锁脚锚杆对层状软岩隧道加固机理研究

为了揭示炭质板岩隧道施工过程位移及力学变化规律,提出并验证加强支护措施有效性。以某高速公路隧道工程为依托,通过现场试验测试及数值模拟,分析了断面YK11+460拱顶下沉与周边收敛变形曲线,揭示了断面YK11+460围岩压力、钢拱架及混凝土应变规律。提出了“三台阶锁脚锚杆+钢拱架纵向连接”加强支护措施。研究表明:基于数值模拟得锁脚锚杆设置建议角度为35°,设置长度宜取3.5 m;采用加强支护措施结构处于稳定状态后,拱部位置围岩压力由0.83降至0.74 MPa,钢拱架应变由4 029降至2 719με,混凝土形变由2 346降至1 773με,断面ZK10+360拱顶累计形变量为13.6 mm,上、中、下台阶累计收敛值依次为6.1、5.4、3.9 mm;采用加强支护技术措施后,上台阶开挖施工后初支拱部受力水平略高于常规施工技术;仰拱施作完毕拱顶、拱腰、边墙呈统一受力状态,拱架沿纵向连为整体,增强了围岩稳定性,减小围岩松动压力,改善了初期支护结构受力状态。

高地应力深埋隧道断裂破碎带大变形控制方法现场试验研究

针对新莲隧道大埋深、高地应力、大变形凸显的实际情况,开展单层支护、双层支护、刚性强支、超前导洞+扩挖方案下支护受力及变形控制方法现场试验研究。结果表明:①原设计方案1支护偏弱不足以抵抗围岩形变压力,平导支护应力超过设计应力值率达100%,正洞支护侵限严重,换拱率100%;②“让抗结合”的双层支护方案2,下台阶与仰拱同步施作,不利于下部围岩应力释放,仰拱隆起开裂,边墙换拱率84%;变更下台阶与仰拱分段施作后,仰拱应力缓慢释放,大变形得以控制;③采用“刚性强支”理念的方案3,增设了“H175型钢+大拱脚靴套+锁脚锚杆套管”,提升了拱架整体刚度,最大收敛变形速率减小42.4%、月开挖进尺达90 m;④采取“超前导洞+扩挖”的方案4,实现了应力分阶段缓释,大变形得到有效控制,但纤维混凝土的应用及超前导洞支护的拆除增加了成本和工序。建议跨断裂破碎带段采用经济合理、工序简便、支护调整灵活的方案3进行施工,方案4可作为更大围岩变形的预备方案。同时拱顶预留变形量可近似按边墙预留变形量的1/2留设。

隧道锁脚锚管受力测试方法试验研究

为研究隧道锁脚锚管在端头竖向荷载作用下的受力特性,采用了一种隧道锁脚锚管受力特性的测试方法——应变片外贴导线内引的电测法,该方法克服了钢管表面贴片易损坏、引线困难等难题。以工程上经常使用的长为3.5 m、直径为42 mm、壁厚为4mm的热轧无缝钢管为例,系统介绍了测试锁脚锚管受力特性的试验设计方案,包括锁脚锚管管身轴向应变测试和管身弯矩测试。给出了锁脚锚管受力测试装置的设计与工艺,包括测力锚管的加工和温度补偿条的加工工艺。采用现场实测的方法,在某土质边坡对该方法进行了应用,将锁脚锚管安装在边坡土体中,然后在锁脚锚管端头加载,测试其受力状况。试验结果表明:锁脚锚管受力测试装置安设完毕后,测点成活率达到100%;锁脚锚管端头垂直加载,管身最终变形和试验测试结果相吻合;该试验方法能够真实反映锁脚锚管的受力特性。

