1)测试项目及测试频率左线DK276+073和右线DyK276+073断面左右线同一根对拉锚杆上下各安装一个锚索测力计测量对拉锚杆的轴力。监测频率及时间根据监测数据和现场工程进展及时调整。图7.27围岩压力当前值断面分布图图7.28二次初衬开裂照片开裂后围岩压力开始减小。二次衬砌施作后压力变化减慢，均趋向稳定。通过记录隧道开挖过程中钢拱架的受力情况，对监测到的钢拱架应力做出初步分析，评价现......
2023-09-21
大跨段预应力锚索试验的工程应用成果
【摘要】：图7.712 m预应力长锚索试验段锚索布置图图7.818 m预应力长锚索试验段锚索布置图图7.9测试布置示意图2)量测数据的对比分析①试验段变形数据比较。当施作预应力锚索后两断面上台阶水平收敛变化趋于平稳，12 m长锚索断面上台阶水平收敛值为438 mm，略大于18 m长锚索断面的387 mm。图7.14拱顶围岩压力对比图18 m长锚索断面拱顶处，围岩压力急速增大，第7 d达到峰值124 kPa，但随后仪器被损坏，故无法继续监测。
在毛羽山隧道骆驼下斜井段设置了预应力长锚索试验段，两个预应力长锚索施工试验段的里程分别为DK282+089.5～DK282+104.5、DK282+113.5～DK282+128.5。每根锚索采用4束φ15.2 mm高强度低松弛全喷涂环氧树脂型的无劲结钢绞线制作，钢绞线抗拉强度不小于1 860 MPa，钻孔直径为150 mm。第一试验段的锚索长12 m(图7.7)，锚索设计张拉力为400 kN，其自由段长度为6 m，每环布设6根，呈梅花形布置，纵向间距1.2 m。主要目的是控制三台阶的水平收敛值，减小水平变形，加固围岩。第二试验段为18 m的长锚索(图7.8)，预应力大小为500 kN，有8 m的自由段和10 m的锚固段，布置同第一试验段一样。主要目的是减小上拱部的跨度，稳定上拱处的围岩，防止大面积掉块情况出现，同时也减小上台阶的水平收敛变形。
1)测试项目及测试频率
DK282+096断面和DK282+118断面分别为第一和第二试验段的监控断面，下面分别用12 m长锚索断面和18 m长锚索断面来表示。其中包括拱顶沉降和洞周的收敛变形、初期支护与围岩间的围岩压力、初期支护和二次衬砌间的接触压力，每项10个测点，分别布设于拱顶、左右拱腰、左右拱脚、左右墙中、左右墙脚及仰拱，如图7.9所示;锚索拉力测试时每根锚索一个测力计，共设置6个。
图7.7 12 m预应力长锚索试验段锚索布置图
图7.8 18 m预应力长锚索试验段锚索布置图
图7.9 测试布置示意图
2)量测数据的对比分析
①试验段变形数据比较。
通过各测点回归分析的变化曲线图如图7.10—图7.13所示，可得出以下结论:
图7.10 拱顶下沉曲线和拟合曲线图
图7.11 上台阶收敛曲线图
图7.12 中台阶收敛曲线图
图7.13 下台阶收敛曲线图
a.两断面拱顶下沉量，呈逐步增加的趋势。12 m长锚索断面在37 d后速率减小到2 mm/d以下，18 m长锚索断面在31 d后降到2 mm/d的速率，并出现小幅波动。
两断面拱顶下沉量都在施作锚索后趋向稳定，且18 m长锚索断面拱顶总下沉量296 mm，小于12 m长锚索断面的371 mm;由于18 m长锚索断面锚索施作比12 m长锚索断面及时，且施作的位置靠近上拱部，故抑制拱顶变形的能力较好。
b.两断面上台阶水平收敛量，初始增长速率较大。12 m长锚索断面收敛值在48 d后速率减小到2 mm/d，18 m长锚索断面收敛值在32 d后速率减小到2 mm/d，并小幅波动。当施作预应力锚索后两断面上台阶水平收敛变化趋于平稳，12 m长锚索断面上台阶水平收敛值为438 mm，略大于18 m长锚索断面的387 mm。
c.中台阶水平收敛变化曲线图中可看出，两断面的初始速率较大。12 m长锚索断面收敛值在37 d后速率减小到1 mm/d，18 m长锚索断面收敛值在29 d后速率减小到1 mm/d，继续缓慢增长。两断面的中台阶水平收敛值都是在施作锚索后趋于收敛状态，12 m长锚索断面中台阶水平收敛值为341 mm，基本与18 m长锚索断面中台阶水平收敛值340 mm相同。
d.两断面下台阶水平收敛变化曲线开始时增大趋势明显。12 m长锚索断面收敛值在33 d后速率减小到1 mm/d，18 m长锚索断面收敛值在28 d后速率减小到1 mm/d，之后缓慢变化。在施作锚索后两断面下台阶水平收敛值基本趋向最终值，12 m长锚索断面下台阶水平收敛值为269 mm，略小于18 m长锚索断面的279 mm。
