钢架条件下黄土隧道系统锚杆支护效果研究阶段成果报告
二、两个试验段监测数据对比分析
（一）初期支护阶段监测结果
1．围岩压力 第1试验段中YK50+104.2断面的围岩压力分布不均，且压力值
较大，其他三个断面的压力值相对来说比较接近，大多部位压力值都
在0.1MPa以下。二次衬砌施做后，压力值基本稳定。 2．喷射混凝土应力 第2试验段的YK50+142断面的喷射混凝土有受拉力的情况，各 个断面的喷射混凝土所受的压应力都在8.0MPa以下，在同一量级，应 力值增长速率也大致相同。喷射混凝土施作后20天左右喷层应力趋于 稳定，应力呈缓慢增长态势。但二次衬砌施作后，应力值有所下降，
黄土地区隧道设计与施工关键技术的研究
黄土隧道中取消系统锚杆的现场试验研究
汇报人：长安大学 陈建勋
钢架条件下黄土隧道系统锚杆支护效果研究
一、前言 二、两个试验段的对比分析 三、锚杆轴力测试分析 四、锚杆受力机理分析 五、结论
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一、前 言
一、前言 目前，黄土地区隧道的支护结构形式多采用复合式衬砌, 它是由初期支护、防水层和二次衬砌组合而成。初期支护采
4．净空收敛和拱顶下沉
从各个断面的收敛值和拱顶下沉值来看，变形在同一量级，大小 比较接近，稳定所需时间也大致相同。 5．第1试验段锚杆轴力 从监测结果来看，拱部和墙脚处锁脚锚杆不同深度处的轴力均为 压力，而拱脚处的锁脚锚杆受拉，锚杆所受最大压应力为57.11MPa，
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5．通过对Ⅳ级围岩隧道施工各个工序所需时间的统计，在四台电钻同时
施工的工况下，锚杆施工所需时间至少为2小时，完成初期支护每个循环所需 总时间约为16小时。如果取消系统锚杆，不但可及时进行喷射混凝土施工， 能确保隧道稳定，而且可显著缩短工期。 6．以长3米的锚杆单价46元／米计，Ⅳ级围岩拱部的锚杆共有23根/延米， 工程造价为3174元，以隧道工程造价3万元／米计，锚杆占工程的10.6％。可 见，取消锚杆可显著降低工程造价。
上台阶
行 车 道 中 心 线 中台阶
隧 道 中 心 线
2% 仰拱
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汇报结束
谢 谢！
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小，数据受误差影响较大。
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三、锚杆轴力测试分析
三、锚杆轴力测试分析
锚杆轴力统计表
围岩 类别 拱顶 最小 应力 22.92 Ⅵ 2.01 1.84 Ⅳ 7.50 Ⅴ 4.21 10.47 4.53 26.68 0.82 53.00 9.85 19.16 1.14 41.66 2.73 21.42 -0.52 -30.34 -2.04 4.87 0.31 -35.34 0.83 0.79 0.21 7.58 -1.03 28.92 37.76 1.35 7.63 10.34 57.11 0.78 11.76 35.54 53.16 -0.56 0.24 -114.77 -23.13 -0.46 1.00 -36.84 -35.47 0.77 -8.05 -46.09 80.79 最大 应力 30.47
里程
左拱腰 45度处
最小 应力 16.00 最大 应力 88.11
右拱腰 45度处
最小 应力 5.81 最大 应力 7.39
左拱脚处 锁脚
最小 应力 -47.50 最大 应力 -129.63
右拱脚处 锁脚
最小 应力 -0.46 最大 应力 -10.16
墙脚处 锁脚
最小 应力 0.74 最大 应力 -40.18
之后应力发展进入稳定阶段。
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二、两个试验段监测数据对比分析
3．格栅钢架应力 除YK50+134断面的拱顶和右拱60°处的格栅外侧应力值大于 100MPa（分别为111.4MPa和104.3MPa）外，其余各断面各点所受的应力 均在100MPa以下，处于同一量级。格栅钢架施作后20天左右，格栅钢架 应力趋于稳定，应力呈缓慢增长态势。但二次衬砌施做后，应力值有所 下降，之后应力发展进入稳定阶段。
二、两个试验段监测数据对比分析
最大拉应力为35.47MPa，表明锚杆受力不大。 （二）二次衬砌阶段监测结果 1．接触应力
四个监测断面的接触压力拱部压力值比较接近，处于同一量
级，最大开挖线处的压力值相对来说较大，右侧压力值最大为 0.268MPa，左侧压力值最大为0.102MPa。仰拱边缘处的压力值相对较
二次衬砌阶段元件布置图
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一、前言
钢筋应力计焊接
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一、前言
