[摘要]圍巖等級(jí)為Ⅴ、Ⅵ級(jí)的軟巖隧道支護(hù)問(wèn)題一直是工程建設(shè)中的難點(diǎn)。本文通過(guò)桁架錨桿的介紹，并將其應(yīng)用在隧道中，分析其在圍巖中形成的"巖拱效應(yīng)"，利用莫爾-庫(kù)侖強(qiáng)度準(zhǔn)則計(jì)算出錨桿的環(huán)向間距，以此設(shè)計(jì)出針對(duì)軟巖大變形隧道行之有效的桁架錨固系統(tǒng)，為同類(lèi)隧道的設(shè)計(jì)、施工提供參考。
1引言
大變形隧道圍巖變形量往往可達(dá)數(shù)十厘米，伴隨位移的發(fā)展其塑性圈也在不斷增厚，從而在支護(hù)結(jié)構(gòu)上形成巨大的壓力，造成支架的破壞和圍巖失穩(wěn)，而塑性圈則可以大幅度降低圍巖內(nèi)形變能，減小圍巖切向應(yīng)力集中；科學(xué)的理念是允許圍巖產(chǎn)生可控制的位移，在圍巖內(nèi)形成一定厚度的塑性圈，減小支架荷載，實(shí)現(xiàn)深部圍巖穩(wěn)定[1]。目前隧道圍巖支護(hù)都是以“新奧法”基礎(chǔ)，而Ⅴ、Ⅵ級(jí)圍巖中均不設(shè)置系統(tǒng)錨桿（尤其是頂部錨桿），因?yàn)檫@相當(dāng)于在一塊塊豆腐中插入一根筷子，用筷子提起豆腐串則是不可能的[2]。
而利用桁架錨桿系統(tǒng)支護(hù)軟巖，則可以把“筷子”做成“勺子”將變形的軟巖“兜住”，這樣就能解決Ⅴ、Ⅵ級(jí)的軟巖隧道的支護(hù)問(wèn)題。
2桁架錨桿系統(tǒng)
錨桿桁架適用于大變形的軟巖巷道，對(duì)常規(guī)錨桿支護(hù)或其它常規(guī)方法難以維護(hù)的復(fù)雜地質(zhì)條件、軟弱破碎帶的控制也能發(fā)揮重要的作用。其支護(hù)機(jī)理是通過(guò)錨桿群的共同作用在巷道圍巖內(nèi)部形成支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)承受巷道外載，減小巷道圍巖的變形，讓巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)[3-4]。
2.1錨桿桁架的基本結(jié)構(gòu)
兩根錨桿在圍巖中傾斜安裝，下端通過(guò)聯(lián)接件與拉桿連接，并施加一定預(yù)緊力，使錨桿與拉桿形成一支護(hù)整體。
2.2錨桿桁架作用原理
通過(guò)其圍巖下面的拉緊裝置給予水平拉力，在圍巖內(nèi)形成箍緊力，在圍巖內(nèi)形成“巖拱”[4]，并在桁架錨桿下端的空隙中布置噴錨金屬網(wǎng)形成桁架系統(tǒng)，把錨桿之間的軟巖“兜住”。最后在整個(gè)隧道斷面前后交錯(cuò)布置錨桿桁架系統(tǒng)，把變形圍巖都“勒緊”。
3設(shè)計(jì)計(jì)算（環(huán)向間距）
為一品桁架錨桿在圍巖中形成的“巖拱”，由于變形量較小，用線段ac長(zhǎng)度近似代替巖拱截面高度，錨桿被預(yù)應(yīng)力拉緊后位移為d，線段ab長(zhǎng)度為巖拱高度h（即是巖拱中性軸到拱底的距離），于是就有：
以合理拱軸線與錨桿的交點(diǎn)為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系。由該結(jié)構(gòu)的靜定平衡條件，將垂直于MN的合力分解在水平向X軸和豎直向Y軸，于是得到：
沿合理拱軸線L作切線，切線與水平軸X軸夾角為α，得出：
又將拱腳處的合力分解為平行和垂直于MN方向的力H’、V’，得到：
為了保證拱腳處穩(wěn)定性，拱腳處推力V'應(yīng)當(dāng)不大于巖體與錨桿之間的摩擦力：V′≤μH′
μ為土體與錨桿之間的摩擦系數(shù)，顯然μ≤tanφ，φ為巖土的內(nèi)摩擦角。將（2）（3）（4）代入（5）式可以得到：
巖體的莫爾庫(kù)侖強(qiáng)度強(qiáng)度為：
將“巖拱”與錨桿的接觸面CD近似等于h/sinθ，于是就有，其中令，
?、僖钥缰薪孛鏋榭刂泼鎭?lái)計(jì)算
截面的前緣點(diǎn)比后緣點(diǎn)受力更為不利，取前緣點(diǎn)F作為控制點(diǎn)，就有：
將（2）、（6）、（8）式代入到（7）式中得到：
以拱腳截面為控制面計(jì)算
與跨中截面類(lèi)似，以D點(diǎn)為控制點(diǎn)，就有：
將（2）、（6）、（10）式代入到（7）式得到：
則錨桿的環(huán)向間距?。簂=min（lmax1，lmax2）
根據(jù)以上的理論分析，只要確定了錨桿受拉位移d，再結(jié)合工程地質(zhì)參數(shù)，如土體的c、φ、μ值以及巖體容重γ就可以確定錨桿的環(huán)向間距。
4結(jié)論
本文通過(guò)桁架錨桿的介紹，并對(duì)其作用原理進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)和計(jì)算，將針對(duì)軟弱圍巖的特性，設(shè)計(jì)出一套錨桿桁架+金屬網(wǎng)噴錨系統(tǒng)，這樣就能解決Ⅴ、Ⅵ級(jí)軟巖隧道不能用常規(guī)系統(tǒng)錨桿支護(hù)的問(wèn)題。
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