【摘要】針對(duì)黃土隧道錨桿作用效果的問(wèn)題在界內(nèi)的爭(zhēng)論一直比較多，本文將結(jié)合客觀的經(jīng)驗(yàn)以及擦用對(duì)比試驗(yàn)方法對(duì)系統(tǒng)系統(tǒng)錨桿作用做以個(gè)系統(tǒng)的研究、分析；以便最后得知在節(jié)約工程投資和更好控制支護(hù)沉降與變形方面哪個(gè)方法更有優(yōu)勢(shì)。
一、引言
前面提到了界內(nèi)對(duì)于黃土隧道的錨桿問(wèn)題一直頗有爭(zhēng)議；其中有兩種主流觀點(diǎn)：
1、在穩(wěn)定性方面黃土隧道的系統(tǒng)錨桿有決定性的印象，其應(yīng)用是必然的。
2、黃土隧道的穩(wěn)定與否與系統(tǒng)錨桿無(wú)任何影響，可以取消。
兩種主流觀點(diǎn)對(duì)立性的存在不僅給設(shè)計(jì)造成了思路上影響，同時(shí)在具體施工時(shí)也容易造成因觀念不一引起的混亂。
就拿西安—鄭州高速路的隧道為例，在整個(gè)路程中黃土隨到大約有47km占全線總長(zhǎng)的61%，整個(gè)隧道面積至少也有120m2，如何順利解決大斷面黃土隧道施工中錨桿的作用問(wèn)題，對(duì)于整個(gè)工程的的修建來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
二、工程概況
本篇文章將通過(guò)對(duì)比的方法來(lái)，來(lái)對(duì)大斷面淺埋黃土隧道錨桿作用進(jìn)行一個(gè)客觀的比較；研究對(duì)象選取典型的劉家莊黃土臺(tái)隧道，該隧道大致有以下特點(diǎn)：隧道所處地段相對(duì)較為平坦、地層有第四系全新統(tǒng)塌滑堆積Q4粘質(zhì)黃土、中更新統(tǒng)黏質(zhì)黃土、砂質(zhì)黃土、上更新統(tǒng)黏質(zhì)黃土；該隧道的埋深為32米左右，為非濕陷性Q3和Q2黏質(zhì)黃土，其里程為DK243+009～DK242+932。.
在錨桿和無(wú)錨桿試驗(yàn)隧道黃土物理學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)基本一致，其液限WL=26.4%、塑性指數(shù)IP17.2、塑限WP=9.3%、重度17.4KN/m3其次還有黏聚力c=162kPa內(nèi)摩擦角φ=11.9°。
在試驗(yàn)階段分別采用以下幾個(gè)階段進(jìn)行挖掘：
1、在進(jìn)行拱部超前支護(hù)后再進(jìn)行弧形導(dǎo)坑的開(kāi)挖，同時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)的系統(tǒng)支護(hù)。
2、對(duì)支護(hù)中臺(tái)階的左右側(cè)墻分別進(jìn)行挖掘。同時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)的系統(tǒng)支護(hù)。
3、對(duì)支護(hù)下臺(tái)階的左右側(cè)墻分別進(jìn)行挖掘。同時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)的系統(tǒng)支護(hù)。
4、對(duì)中部上下臺(tái)階的核心土進(jìn)行挖掘。
5、開(kāi)挖仰拱并按時(shí)封閉成環(huán)，每個(gè)環(huán)大約進(jìn)尺1.5m其工程周期為每天2個(gè)循環(huán)。
這兩個(gè)試驗(yàn)段內(nèi)，支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)以及隧道施工的方法都如出一轍，地形、地質(zhì)條件也相同，這樣也就最大化得保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性和可參考性。
三、測(cè)試斷面以及測(cè)點(diǎn)的布置
1、斷面的測(cè)點(diǎn)布置
?。?）拱頂沉降布置
可在拱頂正中央設(shè)置拱頂沉降點(diǎn)，在其左右兩側(cè)與拱頂沉降點(diǎn)大約80度的位置左右對(duì)稱。
?。?）圍巖壓力測(cè)點(diǎn)布置
可在正中上方選擇一個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，然后呈對(duì)稱狀分別設(shè)置9個(gè)或11個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)。
（3）鋼拱架應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置
鋼拱架應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置大體上與前兩種有類似的地方，即在頂端確定一點(diǎn)，呈環(huán)形裝分布，尤其要注意一點(diǎn)的是外側(cè)測(cè)點(diǎn)和內(nèi)側(cè)測(cè)點(diǎn)，必須形成對(duì)稱的狀態(tài)，且數(shù)量虛一致，一般來(lái)說(shuō)都是9個(gè)。
2、具體測(cè)試方法