锚杆安装角度很小，接近于水平
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一、前言
二次衬砌混凝土中应变计的安装
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YK49+670 YK49+676 YK50+104.2 YK50+110.5 K52+296
注：正值表示压应力；负值表示拉应力。
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三、锚杆轴力测试分析
通过对刘家坪2号隧道的两个监测断面、刘家坪3号隧道的两个监 测断面以及刘家坪5号隧道的一个监测断面的锚杆轴力测试结果（见 上表）分析可以看出，拱部锚杆轴力均为压应力，拱脚处锁脚锚杆轴 力均为拉应力，墙脚处锁脚锚杆所受轴力有拉应力也有压应力。
★ 二次衬砌混凝土内、外侧应力
★ 二次衬砌净空收敛
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监测断面元件布置
一、前言
0
0 压力盒 1 钢筋应力计 2 测力锚杆 混凝土应变计 3 4
1 2 压力盒 3 混凝土应变计
4
5
收敛基线 钢筋应力计
6
5
收敛基线 6
7
7 8
8 9 10 11
初期支护阶段元件布置图
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一、前言
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一、前言 刘家坪3号隧道开挖跨度12.16米。在该隧道设置了两 个试验段，共四个监测断面，均为Ⅳ级围岩。该段为离石 组老黄土，土质较均匀，结构紧密，中部夹含多层棕红色 古土壤层和少量钙质结核，呈块状整体结构，柱状节理发 育。 隧道采用复合式衬砌，隧道开挖半径6.08m，采用拱部 留核心土环形开挖法。该隧道设计支护参数见下表。
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五、主要结论
综上所述，建议将黄土隧道初期支护
锚喷支护形式＝系统锚杆＋喷射混凝土＋钢筋网＋钢拱架
改为
钢喷支护形式＝钢拱架＋喷射混凝土＋钢筋网＋锁脚锚杆
即取消系统锚杆，采用钢拱架接头处锁脚锚杆取代。
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五、主要结论
隧道施工步骤示意图
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一、前言
马兰组新黄土
离石组老黄土 YK50+025 有系统锚杆试验段 YK50+090.5 65.5m 30m YK50+120.5 30m YK50+104.2 YK50+110.5 YK50+134 YK50+142 无系统锚杆试验段 YK50+150.5 61.5m YK50+212
90cm
20cm
二次衬砌
45cm厚模注混凝土
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一、前言
2.拱部初期 支护施工
1.拱部环形开挖
10.二次衬砌施工
3.核心土开挖
7.边墙初期 支护施工
6.边墙 开挖 8.左侧仰拱开挖 及衬砌施工 9.右侧仰拱开挖 及衬砌施工
4.边墙 开挖
5.边墙初期 支护施工
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四、锚杆受力机理分析分析
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弹性区
塑性区
松动区
第1试验段为有系统锚杆段，监测断面埋深约44米。
第2试验段为无系统锚杆段，监测断面埋深约36米。
监测断面纵向布置
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一、前言 监测项目
★ 围岩压力
★ 初期支护净空收敛与拱部下沉
★ 喷射混凝土应力 ★ 格栅拱架内、外侧应力
★ 纵向连接筋应力
★ 锚杆轴力 ★ 初期支护与二次衬砌间的接触压力
大，最大为0.406MPa，仰拱其他部位压力值在0.100MPa以下。
2．衬砌混凝土应力 从各断面的监测数据来看，衬砌混凝土绝大部分处于受压状 态，压应力值也较为接近，处于同一量级，应力值比较稳定。
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二、两个试验段监测数据对比分析
3．净空收敛 从监测结果看，各断面最大收敛值仅在1mm左右，衬砌变形很
用喷锚支护，由喷射混凝土、系统锚杆、钢筋网、型钢拱架
或者格栅拱架等支护部件进行适当组合的支护形式。但在黄 土隧道中，系统锚杆是否能在结构中起到作用，这个问题一 直倍受争议。鉴于此，在某黄土隧道中设置了有系统锚杆和 无系统锚杆两个长各为30米的试验段，进行现场施工监控量 测，其目的是通过对两个监测段的对比，检验系统锚杆在黄 土隧道中是否能起到应有的作用。