文档介绍：浅埋隧道地表锚杆预加固的作用机理与分析方法
彭立敏施成华韩玉华
摘要:在现场量测与室内模型试验研究成果的基础上,探讨了用砂浆锚杆对浅埋隧道地表进行预加固的作用效果以及锚杆与地层共同作用的力学机理,由此提出了分析锚杆预加固作用效应的计算方法。计算值与试验结果比较接近。
关键词:浅埋隧道; 砂浆锚杆; 地表预加固; 作用机理; 分析方法
分类号: 文献标识码:A
文章编号: 001-8360(2000)01-0087-05
Applying mechanism and analysis method of anchored-bolt
pre-reinforcing surface of shallow tunnel
PENG Li-min SHI Cheng-hua HAN Yu-hua
(School of Civil and Architectural Engineering, Changsha Railway Institute, Changsha 410075, China)
Abstract:Based on the results of measuring in site and model test in laboratory, the applying effect that surface of shallow tunnel is pre-reinforced with mortar anchored-bolts, as well as the mechanics mechanism of bolts and stratum acting on each others, are studied. Then, the calculating method that the applying effectiveness of bolts for pre-reinforcing is analyzed,has been given calculated values are very close to the test results.
Keywords:shallow tunnel; mortar anchored-bolt; pre-reinforcing of surface; applying mechanism; analysis method▲
80年代后期以来, 采用岩土锚固技术, 对地层软弱、稳定性差的浅埋山岭隧道(主要是洞口地段)地表预先进行加固,然后再进洞施工的方法,已在铁路和公路隧道的建造中取得了成功的经验。它与传统的隧道施工方法相比,具有增强围岩整体稳定,抑制因隧道开挖产生的地层下沉,简化施工工序,减少明洞的长度和植被的破坏,降低工程造价等优点,特别是大跨度浅埋隧道洞口段采用此技术时,取得的工程经济效果是比较明显的[3~5]。因此,它作为一项新的施工技术,已在新建的山岭隧道施工中加以普遍使用。这种方法在日本又被称为“垂直缝地工法”[6,7]。
尽管地表锚杆加固的作用效果与隧道洞内支护中使用的锚杆类似,但地表锚杆是在隧道开挖前打入的,因而,锚杆的受力状态、锚杆与周围地层的相互作用规律以及地层在预加固前后的某些力学性能的变化均与后者有较大的差别。
图1 Wmax随h变化的试验曲线
图2 Bi随h变化的试验曲线
从图中可以看出锚杆的确起到了加强山体的整体坚固性,减少山体整体滑动趋势,提高山体自承能力的作用。同时也说明,这些加固效果会随锚杆的加固范围、间距、深度、安设锚杆时砂浆锚固孔大小等因素的变化而变化,因此,合理选择好这些施工技术参数对保证加固效果至关重要。
地表沉陷与锚杆加固的关系
一般情况下,在地表横截面为水平状况时,隧道开挖后引起的地表沉陷呈正态分布(图3),其沉陷曲线可表述为[8]
图3 地表沉陷示意图
(1)
式中,Wmax为地表最大沉陷值,x为曲线上任一点的横坐标,a0为经验参数,Bi为沉陷槽的半宽。根据文献[2]的试验结果,Wmax和a0与隧道埋深hi和锚固间距Si的关系为
Wmax=-+- (2)
a0=-(3)
式中,
沉陷槽的半宽Bi,可按下式求得
( 4)
( 5 )
式中,βi为洞室两侧岩土体的破裂角; Bt为隧道开挖跨度;ht为隧道开挖高度;φi为围岩等效摩擦角(计算方法见下面的分析);θi为横断面摩擦角,Ⅱ,Ⅲ。
2 锚杆预加固的作用机理及分析方法
地表锚杆一般采用全长砂浆锚杆,锚杆与砂浆共同组成锚固体,即它的锚固作用是通过锚杆与砂浆之间,砂浆与岩土体