黄土隧道(陈建勋).ppt

钢架条件下黄土隧道系统锚杆支护效果研究阶段成果报告,钢架条件下黄土隧道系统锚杆支护效果研究,钢架条件下黄土隧道系统锚杆支护效果研究阶段成果报告,黄土隧道中取消系统锚杆的现场试验研究,汇报人：长安大学,陈建勋,黄土地区隧道设计与施工关键技术的研究,一、前言,二、两个试验段的对比分析,三、锚杆轴力测试分析,四、锚杆受力机理分析,五、结论,钢架条件下黄土隧道系统锚杆支护效果研究,一、前 言,一、前言,目前，黄土地区隧道的支护结构形式多采用复合式衬砌,它是由初期支护、防水层和二次衬砌组合而成。,初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、系统锚杆、钢筋网、型钢拱架或者格栅拱架,等支护部件进行适当组合的支护形式但,在黄土隧道中，系统锚杆是否能在结构中起到作用,，这个问题一直倍受争议。鉴于此，在某黄土隧道中设置了有系统锚杆和无系统锚杆两个长各为30米的试验段，进行现场施工监控量测，其目的是通过对两个监测段的对比，检验系统锚杆在黄土隧道中是否能起到应有的作用。,一、前言,一、前言,刘家坪3号隧道开挖跨度12.16米。在该隧道设置了两个试验段，共四个监测断面，均为,级围岩。该段为离石组老黄土，土质较均匀，结构紧密，中部夹含多层棕红色古土壤层和少量钙质结核，呈块状整体结构，柱状节理发育。,隧道采用复合式衬砌，隧道开挖半径6.08m，采用拱部留核心土环形开挖法。该隧道设计支护参数见下表。,一、前言,初期支护超前,锚杆,锚杆,型钢,钢筋网,纵向,连接筋,喷射,混凝土,22,药卷式,L=4m,环向,间距,40cm,22,药卷式,L=3m,间距,100100cm,H-1515格栅拱架,纵向间距90cm,6,1515cm,25,C25,早强砼,20cm,二次衬砌,45cm厚模注混凝土,隧道支护参数表,隧道施工步骤示意图,一、前言,第1试验段为有系统锚杆段，监测断面埋深约44米。第2试验段为无系统锚杆段，监测断面埋深约36米。,无系统锚杆试验段,有系统锚杆试验段,YK50+110.5,YK50+104.2,YK50+134,YK50+142,马兰组新黄土,离石组老黄土,YK50+025,YK50+212YK50+090.5,YK50+120.5,YK50+150.5,30m,30m,65.5m,61.5m,监测断面纵向布置,一、前言,围岩压力,初期支护净空收敛与拱部下沉,喷射混凝土应力,格栅拱架内、外侧应力,纵向连接筋应力,锚杆轴力,初期支护与二次衬砌间的接触压力,二次衬砌混凝土内、外侧应力,二次衬砌净空收敛,一、前言,监测项目,监测断面元件布置,初期支护阶段元件布置图,二次衬砌阶段元件布置图,一、前言,一、前言,钢筋应力计焊接,锚杆安装角度很小，接近于水平,一、前言,二次衬砌混凝土中应变计的安装,一、前言,二、两个试验段的对比分析,监测项目,监测值（位移单位mm；应力单位MPa）,平均值第1试验段（有系统锚杆段）,第2试验段（无系统锚杆段）,净空收敛,14.67,15.11,拱部下沉,18.35,14.35,喷射混凝土应力,3.1,2.2,格栅拱架内侧应力,60.4,53.5,格栅拱架外侧应力,60.3,44.8,纵向连接筋应力,34.2,29.9,接触压力,0.0105,0.0065,二次衬砌混凝土内侧应力,0.68,0.59,二次衬砌混凝土外侧应力,0.52,0.54,二、两个试验段监测数据对比分析,试验段各监测数据对比分析,二、两个试验段监测数据对比分析,（一）初期支护阶段监测结果,1围岩压力,第1试验段中YK50+104.2断面的围岩压力分布不均，且压力值较大，其他三个断面的压力值相对来说比较接近，大多部位压力值都在0.1MPa以下。二次衬砌施做后，压力值基本稳定。,2喷射混凝土应力,第2试验段的YK50+142断面的喷射混凝土有受拉力的情况，各个断面的喷射混凝土所受的压应力都在8.0MPa以下，在同一量级，应力值增长速率也大致相同。喷射混凝土施作后20天左右喷层应力趋于稳定，应力呈缓慢增长态势。但二次衬砌施作后，应力值有所下降，之后应力发展进入稳定阶段。,二、两个试验段监测数据对比分析,3格栅钢架应力,除YK50+134断面的拱顶和右拱60处的格栅外侧应力值大于100MPa（分别为111.4MPa和104.3MPa）外，其余各断面各点所受的应力均在100MPa以下，处于同一量级。