交通/水工隧道中基于预应力锚固系统的及时主动支护理念及其技术实现

为实现新奥法充分调动围岩承载能力这一核心理念,能够实现及时主动支护的锚固体系是关键。基于此,从及时主动支护技术的内涵及作用机理分析入手,对预应力构件及早施加主动支护阻力,以增强岩体自承载能力,从而实现变形控制的作用机理进行了阐述;以滇中引水工程楚雄段柳家村隧洞为依托,对比分析了主、被动支护作用效应,验证了主动支护对于围岩位移及塑性区发展的有效控制;针对具有长期服役要求的交通/水工隧道,结合不同岩体状况,提出为实现及时主动支护,在一般岩体中建议采用端头机械锚固+自由段水泥砂浆锚固的锚固形式,在软弱破碎岩体中则建议采用端头树脂锚固+自由段水泥砂浆锚固的锚固形式。上述2种锚固形式一方面通过临时性端锚及早施加预应力以实现及时主动支护,另一方面在洞室变形基本稳定后进行后期注浆,在有效防止预应力损失的同时,使得锚固体系具有良好的耐久性,为基于预应力锚固体系的及时主动支护理念在交通/水工隧道工程中的成功应用奠定了坚实的基础。

软岩隧道中基于快速预应力锚固支护的变形控制技术

以木寨岭公路隧道为依托,基于单一锚固形式的拉拔试验与交通隧道工程对锚固系统的要求,提出了适用于软岩大变形隧道且可实现及时支护理念的快速预应力锚固系统,并以其为核心载体,开展了支护技术应用试验研究。拉拔试验结果表明:受限于锚固成效、锚固力及锚固时间等因素,软岩隧道中涨壳式锚固和水泥药卷锚固均无法实现及时主动支护的功能;以后期具备良好锚固效果的水泥浆锚固和能快速凝结后可施加预应力的树脂锚固为基础,提出了全新的“及时(树脂端锚)+永久(水泥浆全长注浆)”快速预应力锚固体系,并以其为基础,在依托工程大变形段开展了以快速预应力锚固系统为核心的新支护体系和强力被动支护体系的对比试验研究。对比试验结果表明:以预应力后注浆树脂(鸟笼型)锚索系统为核心的快速预应力锚固支护技术,有效抑制了软岩隧道洞周围岩位移,拱顶沉降由73~127 mm减至34~55 mm,拱腰收敛由295~740 mm减至157~430 mm,显著减少了围岩变形稳定时间与围岩变形潜势,验证了基于快速预应力锚固支护的变形控制技术在软岩大变形隧道中的优越性。