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软弱地层隧道钢架条件下系统锚杆支护效果的研究
现场测试方案
长安大学
二零零七年三月
一、现场测试目的及要求
〔一〕测试目的
通过对软弱地层有、无系统锚杆作用的隧道结构力学状态和稳定性进行现场比照测试及分析，评价在软弱地层条件下隧道系统锚杆的支护效果。
〔二〕对测试手段的要求
现场测试的手段必须满足以下要求：
1、能快速埋设测点。测试断面一般设置在距开挖工作面2m范围内，开挖后不超过24h
2、能快速量测数据；
3、测试元件应具有良好的防震、防冲击波能力；
4、测试数据应准确可靠；
5、直接测读物理量，无需通过复杂计算即可直接应用；
6、测试元件在埋设后能长期有效地工作；
7、测试元件应有足够的精度与可靠性，且在现场各种变化条件的干扰下“零飘小”。
二、现场测试的内容与方法
根据隧道的结构特点、施工工艺以及场地地质情况，拟定监测的内容和方法，其中包括隧道内部观察、围岩内部位移、净空收敛变形、拱顶下沉、围岩压力、锚杆轴力、喷射混凝土应变、钢支撑应力、二次衬砌混凝土应变、二次衬砌背部围岩压力等方面，旨在采取国内较成熟的快速、准确、可靠测试手段，对隧道施工中的关键局部进行跟踪监测。各项监测内容所采用的仪器探头和元件如表1所列。
三、现场测试规划
〔一〕试验段的选择
分别在Ⅳ级和Ⅴ级围岩地段选择60m作为试验段，在以上两种不同级别围岩段落中，进行有、无系统锚杆的现场比照试验，其中对每种有、无系统锚杆的情况各选2个测试断面。共有8个测试断面〔见表2〕。Ⅳ级围岩试验段选择在N10标，Ⅴ级围岩试验地段选择在N11标。
现场测试工程及量测方法表1
序号
工程名称
仪器
测读频率
1
净空收敛
SWJ-IV收敛计
1-15天
1-2次/天
16天-1个月
1次/天
1个月以后
1-2次/周
2
拱顶下沉
精密水准仪
1-15天
1-2次/天
16天-1个月
1次/天
1个月以上
1-2次/周
3
钢支撑应力
钢弦式外表应变计
1次/天
钢筋应力计
4
围岩压力及两层支护间压力
土压力盒
1次/天
5
喷射混凝土应力
混凝土应变计
1次/天
6
围岩内部位移
多点位移计
1次/天
7
锚杆轴力
钢筋应力计
1次/天
8
衬砌混凝土应力
混凝土应变计
1次/天
测试断面的数量表2
数量〔个〕测试条件
数量〔个〕
测试条件
围岩级别
围岩级别
有系统锚杆
无系统锚杆
Ⅳ级
2
2
Ⅴ级
2
2
〔二〕测试元件的布置
1、Ⅳ级围岩试验段
Ⅳ级围岩情况下，测试断面的元件布置见图1和图2，其中初期支护阶段测试元件布置见图1，二次衬砌阶段测试元件布置见图2。
图1Ⅳ级围岩初期支护阶段测试元件布置图
图2Ⅳ级围岩二次衬砌阶段测试元件布置图
2、Ⅴ级围岩试验段
Ⅴ级围岩情况下，测试断面的元件布置见图3和图4，其中初期支护阶段测试元件布置见图3，二次衬砌阶段测试元件布置见图4。
测试工程及元件数量统计见表3。
图3Ⅴ级围岩初期支护阶段测试元件布置图
图4Ⅴ级围岩二次衬砌阶段测试元件布置图
测试工程及元件数量统计表3
围岩级别
测试条件
监测断面
初期支护阶段监测工程及元件数量
二次衬砌阶段监测工程及元件数量
净空收敛
拱顶下沉
围岩压力
钢架应力
喷射砼应力
纵向连接筋应力
锚杆轴力
围岩内部位移
接触压力
混凝土应力
净空收敛
Ⅳ级
有系统锚杆
1-1#
3×2
3
9
18
9
5
7
2
12
12
2×2
1-2#
3×2
3
9
18
9
5
7
2
12
12
2×2
无系统锚杆
2-1#
3×2
3
9
18
9
5
／
2
12
12
2×2
2-2#
3×2
3
9
18
9
5
／
2
12
12
2×2
Ⅴ级
有系统锚杆
3-1#
3×2
3
9
18
9
5
7
2
12
12
2×2
3-2#
3×2
3
9
18
9
5
7
2
12
12
2×2
无系统锚杆
4-1#
3×2
3
9
18
9
5
／
2
12
12
2×2
4-2#
3×2
3
9
18
9
5
／
2
12
12
2×2
合计
48
24
72
144
72
40
28
16
96
96
32
四、现场测试组织
成立现场监测组，主要成员由陕西省交通建设集团公司小康高速公路建设工程管理处〔1人〕、长安大学〔3人〕、中铁十二局〔1人〕、中铁隧道局〔1人〕、陕西省公路勘察设计院〔1人〕共7人组成。各单位分工如下：
1、长安大学主要负责测试方案的制定、元件的选购、埋设以及数据的整理与分析工作。
2、陕西省交通建设集
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