土质隧道不设系统锚杆支护效果阶段成果研究.docx

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土质隧道不设系统锚杆支护效果阶段成果研究

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刘晓伟

摘要：本文以天恒山隧道工程为背景，对其隧道不设锚杆的情况下的支护效果进行试验研究。其中包括净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力，以实际测量数据为根据，对其进行客观评价，得出了相关结论。

关键词：净空收敛应力支护效果钢架应力

1概述

天恒山隧道工程设计为上下行分离式隧道是哈尔滨绕城公路东北段的重要组成部分，其上行线的起止桩号为K88+320～K89+980，长1660m，下行线起止桩号K88+325～

K90+015，长1690m。有效净宽为2×3.75+0.75+1.25+

2×1=11.5m。隧道处于地面侵蚀较强以及起伏较大的岗阜状平原区，呈坡缓、顶平漫岗式，局部呈“V”型冲沟发育。隧道穿越的底层主要是粘性土，局部为细砂、中砂层，隧道围岩为Ⅴ级和Ⅵ级围岩。隧道采用复合式衬砌结构，初期支护以钢拱架、钢筋网、喷射混凝土及锁角锚管组成联合支护体系，二次衬砌全部为模筑钢筋混凝土结构[3]。

2现场试验

2.1监控量测的内容与方法在拟定天恒山隧道试验段检测的内容和方法的时候，主要依据了《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）以及隧道的结构特点、施工工艺和地质情况，主要包括量测围岩压力、净空收敛、初期支护和二次衬砌之间的接触压力以及二次衬砌的净空收敛等[4]。

2.2监控量测断面及测点布置该试验段监测项目包括：净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力。

初期支护阶段监测项目主要包括：净空收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力、型钢钢架应力、纵向连接筋应力[2]，其元件布置见图1。

第一，净空收敛监测。根据现场施工方法，将全站仪反光贴膜埋设于上台阶拱脚处，在开挖隧道的过程中，采用TCRA1102全站仪对净空变化进行监测。将净空收敛监测测点埋设于两侧墙中，在开挖隧道的过程中采用SWJ-Ⅳ收敛计对净空变化予以检测。第二，拱部下沉检测。将全站仪反光贴膜埋设在拱顶、拱顶偏左以及上台阶拱脚四个部位，在隧道的施工过程中，采用TCRA1102全站仪对拱部下沉情况进行监测。第三，围岩压力监测。为了对隧道施工过程中围岩压力的变化进行监测，应当将钢弦式压力盒埋设在拱顶、两侧拱腰、两侧拱脚、两侧墙底、仰拱、围岩与钢架间。第四，喷混凝土应变监测。为了对隧道施工过程中喷射的混凝土力学状态变化进行监测，应当将振弦式混凝土应变计埋设在拱顶、两侧拱腰、两侧拱脚、两侧墙底、以及仰拱的五个部位[5]。第五，钢架应力监测。为了对隧道施工过程中的钢架力学状态变化进行监测，将钢架表面应变计埋设于拱顶、两侧拱腰、两侧拱脚、两侧墙底、以及仰拱的五个部位。

3监测结果与分析

在对S0围岩试验段的支护结构进行了一个多月的受力和变形检测结果分析后，显示各项测试数据处于基本稳定状态，通过分析监测数据得出如下结论：

第一，总体趋势。将测试元件埋设后15-20天左右，各项数据显示其趋于稳定，说明隧道围岩在初期支护施工后20天左右即进入稳定状态，此时可进行二衬。

第二，净空收敛。上台阶拱脚的收敛值大于最大开挖线处的收敛值，在监测初期，随着重点工序的实施，两个部位的收敛值的收敛变形急剧增长，随后缓慢增长，最后趋于稳定[1]。

第三，拱顶下沉。隧道的拱部表现为整体下沉，其下沉值大致相同。下沉量在监测初期增长较快，拱部随着中台阶和仰拱的开挖下沉急剧增长，随后缓慢增长，最后而趋于稳定[5]。在下沉过程中，开挖引起的沉降值从大到小分别是开挖上台阶、开挖仰拱、开挖中台阶。

第四，围岩压力。两个断面围岩的最大压力值都出现在左右两侧墙角或仰拱处，其他部位的围岩压力多处于0.1Mpa以下，这与墙角处承受较大的形变压力有关。在变化过程中多数部位的围岩压力增强相对缓慢，现在已经基本稳定。

第五，喷射混凝土应力。喷射于两个断面的混凝土，以压力为主，出现拉应力的只有墙角，由于所受的拉应力都没有超过喷射混凝土的设计抗拉强度，因此拉应力较小。相对而言，隧道拱部混凝土的应力加大，而边墙处较小[6]。

4结论

①本报告仅把现阶段的量测工作做一总结，只对S0围岩试验段初期支护监测数据作了分析，下一阶段将继续对围岩的稳定性和支护效果进行长期监测。

②下一步将结合工程进展，进行S5围岩的试验工作[1]。

③同时将采用数值模拟的手段，对粘土质隧道系统锚杆的作用进行理论分析。

参考文献：

[1]张向东，张树光，刘松.锚杆支护配套技术设计与施工[M].北京：中国计划出版社，2003.

[2]王建宇.地下工程喷锚支护原理和设计[M].北京：中国铁道出版社，1980.

[3]韩瑞庚.地下工程新奥法[M].北京：科学出版社，1987.

[4]王梦恕.大瑶山隧道——20世纪隧道修建新技术[M].广州：广东科技