从上述可看出，锚索施作位置对变形的影响较明显，12 m长锚索断面施作位置主要在中台阶附近，18 m长锚索断面施作位置主要在上台阶附近，故18 m长锚索断面的拱顶下沉和上台阶收敛变形小于12 m长锚索断面。变形在施作锚索后有明显抑制。
②围岩压力量测数据及分析。
各观测点围岩压力变化曲线图如图7.14—图7.19所示。
a.如图7.14所示，12 m长锚索断面拱顶处的围岩压力，初始急剧增加，第4 d达到峰值92 kPa，随着中台阶的开挖呈减少的趋势，下台阶开挖后达到峰值18 kPa，之后增加到246 kPa;当仰拱开挖支护后，钢拱架闭合成环，达到最大承载力，围岩压力急剧增长到775 kPa;随着掌子面的推进，围岩压力迅速减小，达到138 kPa后，呈收敛趋势。
图7.14 拱顶围岩压力对比图
18 m长锚索断面拱顶处，围岩压力急速增大，第7 d达到峰值124 kPa，但随后仪器被损坏，故无法继续监测。
b.如图7.15所示，12 m长锚索断面左侧拱腰围岩压力值，初始增速非常明显，中台阶开挖时达到峰值400 kPa，随后小幅减小，并迅速增大达到峰值603 kPa;当仰拱施作完成后，又增加到589 kPa;随着隧道开挖，围岩压力逐渐减小，呈收敛趋势;当施作完二衬后围岩压力有小幅增加，之后趋于平稳。右侧拱腰围岩压力，刚开始增长较快，中台阶开挖时达到159 kPa;之后呈减小趋势，变为111 kPa;随着掌子面的推进，围岩压力继续减小，并趋于稳定;当预应力锚索施作完成后，拱腰处围岩压力值增大为138 kPa;在做二衬时围岩压力有小幅波动，并达到稳定收敛状态。
图7.15 拱腰围岩压力对比图
18 m长锚索断面左拱腰位置处的围岩压力值，初始增加较快，中台阶开挖时达到峰值89 kPa，围岩压力值有较小的降低，还是成增长状态;当仰拱施作后达到98 kPa之后围岩压力呈平缓增大趋势，达到峰值114 kPa;二衬施作后，围岩压力呈平缓增大趋势。右侧拱腰处的围压值刚开始增大显著，中台阶开挖时达到180 kPa;之后随着仰拱施作波动到139 kPa;随着掌子面的推进，围岩压力平缓减小到53 kPa;二衬施作后围岩压力呈微小增大趋势。
c.如图7.16所示，12 m长锚索断面左侧拱脚位置处，围岩压力急剧增加，中台阶开挖后增大到137 kPa，随后继续增大，下台阶开挖时达到峰值166 kPa，之后呈减小趋势;随着仰拱开挖和支护施作，围压变化呈增加趋势;随着掌子面的推进，围岩压力逐渐减小并呈收敛趋势;施作完二衬后围岩压力有小幅增加并趋于收敛。右侧拱脚位置处，围岩压力初始增加较快，中台阶开挖时达到峰值146 kPa;随后呈减小趋势，仰拱施作完成后达到99 kPa;当预应力锚索施作后达到峰值113 kPa，之后变化趋于平稳;施作二衬后围压值波动最终达到125 kPa。
图7.16 拱脚围岩压力对比图
18 m长锚索断面左侧拱脚位置处围压值，初始急剧变化，第2 d就达到峰值1 094 kPa，中台阶开挖时就减少到2 kPa，之后呈增加趋势;下台阶施作后变为487 kPa，仰拱开挖和支护完成后，围压值逐步减小到112 kPa;随后出现受拉现象，二衬的施作，围岩压力变为受压状态，但数值非常小。右侧拱脚位置处，围岩压力快速增长到103 kPa;之后平稳变化到112 kPa，仰拱施作完成后，围岩压力逐渐增大;但随着隧道的开挖，围压值减小到111 kPa，当预应力锚索施作后围岩压力值变为133 kPa;二衬施作完成后围压值变为平稳趋势。
d.如图7.17所示，12 m长锚索断面左墙中围压值，呈增加趋势，下台阶开挖后围压值急剧增加到峰值175 kPa;仰拱开挖和支护后，增加到峰值154 kPa;随着隧道掌子面的推进，围压值变为3 kPa，但仪器随后就被损坏。右墙中位置的围岩压力，开始时急剧增加，在下台阶开挖后减少到33 kPa;在仰拱施作完成后，围岩压力增大为21 kPa;当中台阶锚索张拉后，围岩压力趋于平稳，增加为37 kPa，但之后仪器损坏。
图7.17 墙中围岩压力对比图
18 m长锚索断面墙中左侧位置处围岩压力值，初始急剧增大到65 kPa，在下台阶开挖后围岩压力值减小到37 kPa;当仰拱开挖和支护施作后，变化呈增加趋势，缓慢达到118 kPa;当锚索张拉后增加到121 kPa;在二衬施作完成后围岩压力呈平稳变化。墙中右侧位置处，仪器出现偏压为负值，在11 d时达到2 kPa，之后围岩压力值呈增大趋势变为16 kPa;随着二衬的施作，围岩压力值增加到27 kPa。
