摘要：通過對汕昆高速公路貴州境板壩至江底段興義II號隧道錨桿軸力的測試，研究了錨桿軸力在不同圍巖級別情況下的受力情況，分析了錨桿在隧道內(nèi)的作用機理及其效用，為以后類似的工程實踐提供參考。
1前言
錨桿支護的使用始于20世紀初期，首先在礦山工程中得到應用。到了50年代，錨桿在世界各地的巖石地下工程中已得到廣泛應用。最早的錨桿均采用端部錨固式，主要用于硬質(zhì)巖石之中，一般均施以一定的張拉力。隨著全長粘結式錨桿的使用，錨桿在軟質(zhì)巖石中也得到推廣，特別是“新奧法”的成功，進一步確定了錨桿在隧道支護結構中的地位[1]。
在當前的隧道支護體系中，錨桿是一種十分有效的支護方式，其運用非常廣泛，類型也較多，但是錨桿在隧道支護體系中到底發(fā)揮怎樣的作用還不十分清晰。通常認為錨桿的加固效應有4種：懸吊效應、增強效應、成拱效應和內(nèi)壓效應[2]。
實際上，錨桿的加固作用是多種效應同時產(chǎn)生作用的結果，不同的錨桿布置方式、在不同的地質(zhì)條件下，將有某一效應起主導作用，而其他效應居次要地位。同時，錨桿的效應與錨桿的布置方式有關，如局部錨桿主要發(fā)揮懸吊效應，而系統(tǒng)錨桿主要發(fā)揮成拱效應。
本次研究主要針對汕昆高速貴州省境板壩至江底段興義II號隧道的設計和施工實踐，根據(jù)現(xiàn)場錨桿軸力測試，分析系統(tǒng)錨桿的效用。
2工程概況
興義II號隧道位于汕昆高速貴州境板壩（桂黔界）至江底（黔滇界）第18合同段，隧址位于揚子地臺與華南地臺的接壤部位，隸屬揚子地臺西南邊界地帶，無顯著差異性新構造運動，隧址區(qū)屬區(qū)域地質(zhì)基本穩(wěn)定區(qū)。
隧址區(qū)分布的地層巖性相對簡單，隧址區(qū)出露地層主要為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組下段（T1ya）白云質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r多呈淺灰色、青灰色，礦物成分以方解石、白云石為主，隱晶質(zhì)結構，中厚層狀構造；泥灰?guī)r多呈灰黃色、灰白色，礦物成分以方解石、白云石為主，泥晶結構，薄～中厚層狀構造；兩種巖性呈互層形式，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。表覆第四系坡積粘土夾少量角礫。
全段施工中錨桿的用量很大。如果錨桿都能有效的工作，則不僅有利于隧道施工的安全，而目還有助于其長期穩(wěn)定；反之，則不利于隧道施工安全，或者會造成巨大的材料浪費。為此必須通過對典型斷面的錨桿軸力測試來觀察打入隧道圍巖內(nèi)的錨桿，處于一個什么樣的工作狀態(tài)，究競發(fā)揮了多大的作用，發(fā)揮力學效果的主要區(qū)域在哪里。
3錨桿軸力測試
3.1測試目的
3.1.1了解錨桿不同圍巖下的工作狀態(tài)及軸力大小
每一根系統(tǒng)錨桿在打入圍巖后，其桿體將承受因?qū)庸?jié)理及圍巖收斂形變而產(chǎn)生的拉壓力、剪切力與彎矩作用。在圍巖條件下錨桿的軸力如何，其大小是多少，可通過測試確定。
3.1.2判斷圍巖變形的發(fā)展趨勢，及其強度下降的界限
因為錨桿打入圍巖后，不同深度處的內(nèi)力各不相同，并目有著內(nèi)力隨深度逐漸減小的規(guī)律，故由此可粗略的知道圍巖擾動的范圍，這就是說可以大致設計出所用錨桿的長度。
3.1.3評價錨桿的支護效用
錨桿的極限抗拉強度比實際內(nèi)力值等于錨桿安全系數(shù)K，一般來講K值略大于1是比較合理的，若遠大于上設計選用材料過保守；小于上則可能產(chǎn)生安全隱患。
3.2元件埋設
根據(jù)研究需要，分別選取V、IV兩個圍巖段埋設錨桿軸力計，斷面里程為ZK91+350（V）、ZK91+360（V）；ZK91+422（IV）、ZK91+430（IV）。每一個監(jiān)測斷面內(nèi)布置5個量測位置（孔），每一個量測位置的孔內(nèi)設測點3個。具體的布置形式為在拱頂中央1個，在左右拱腰各設1個，左右邊墻各設1個。具體部位也可根據(jù)巖性及有關現(xiàn)場情況適當變更。測點布置采用測點1（淺部測點）距孔口1.0m，測點2（中間測點）距孔口為2m，測點3（淺部測點）距孔口3m。
3.3測試結果
本次共測試斷面4個，錨桿數(shù)量20個。
4測試結果分析
?。?）V級圍巖相比IV級圍巖，各部位錨桿軸力均較大，因為V級圍巖較差，圍巖位移較大，錨桿起到了懸吊效應，拉應力突出。
（2）同一圍巖級別下，不同部位錨桿受力不同，本隧道測試段中拱頂?shù)睦瓚υ赩級圍巖下最大，IV級圍巖下則拱腰位置受力最大。
?。?）本次測試錨桿最大應力基本為拉應力，只有ZK91+360左邊墻收到局部壓應力作用，隧道圍巖可能處于擴張狀態(tài)，錨桿收到側摩阻力，表現(xiàn)受壓狀態(tài)。
?。?）本次測試錨桿軸力中，V級、IV級圍巖中錨桿效用發(fā)揮不充分，最大受力為104Mpa，只占鋼材設計強度的30%，遠遠低于設計值，設計偏于保守。
?。?）根據(jù)同級圍巖內(nèi)錨桿受力最大值繪出的圍巖擾動圖，可以明顯看出，V級圍巖較IV級圍巖擾動范圍要大，且錨桿發(fā)揮效用也更充分。
5結論
通過不同圍巖級別錨桿軸力測試，得出如下結論：
（1）V級圍巖下錨桿軸力一般地較IV級圍巖下要大，效用相對要大。
?。?）目前，不論是V級還是IV圍巖錨桿的軸力都達不到理論設計值，多數(shù)情況下不超過1/3，所以錨桿的效用大打折扣，有必要對錨桿設計進行重新的研究和優(yōu)化。
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