【隧道施工方案】雪峰山隧道监控量测中的锚杆轴力评测.pdf

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1、收稿日期 20051206作者简介陈鉴光(1964),男,1964,湖南平江人,工程师,从事高速公路建设和管理。雪峰山隧道监控量测中的锚杆轴力评测陈鉴光1,宁忠贤2,曾宪营1(1.湖南省邵怀高速公路建设开发有限公司,湖南 邵阳 422000;2.长安大学 公路学院,陕西 西安 710064)摘 要介绍了邵怀高速公路雪峰山隧道监控量测中对锚杆的轴力所进行的量测,及怎样分析量测结果以达到修正设计、指导施工的目的。关键词监控量测;锚杆轴力;围岩中图分类号 U 455.48文献标识码 B文章编号 10021205(2006)01016703Test of the Inner Force of Anch

2、or in the Monitoring andMeasuring of Xuefengshan TunnelCHEN Jianguang1,NING Zhongxian2,ZHEN Xianying1(1.Hunan Province ShaoHuai Highway Construction Co.Ltd,Shaoyang,Hunan 422000,China;2.Schoolof highway,Changan university,xian 710054,China)Key words monitoring and measuring;the inner force of anchor

3、;rock 雪峰山隧道位于邵阳、怀化两市交界处,穿过雪峰山主脉。隧道为上下行左右分离式的双洞单线行车隧道,左线隧道长6 946 m,右线隧道长6 956 m。左右线隧道进出口段均位于不设超高的平曲线上:左线隧道进口平曲线半径2 600 m,出口平曲线半径2 500 m,右线隧道进口平曲线半径2 500 m,出口平曲线半径2 700 m,左右线隧道纵坡均为人字坡:进口段为+1.14%的上坡,长约400 m,其余地段为-0.95%的下坡。1 监控量测目的与方法a.监控量测是新奥法的核心,其主要目的1:掌握围岩的动态,对围岩稳定性作出评价;确定支护结构型式,支护参数和支护时间;了解支护结构的受力状态

4、和应力分布;评价支护结构的合理性及其安全性;合理安排施工程序、进行变更设计及日常的施工管理。通过现场测试和理论分析,修正补充理论分析中采用的计算模型和计算方法,为设计规范的计算方法提供依据。量测数据及其分析结果可立即与事先预设计支护参数相比较,并对预设计作出正确的评价。b.根据规范的要求,监控量测项目分为必测项目和选测项目。必测项目为日常施工管理必须进行的量测,其中包括:地质及支护状况观测、周边位移、拱顶下沉、地表沉降量测;选测项目是为未开挖地段的设计及施工提供数据而进行的量测项目,其中包括:锚杆内力,围岩内部位移、围岩压力及两层支护间压力、钢支撑内力及外力、支护、衬砌内应力及表面应力,等。本

5、文结合监控量测课题,介绍雪峰山隧道锚杆轴力的现场监控量测工作及主要结果。雪峰山隧道施工中锚杆的用量极大,如果锚杆都能有效的工作,则不仅有利于隧道施工安全,更有助于隧道长期稳定;反之,则不利于隧道施工安全,或造成巨大的材料浪费。因此必须通过对典型断面的锚杆轴力进行评测。从而得出雪峰山隧道中的锚杆处于一个什么样的工作状态,究竟发挥了多大的作用,发挥力学效果的主区域在哪里。2 雪峰山隧道典型断面锚杆轴力评测2.1 锚杆轴力评测目的a.了解锚杆的工作状态及轴向应力的大小。每一根系统锚杆在打入围岩后,其杆体将承受因层节理及围岩收敛形变而产生的拉压力、剪切力甚至是弯矩。雪峰山隧道围岩条件下锚杆的轴向应力如

6、何及大小,通过测试将得到确定数据。第31卷,第1期2 0 0 6年2月中南公路工程Central South Highway EngineeringVol.31,No.1Feb.,2 0 0 6 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/b.判断围岩变形发展趋势,及强度下降界限。因为锚杆打入围岩后,不同深度处的内力各不相同,并且有着内力随深度逐渐减小的规律,由此可粗略的知道围岩扰动的范围,这就是说可以大致设计出所用锚杆长度。c.评价锚杆的支护效果。锚杆的极限抗拉强

7、度比实际内力值等于锚杆安全系数K,一般来讲K值略大于1是比较合理的,若远大于1,设计选用材料过保守,小于1,则可能产生安全隐患。2.2 锚杆轴力评测结果在对雪峰山隧道两百多根锚杆的轴力测试后,每根锚杆绘制了应力沿锚杆长度的分布状态曲线图。从图1可见锚杆轴力曲线呈现出带有峰值的涨落趋势(见图1),这主要是因为初测杆体应力时通图1 测点应力沿锚杆长度的分布状态图常是在埋锚杆48 h后(因为埋设断面要距掌子面后20 m,才能保证导线不易被放炮破坏,加之需等待锚固剂终凝,使杆体能充分感受围岩形变),岩壁近测点变形已基本完成,较近点还未结束,而下一测点正好处在峰值,远测点还未受到多大围岩形变影响。可以看