拱頂沉降及水平收斂量測(cè)一般采用的是非接觸的測(cè)量方法，一般來(lái)說(shuō)都應(yīng)具備以下儀器，首先精度為1mm的TCRA1102型全站儀測(cè)量?jī)x器；其次，錨桿軸力可采用CL-XZ-B型的鋼筋測(cè)力計(jì)，圍巖壓力的測(cè)量一般采用雙模壓力盒，鋼拱架采用CBE-57型應(yīng)變計(jì)；最后，在壓力和應(yīng)變的計(jì)算上均采用ZXY-2型號(hào)的頻率讀書(shū)儀采集數(shù)據(jù)。
四、測(cè)試結(jié)果及分析
1、拱頂及拱腳沉降對(duì)比分析
有與無(wú)系統(tǒng)錨桿測(cè)試斷面的隧道拱頂、拱腳沉降歷時(shí)曲線圖見(jiàn)圖3，各個(gè)施工階段的拱頂沉降比例見(jiàn)表1，。
根據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果我們可以很直觀的得到以下幾個(gè)結(jié)論：
?。?）在有系統(tǒng)錨桿的隧道測(cè)試階段中，拱頂沉降大約在51～86mm，拱腳沉降大約在38～73mm；封閉前的拱頂沉降大約占81%，封閉之后拱頂沉降約占19%。
（2）前1～2d中拱頂與拱腳沉降值基本是一樣的，這能充分說(shuō)明拱架主要表現(xiàn)為整體沉降。
?。?）有系統(tǒng)錨桿隧道測(cè)試斷面沉降值比沒(méi)有系統(tǒng)錨桿測(cè)試段的大42%左右；究其原因：首先，錨桿施工對(duì)圍巖產(chǎn)生了一定的松動(dòng)；其次，系統(tǒng)錨桿施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而導(dǎo)致了測(cè)試段面封閉的時(shí)間也過(guò)長(zhǎng)。
?。?）在沒(méi)有系統(tǒng)錨桿隧道測(cè)試斷面，拱頂沉降大約在35～42mm，拱腳沉降大致上是在26～34mm，封閉前拱頂沉降約占77%，封閉后拱頂沉降約占23%
（5）斷面封閉一周，兩隧道測(cè)試斷面的沉降基本趨于穩(wěn)定。
2、水平收斂的對(duì)比分析
我們可以清晰的看到在有無(wú)系統(tǒng)錨桿測(cè)試階段斷面的隧道收斂歷時(shí)曲線見(jiàn)圖4，以及各施工階段水平收斂比例。
同樣經(jīng)由圖4我們可以清楚的看到：
?。?）拱腳水平收斂在無(wú)系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)段大致為21～35mm，封閉前大約占71%，封閉后大約占29%。
?。?）拱腳處的水平收斂在有系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)段大致為28～44mm，封閉前約占87%，封閉后大約占13%。
（3）拱腳處的水平收斂比無(wú)系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)段的大。
?。?）斷面封閉后一周左右水平收斂基本呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。
3、錨桿軸力的分布
有系統(tǒng)的錨桿試驗(yàn)段測(cè)力錨桿軸力如上圖所示，圖中的負(fù)數(shù)表示的意思是錨桿壓力；相反，正數(shù)表示錨桿受拉，其具體可有以下3點(diǎn)：
?。?）每一根錨桿的最大軸力位于靠近隧道面的測(cè)點(diǎn)。
（2）拱部錨桿基本受壓，靠邊墻部分的錨桿普遍基表受拉
（3）錨桿軸力相對(duì)較小，拱部的最大值也小于12KN，靠邊墻的最大值一般為10KN左右。
五、施工作業(yè)時(shí)間分析
有無(wú)系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)段內(nèi)的平均開(kāi)挖進(jìn)尺為1.6m，其具體的施工步驟為以下幾點(diǎn)：開(kāi)挖、架設(shè)鋼架支撐、打錨桿、上混凝土。
錨桿的作業(yè)時(shí)間為：弧形導(dǎo)坑3h，、中臺(tái)階2h、下臺(tái)階2h。
有無(wú)拋錨系統(tǒng)錨桿開(kāi)挖面封閉及全斷面封閉時(shí)間表。
六、結(jié)論
根據(jù)淺埋黃土隧道中對(duì)有、無(wú)系統(tǒng)錨桿進(jìn)行的實(shí)際實(shí)驗(yàn)，通過(guò)客觀、合理的分析，可以得到以下結(jié)論：
（1）無(wú)系統(tǒng)錨桿隧道試驗(yàn)段比有系統(tǒng)錨桿試驗(yàn)階段的拱頂沉降值小大約42%左右、水平收斂小24%左右；此外，就土壓力和鋼架應(yīng)力來(lái)看，兩者無(wú)太明顯的區(qū)別。
（2）有系統(tǒng)錨桿隧道試驗(yàn)段比無(wú)錨桿隧道試驗(yàn)段變形大，歸根結(jié)底其原因是錨桿的長(zhǎng)時(shí)間施工從而延長(zhǎng)了各個(gè)部分的封閉時(shí)間，全斷面的封閉時(shí)間也有所延長(zhǎng)。
無(wú)錨桿試驗(yàn)段斷面封閉的的時(shí)間普遍都在5～7d，有系統(tǒng)錨桿的試驗(yàn)段斷面封閉時(shí)間普遍都在8～14，而斷面的及早封閉對(duì)于控制沉降的效果是非常顯著的。
?。?）對(duì)于拱部錨桿起來(lái)到支護(hù)作用這一效果完成的倒不是很理想，有意識(shí)的取消錨桿不僅可以減少施工當(dāng)中的繁瑣工序，而且能夠最大化的保證隧道初期的結(jié)構(gòu)安全；而且初期支護(hù)斷面及早封閉，可以最大化的控制支護(hù)沉降與變形，最大限度的節(jié)約工程投資。
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