格栅钢架施作后20天左右，格栅钢架应力趋于稳定，应力呈缓慢增长态势。但二次衬砌施做后，应力值有所下降，之后应力发展进入稳定阶段。,4净空收敛和拱顶下沉,从各个断面的收敛值和拱顶下沉值来看，变形在同一量级，大小比较接近，稳定所需时间也大致相同。,5第1试验段锚杆轴力,从监测结果来看，拱部和墙脚处锁脚锚杆不同深度处的轴力均为压力，而拱脚处的锁脚锚杆受拉，锚杆所受最大压应力为57.11MPa，,二、两个试验段监测数据对比分析,最大拉应力为35.47MPa，表明锚杆受力不大。,（二）二次衬砌阶段监测结果,1接触应力,四个监测断面的接触压力拱部压力值比较接近，处于同一量级，最大开挖线处的压力值相对来说较大，右侧压力值最大为0.268MPa，左侧压力值最大为0.102MPa。仰拱边缘处的压力值相对较大，最大为0.406MPa，仰拱其他部位压力值在0.100MPa以下。,2衬砌混凝土应力,从各断面的监测数据来看，衬砌混凝土绝大部分处于受压状态，压应力值也较为接近，处于同一量级，应力值比较稳定。,二、两个试验段监测数据对比分析,3净空收敛,从监测结果看，各断面最大收敛值仅在1mm左右，衬砌变形很小，数据受误差影响较大。,三、锚杆轴力测试分析,里程,围岩,类别,拱顶,左拱腰,45度处,右拱腰,45度处,左拱脚处,锁脚,右拱脚处,锁脚,墙脚处,锁脚,最小,应力,最大,应力,最小,应力,最大,应力,最小,应力,最大,应力,最小,应力,最大,应力,最小,应力,最大,应力,最小,应力,最大,应力,YK49+670,22.92,30.47,16.00,88.11,5.81,7.39,-47.50,-129.63,-0.46,-10.16,0.74,-40.18,YK49+676,2.01,28.92,1.35,10.34,0.78,35.54,-0.56,-114.77,-0.46,-36.84,0.77,-46.09,YK50+104.2,1.84,37.76,7.63,57.11,11.76,53.16,0.24,-23.13,1.00,-35.47,-8.05,80.79,YK50+110.5,7.50,10.47,26.68,53.00,19.16,41.66,21.42,-30.34,4.87,-35.34,0.79,7.58,K52+296,4.21,4.53,0.82,9.85,1.14,2.73,-0.52,-2.04,0.31,0.83,0.21,-1.03,三、锚杆轴力测试分析,锚杆轴力统计表,注：正值表示压应力；负值表示拉应力。,三、锚杆轴力测试分析,通过对刘家坪2号隧道的两个监测断面、刘家坪3号隧道的两个监测断面以及刘家坪5号隧道的一个监测断面的锚杆轴力测试结果（见上表）分析可以看出，拱部锚杆轴力均为压应力，拱脚处锁脚锚杆轴力均为拉应力，墙脚处锁脚锚杆所受轴力有拉应力也有压应力。,四、锚杆受力机理分析分析,五、主要结论,五、主要结论,经过长期监测，各项测试数据现已基本稳定。通过对监测数据的分析，得出以下结论：1各项数据在测试元件埋设后的20天左右趋于稳定，说明隧道围岩在初期支护施做后的20天左右就可以进入稳定状态。2由第1试验段（有锚杆段）和其它有锚杆试验断面的锚杆轴力测试可知，拱部锚杆轴力均为压应力，拱脚处锁脚锚杆轴力均为拉应力，墙脚处锁脚锚杆所受轴力有拉应力也有压应力。,3通过对两个试验段的数据进行对比分析可知，不论从变形还是受力上讲，同类数据是处在同一量级的，并且通过对多个隧道锚杆施工情况的了解，可以认为系统锚杆对于黄土隧道的结构稳定性无较大影响。,五、主要结论,4由于采用分部开挖法施工，施工空间狭小，锚杆施工往往无法径向施作，达不到设计的要求。,5通过对,级围岩隧道施工各个工序所需时间的统计，在四台电钻同时施工的工况下，锚杆施工所需时间至少为2小时，完成初期支护每个循环所需总时间约为16小时。如果取消系统锚杆，不但可及时进行喷射混凝土施工，能确保隧道稳定，而且可显著缩短工期。,6以长3米的锚杆单价46元米计，,级围岩拱部的锚杆共有23根/延米，工程造价为3174元，以隧道工程造价3万元米计，锚杆占工程的10.6。可见，取消锚杆可显著降低工程造价。,五、主要结论,综上所述，建议将黄土隧道初期支护,锚喷支护形式系统锚杆喷射混凝土钢筋网钢拱架,改为,钢喷支护形式钢拱架喷射混凝土钢筋网锁脚锚杆,即取消系统锚杆，采用钢拱架接头处锁脚锚杆取代。,五、主要结论,五、主要结论,五、主要结论,汇 报 结 束,谢 谢！,