8、出,此状态图与埋设时间有很大关系,但趋势大体相同。我们最关心的是从隧道岩壁至应变量最大处的这段区域,此区域称为围岩松动圈。图2中1为浅部点,2为中间点,3为深部点(见图2)。可见浅部点轴向力最大,愈远点愈小。其成图2 锚杆轴力随时间变化图因是外侧围岩最先受到放炮与开挖的扰动,其程度也较大。随着时间的推移,经过消减的围岩变形影响传递到2,3点,于是他们反映出了和1点相似的受力趋势。2.3 锚杆轴力评测实例在雪峰山隧道Zk102+745、Yk102+670、Zk102+510、Yk102+595、Yk102+445、Yk102+370、Zk102+335、Zk102+300、Yk101+960、Y

9、k101+890、Zk101+925、Zk101+860、Yk101+320、Zk101+470等数十个断面进行了锚杆内力测试,下面以Zk101+470为例进行具体的分析。雪峰山隧道Zk101+470处的地质情况:硅化砂岩板岩,层理产状115 50,节理三组,以产状为110 85 的一组为主,岩石大多为块状结构体。普遍发育条纹,属硬质岩,局部夹变质砂岩,设计为S4a支护,现场最终支护定为S4支护(主要支护参数为10 cm喷射混凝土,环向17根锚杆,间距1.2m)。本断面最终的量测结果见图37。图3 拱顶锚杆各测点轴力时间关系曲线图4 左拱肩锚杆各测点轴力时间关系曲线图5 右拱肩锚杆各测点轴力时

10、间关系曲线图6 左拱腰锚杆各测点轴力时间关系曲线861 中南公路工程第31卷 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/图7 右拱腰锚杆各测点轴力时间关系曲线 从图6中可以看到,大部分测点处于受压状态,各测点应力与时间曲线体现出一定的不规则性。可以从Zk101+470周边收敛曲线图中看到,在前6 d中,周边收敛达到3.20 mm,平均收敛速率为0.533 3mmd,并且此后一直到76 d的时间里洞室收敛也系处在一种不够稳定的趋势向下延续,所以形成左拱肩各测点的偏压

11、状态。综合统计锚杆内力测试结果进行分析,对雪峰山隧道锚杆可得出如下结论:锚杆多数受拉应力,尤其在开挖放炮的初期;锚杆应力值稳定时间与围岩变形稳定时间接近;锚杆轴力测试的结果受围岩内部层节理、滑动面、裂隙水以及埋设时间等因素的影响;比较常见的规律性特征是离围岩越近的测点越先产生大应力值,并且应力值随埋设深度减小;在所测的锚杆中,尤其是V类围岩的锚杆,其最大拉应力值不过60MPa,材料极限抗拉强度与之相比远大于1。应该说设计过于保守,至少锚杆材料仍有可以选用较低强度的可能。显然,Zk101+470的实例映证了以上结论,而根据锚杆内力绝对值最大值的位置绘出隧道围岩扰动范围(见图8)。a.分析1:黑色

12、区域为在量测期间内曾受到扰动的岩体范围。未被黑色区域覆盖的地方并非无应力,而是应力很小。左拱肩拉应力最大,但也不到40 MPa,其余各处都不大。图8Zk101+470围岩扰动范围图b.分析2:对现场使用的水泥砂浆锚杆杆体作过的破坏性试验结果为:极限拉应力达540 MPa。也就是说杆体真正发挥了7.4%的承载应力。反算30 BYk150+125锚杆最大拉力值P=40106(0.011)2=15.2 kN。这对于锚杆来说是一个相当小的值。所以,雪峰山隧道30 BYk150+125断面上所设计的17根系统锚杆并未承受很大的负荷,类似这样状况的设计亦过于保守。3 结语综合前面结论认为,由于发挥主要力学

13、效应的锚杆的受力深度较浅,加之雪峰山隧道IV类微风化硅化板岩围岩自身硬度在60 MPa左右,故应当适当缩短锚杆长度,建议在类似IV类围岩中打2.0 m长锚杆即可满足锚喷支护结构要求,同时钢筋横截面积可以再缩小,用 18的MnSi低碳合金钢材料应可满足要求。参考文献1 李晓红.隧道新奥法及其量测技术M.北京:科学出版社,2002.2 于书翰,杜谟远.隧道施工M.北京:人民教育出版社,1999.3 王 岚.雷公山隧道施工监控量测J.中南公路工程,2003,(4).中南公路工程 征订本刊原为季刊,2006年改为双月刊。20052006年每年每份50元。另19932003年各期尚有少量余刊,可同时征订。19931996年各年均为每年每份10元;19972004年每年每份20元。银行汇款帐号开户银行:中信银行长沙分行先锋支行银行帐号:6927401610182600098858单位名称:湖南省交通科学研究院 邮局汇款地址地址:湖南省长沙市芙蓉中路三段472号单位:中南公路工程 编辑部邮编:410015电话:(0731)5221546961第1期陈鉴光,等:雪峰山隧道监控量测中的锚杆轴力评测 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/