馬小鋒，鄧忠富

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司)

1 工程簡述

本次研究選取平袍隧道為試驗工點，試驗段為YK131+720～YK131+750和ZK131+960～ZK131+990兩段。YK131+720～YK131+740段隧道圍巖為中風(fēng)化泥灰?guī)r，巖體較破碎，圍巖級別為Ⅳ級，主要支護類型為S-Ⅳb(具體參數(shù)見表1);ZK131+960～ZK131+980段隧道圍巖為強風(fēng)化泥灰?guī)r、砂巖及碎石，巖體破碎，圍巖級別為Ⅴ級，主要支護類型為S-Ⅴa(具體參數(shù)見表1)。

表1 隧道支護參數(shù)表

2 監(jiān)測斷面及測點布設(shè)

2.1 監(jiān)測斷面

第一個試驗段YK131+720～YK131+740為Ⅳ級圍巖段，其有系統(tǒng)錨桿斷面為YK131+720和YK131+730，無系統(tǒng)錨桿斷面為YK131+740和YK131+750;第二個試驗段ZK131+960～ZK131+990為Ⅴ級圍巖，其有系統(tǒng)錨桿斷面為ZK131+960和ZK131+970，無系統(tǒng)錨桿斷面為ZK131+980和ZK131+990。

2.2 測點布設(shè)

在試驗段內(nèi)主要監(jiān)測項目為拱頂下沉和周邊收斂，拱頂下沉、收斂測點的監(jiān)測元件均同斷面布置。本次試驗監(jiān)測均按10m間距埋設(shè)測點。根據(jù)開挖方式的不同，測點的數(shù)量也不同，全斷面開挖布置5個測點(A-E);上下臺階開挖布置7個測點(A1-E1)。本次試驗，主要埋設(shè)5個測點(A、B、C、D、E)，AE 為一條水平測線(拱腳處)，B、C、D 為拱頂下沉測點(間距2.5m)。

2.3 監(jiān)測方法

拱頂下沉采用水準(zhǔn)儀、銦鋼尺及測微器量測，收斂用水平收斂計量測。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 測數(shù)據(jù)匯總

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，隧道在該四個斷面的變形情況如表2統(tǒng)計所示，表中數(shù)據(jù)為各測點或測線變形累計值。

表2 有、無系統(tǒng)錨桿試驗段監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.2 拱頂下沉對比分析

有與無系統(tǒng)錨桿試驗監(jiān)測斷面的隧道拱頂下沉歷時曲線見圖1～圖2所示，數(shù)據(jù)分析見表2所示。

圖1 第一試驗監(jiān)測斷面有、無系統(tǒng)錨桿工況下隧道拱頂下沉?xí)r程曲線對比圖

圖2 第二試驗監(jiān)測斷面有、無系統(tǒng)錨桿工況下隧道拱頂下沉?xí)r程曲線對比

表3 有、無系統(tǒng)錨桿試驗段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

由試驗結(jié)果可以得出如下結(jié)果。

(1)Ⅳ級圍巖有系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個試驗監(jiān)測斷面平均拱頂下沉27.47mm，無系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個試驗監(jiān)測斷面平均拱頂下沉21.27mm;

(2)Ⅴ級圍巖有系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個試驗監(jiān)測斷面平均拱頂下沉34.94mm，無系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個試驗監(jiān)測斷面平均拱頂下沉28.62mm;

(3)不論是否有系統(tǒng)錨桿，Ⅴ級圍巖相比Ⅳ級圍巖隧道拱頂下沉要大;

(4)不論是否有系統(tǒng)錨桿，隧道拱頂下沉變化規(guī)律基本一致，即開始變形較大，大約一周左右開始趨于穩(wěn)定;

(5)同等圍巖級別情況下，有錨桿斷面拱頂下沉相比無錨桿斷面拱頂下沉要大，平均大約20％，分析原因一是隧道錨桿施工時間長導(dǎo)致隧道支護斷面封閉時間較長，二是隧道錨桿施做對圍巖產(chǎn)生了二次擾動，三是隧道塑型區(qū)半徑大于錨桿長度時錨桿很難發(fā)揮作用。

3.3 周邊收斂對比分析

有與無系統(tǒng)錨桿試驗監(jiān)測斷面的隧道周邊收斂歷時曲線見下圖3～圖4所示，數(shù)據(jù)分析見表4所示。

圖3 第一試驗監(jiān)測斷面有、無系統(tǒng)錨桿工況下隧道周邊收斂時程曲線對比圖

由試驗結(jié)果可以得出如下結(jié)果。

(1)Ⅳ級圍巖有系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個試驗監(jiān)測斷面平均周邊收斂14.47mm，無系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個試驗監(jiān)測斷面平均周邊收斂12.37mm;

(2)Ⅴ級圍巖有系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個試驗監(jiān)測斷面平均周邊收斂19.28mm，無系統(tǒng)錨桿情況下，隧道兩個試驗監(jiān)測斷面平均周邊收斂14.53mm;

表4 有、無系統(tǒng)錨桿試驗段監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

圖4 第二試驗監(jiān)測斷面有、無系統(tǒng)錨桿工況下隧道周邊收斂時程曲線對比圖

(3)不論是否有系統(tǒng)錨桿，Ⅴ級圍巖相比Ⅳ級圍巖隧道周邊收斂要大;

(4)不論是否有系統(tǒng)錨桿，隧道周邊收斂變化規(guī)律基本一致，即開始變形較大，大約一周左右開始趨于穩(wěn)定;

(5)同等圍巖級別情況下，有錨桿斷面周邊收斂相比無錨桿斷面周邊收斂要大，平均大20％左右，原因如拱頂下沉結(jié)論分析所述。

4 結(jié)論

(1)系統(tǒng)錨桿的主要作用是在洞室周邊形成穩(wěn)定的承載拱，而在Ⅴ～Ⅳ級圍巖中有系統(tǒng)錨桿的反而隧道變形要大于無系統(tǒng)錨桿的隧道變形;

(2)在軟弱圍巖地段，不宜設(shè)置大量的系統(tǒng)錨桿，而只需利用單根錨桿的抗拔力或在鋼支撐的拼裝連接點處施加鋼花管以適當(dāng)穩(wěn)定初期支護，這樣既保證了隧道初期支護結(jié)構(gòu)安全，也減少了施工工序，使得隧道支護斷面得以及早封閉，從而能更好地控制支護變形。

[1] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥:安徽教育出版社，2004.

[2] 郭小紅，王夢恕.隧道支護結(jié)構(gòu)中錨桿的功效分析[J].巖土工程，2007，28(10):2234-2239.

[3] 關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計要點集[M].人民交通出版社，2003.