e.如图7.18所示，12 m长锚索断面墙脚左侧的围岩压力值，初始增加较缓慢;当施作仰拱后，围岩压力增加为165 kPa;在二衬施作完成后增大为185 kPa，之后仪器被损坏。右侧墙脚的围岩压力值初始呈增加趋势，第12 d达到峰值157 kPa;随着仰拱开挖、钢拱架闭合，围岩压力急剧增加;预应力锚索施作后，围岩达到1 109 kPa;在二衬施作后围岩压力小幅增长并呈收敛趋势。
图7.18 墙脚围岩压力对比图
18 m长锚索断面左侧墙脚的围压值，初始快速的增大到569 kPa;仰拱施作后，围压值增大到峰值552 kPa，之后小幅减小，但随之继续增大;在二衬施作完成后围压值达到789 kPa，变化趋于平稳。墙脚右侧位置处的围岩压力值呈较缓慢增加趋势;当仰拱施作后，围岩压力值急剧增大到峰值208 kPa，随后平缓增大到268 kPa;当二衬施作后，围岩压力减小并呈平稳趋势。
f.如图7.19所示，12 m长锚索断面仰拱底部的围岩压力，初始急速增大到峰值76 kPa，随着混凝土龄期增长，围岩压力增加并趋于平稳，变为104 kPa。
图7.19 仰拱围岩压力对比图
18m长锚索断面仰拱位置处的围压值，前期迅速增大到167 kPa，之后随着混凝土龄期增加，围岩压力继续增大并趋向稳定，变为211 kPa。
由以上图7.10—图7.19对比分析可得，12 m长锚索断面拱顶处的围岩压力初期小于18 m长锚索断面，但最终值要稍大一点;12 m长锚索断面左拱腰处围岩压力从初期到终期都接近18 m长锚索断面左拱腰的值;12 m长锚索断面左拱脚处初期值和最大值小于18 m长锚索断面的值，但最终值稍大一些;12 m长锚索断面左墙中处围岩压力初期较大，终期时变为0 kPa。
18 m长锚索断面的围岩压力值一直增加到终期135 kPa;12 m长锚索断面左墙脚处围岩压力一直以较大差值小于18 m长锚索断面的值;12 m长锚索断面仰拱处围岩压力一直小于18 m长锚索断面的值;12 m长锚索断面右墙脚处围岩压力一直以较大差值大于18 m长锚索断面的值;12 m长锚索断面右墙中处围岩压力大于18 m长锚索断面的值;右拱脚处两断面的围岩压力值基本一致;右拱腰处前期两断面相差不大，后期12 m长锚索断面的值大于18 m长锚索断面的值;出现较大差值情况是受施工的影响较大。两个断面的围岩应力终值差别不大，预应力锚索施加后效果不是十分明显。
g.预应力长锚索张拉预应力量测分析。
从图7.20和图7.21中可看出，12 m长锚索断面左侧上台阶处锚索预应力在二次张拉后为338 kN。随着施工的推进预应力值基本保持稳定，在二衬施作后预应力值有小幅增大，为343 kN;左侧中台阶处由于孔壁围岩存在裂隙，注浆不充实，锚固端未锚实，故张拉过程中被拉脱;左侧下台阶处与中台阶处情况类似，初张拉时较好，二次张拉过程中拉脱;右侧上台阶处锚索预应力在二次张拉后为430 kN，随着施工的推进，预应力值基本保持稳定，在二次衬砌施作后预应力值有小幅增大，为431 kN;右侧中台阶处锚索在二次张拉后预应力值为504 kN。随着时间推移预应力损失了2 kN，但二次衬砌施作后变大到573 kN;右侧下台阶处锚索在二次张拉后预应力值为385 kN，随着时间推移预应力损失了10 kN。18m长锚索断面左侧上台阶处锚索预应力在二次张拉后为402 kN，随着施工的推进，预应力值有所损失，为386 kN，在二次衬砌施作后预应力值有小幅增大，为389 kN;左侧中台阶处锚索预应力张拉时预应力值为438 kN，随着时间推移预应力损失了33 kN;左侧下台阶处锚索预应力张拉时预应力值为440 kN。随着时间推移预应力损失了3 kN;右侧上台阶处锚索预应力在二次张拉后为416 kN。随着施工的推进预应力损失了5 kN，在二次衬砌施作后预应力值有小幅增大，为430 kN;右侧上台阶处锚索预应力在二次张拉后为504 kN，随着施工的推进预应力有小幅增长，为513 kN，在二次衬砌施作后预应力值有大幅增加，为589 kN;右侧下台阶处锚索在二次张拉后为453 kN，但在拆除千斤顶时出现问题，使得预应力有较大损失，为365 kN，随着二次衬砌施作后预应力值有小幅增大，为368 kN。总体预应力损失不是很明显。
图7.20 12 m长锚索轴力值图
图7.21 18 m长锚索轴力值图
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