力，從而鞏固數學基礎知識和技能，發展直觀想象，增強學習興趣和樹立信心.

ATB施工前應對原材料與施工機具進行檢查，確保料倉材料質量達標，設備能正常啟動運行，可滿足施工需求。現場鋪筑ATB混合料前，應檢查水泥穩定碎石下承層的施工質量，確保水穩層表面無松散、離析、油斑、脫落及污染等情況，必要時可進行挖補處理，滿足施工要求后方可噴灑透層油，進行ATB結構層施工[3]。

4.2 數據分析

規劃區域排澇標準與渠北運西片排澇標準一致，即入海水道不行洪為20年一遇、行洪期間達到10年一遇，河道斷面設計根據區域內及上游排澇流量確定，以保證上游正常排澇；沈湖出口處設置節制閘，當柴米河高水下壓大治河時，關閉該閘，柴米河高水經上游泵站抽排，以保證大治河下游的正常排澇；區域內增設外排泵站，抽排區域及上游澇水入京杭運河，保證規劃區域排澇設計標準，同時又能提高整個渠北運西片的外排能力。

3.2 計算結果及分析

課內，在法國學校教育體系中，藝術與文化教育是小學和初中的必修課程，高中階段則可根據學校的情況開展相關選修課，國家不作具體要求。

其計算結果見圖2～圖5所示。

圖2 軸力圖（有錨）

圖3 彎矩圖（有錨）

圖4 軸力圖（無錨）

圖5 彎矩圖（無錨）

4.1 傳感器的布置

（2）模型的屈服準則采用較為適用巖土材料的Mohr-Coulomb準則。

4 監控數據及結果分析

根據有限元軟件施工數值模擬計算結果分析可知，采用傳統錨噴支護（設系統錨桿），初期支護的最大軸力為917 kN,最大彎矩為53 kN·m；采用無錨支護（不設系統錨桿），初期支護的最大軸力為936 kN,最大彎矩為56 kN·m。通過對比可知，采用無錨支護方式的初支內力軸力僅增加了2%，彎矩增加了5%。因此，可很明顯地得出一個這樣的結論：對于軟土隧道，系統錨桿所起的作用是有限的，效果微乎其微。

初期支護共設兩類傳感器，型鋼拱架軸力傳感器和錨桿軸力傳感器。型鋼拱架軸力傳感器均設置在兩種支護類型邊墻軸力最大的起拱線位置，錨桿軸力傳感器均設置在正洞拱頂位置。每種支護類型各設五個壓力傳感器，數據處理時除去異樣數據后，取平均值。圖6、圖7為數據整理后傳感器距離掌子面的距離-軸力數值曲線圖。

圖6 拱架距離-軸力數值曲線圖

圖7 錨桿距離-軸力數值曲線圖

（3）假定變形模量、巖體密度、摩擦角、黏聚力等物理參量在計算過程中保持不變，即不考慮巖體的變形致密效果。

根據現場實際監測到的距離-軸力數據，有錨和無錨兩種支護類型鋼架軸力之差，略小于有限元軟件計算得出的鋼架軸力之差。圖8為錨桿軸力圖。根據圖7、圖8可知，利用有限軟件得出拱頂錨桿軸力為66 kN，遠大于實際監測到的錨桿軸力20 kN；拱頂錨桿軸力隨掌子面推進軸力急劇增大，之后隨掌子面推進和時間的推移軸力慢慢降低。因此，可很明顯地得出一個相同的結論：對于軟土隧道，系統錨桿所起的作用是有限的，效果微乎其微；系統錨桿在開挖初期能夠提供部分作用，隨著時間推移，錨固效果慢慢失效。

5 結論

通過對軟土隧道中錨桿軸力，以及初支軸力的現場測試與統計分析，結合有限元軟件計算結果進行對比分析，研究了軟土隧道中錨桿的支護效果及機制，得到以下結論:

圖8 錨桿軸力圖

（1）對于軟土隧道，由于錨桿錨固力有限，如果僅通過大大加長錨桿的長度來達到錨固效果，首先施工不具備可行性，其次造價將會大幅度增加；如果僅通過適當加長短而密的錨桿長度，同樣難以達到預期錨固效果。

面對這些問題，當地旅游管理部門責無旁貸，不僅要在事發之后進行查處，同時還要“防患于未然”，從根本上治理旅游亂象。與其后發制人，在城市名譽被損害后再行動，不如主動出擊，在游客到來之前就造就一個良好的旅游環境，形成口碑效應。

（2）對于軟土隧道，通過有錨支護和無錨支護兩種支護類型初期支護內力的對比，錨桿對初期支護的內力影響很小，充分說明了錨桿的作用效果很小，甚至無效。

（3）軟土隧道施工過程中，由于施工空間狹小，系統錨桿施工不但費時、費力，作用效果又不顯著，而且延誤了支護的最佳支護時機，使洞室變形加劇。試驗表明，軟土隧道取消系統錨桿，既減少了施工環節，縮短了工期，對洞室的穩定性影響很小，同時又明顯降低了工程造價，具有很好的經濟價值和社會效益。

（4）對于軟土隧道，由于系統錨桿的作用效果很小，可取消系統錨桿，改為通過適當增加噴射混凝土的厚度或拱架數量來加強初期支護強度，確保具有較大的內壓。

U455.7

A

1009-7716（2017）04-0215-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.063

2017-01-09

鄭召怡（1981-），男，山東人，碩士，工程師，從事隧道與地下工程結構設計研究工作。