浅埋暗挖软基隧道分部开挖拱脚地基承载力研究

针对目前浅埋暗挖软基隧道在分部开挖条件下支护结构拱脚受力进行专门理论计算分析的报道尚不多见的现状,基于Winkler弹性地基梁理论建立管棚超前支护和锁脚锚杆的力学模型,提出两者对支护结构竖向荷载的承载作用计算方法,并在此基础上推导拱脚地基荷载的计算公式,并进行实例计算分析。计算结果结合现场拱脚压力测试结果表明:提出的拱脚地基荷载计算方法可靠性良好,能够很好地解释地表过量沉降以及隧道中上部开挖步为位移控制关键步序的原因,提出浅埋暗挖软基隧道分部开挖时应重视对拱脚地基承载力进行验算,承载力不足时应采取措施,避免因此造成的隧道和地层整体沉降。

大断面黄土隧道变形控制技术措施及适用性研究

高速铁路黄土隧道的开挖断面普遍较大,在施工过程中变形控制一直是施工的重点,更是施工的难点。文章针对黄土隧道施工中常见的变形控制技术措施进行了介绍,重点说明了纵向连接器、锁脚锚管、大拱脚、临时仰拱、临时竖撑的施作工艺和施作要点,也对其适用性进行了分析。最后根据黄土的形成年代及成分对黄土隧道进行了分类,并就各种黄土隧道提出了相应的控制技术措施组合,还就相应的封闭时间和步距作出了明确规定。其研究成果对指导黄土隧道的施工具有重要意义,可为设计和后续施工提供参考。

锁脚锚杆和系统锚杆对软弱围岩隧道安全性影响研究

针对软弱围岩隧道开挖过程中,出现变形过大的问题,施工现场往往采用锁脚锚杆和系统锚杆的支护措施。通过数值模拟的方法,对比分析锁脚锚杆和系统锚杆对支护结构的变形和内力的影响,得到如下结论:锁脚锚杆在隧道整体下沉方面,作用更为明显;系统锚杆对隧道的水平收敛效果更好;添加系统锚杆相对于锁脚锚杆对隧道整体的安全性提高更大。综合考虑软弱围岩拱顶沉降大和水平收敛大的现状,施工过程中,应该综合使用系统锚杆和锁脚锚杆,以保证隧道的安全施工。

锁脚锚杆控制隧道初期支护沉降的原理和应用

当前软岩隧道初期支护因沉降变形量大而造成的成本消耗高问题较突出,初期支护底脚作用力与锁脚锚杆抗力不平衡是隧道初期支护沉降的主要原因,其中建立支护底脚与锁脚锚杆之间力的平衡关系是控制隧道初期支护沉降变形的重要前提。以弹性地基梁柱原理和摩擦桩原理来计算分析锁脚锚杆的内力和位移及其与地基的反力关系,以此确定锁脚锚杆的承载能力;通过分析锁脚锚杆对支护结构的柔度,确定其与支护结构的相互影响,进而建立考虑锁脚锚杆对支护结构底脚影响的支护结构力学计算模型,计算其作用于锁脚锚杆端上的作用力作为锁脚锚杆的设计依据;按照上述原理,分析了Ⅴ级围岩当前流行的?42锁脚锚管的不足,并示例计算分析了?108锁脚锚管的承载能力;最后以Ⅵ级围岩风积砂隧道施工的实例来说明“分布式”加强锁脚锚管以及锁脚锚桩控制支护沉降变形的显著效果验证技术的可行性;结论认为软岩隧道初期支护可按照“荷载—结构”原理确定围岩与支护、支护与锁脚锚杆之间的作用力与反作用力关系,达成支护结构之间力的平衡稳定以实现控制支护沉降的目的。

深埋隧道杆系支护结构受力特性数值分析

依托中条山特长公路隧道工程,采用有限差分软件FLAC3D,以深埋段为研究对象,对各工况(有无锁脚锚杆、有无超前导管)围岩变形及支护结构受力进行了分析,研究结果表明:锁脚锚杆的设置对拱顶沉降及收敛位移的控制有明显作用;超前导管设置与否对围岩变形以及支护结构受力基本无影响,但能提高掌子面前方土体稳定性。