小净距段对拉锚杆试验的工程应用成果

2023-09-21 理论教育版权反馈

【摘要】：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

新城子隧道出口为并行两座单线隧道，线间距较小，两线施工时相互影响较大，隧道受力极为复杂，尤其施工后行隧道时应力重新分配，对先行隧道影响极大。

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。锚索测力计布置如图7.25所示。

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图7.25　左线DK276+073和右线DyK276+073锚索测力计布置示意图

左线DK276+053～+073及右线DyK276+053～+073设试验段进行变形和支护体系受力监测与分析，试验段参数如下:

①开挖预留变形量40 cm。

②拱部设φ42超前小导管并预注水泥浆，长度3.5 m，环向间距40 cm，纵向间距1环/1.8 m。

③取消系统锚杆，两侧边墙增设φ42小导管径向注水泥浆，长4.0 m，环、纵间距为1.2 m×1.2 m。

④全环喷C25混凝土，厚30 cm，拱墙设置φ8钢筋网片，网格间距20 cm×20 cm;全环设H175型钢钢架，间距为1榀/0.6 m，钢架接头处设R32N自进式锚杆进行锁脚，长6.0 m，共计12根。

⑤二次衬砌采用双层C35钢筋混凝土衬砌结构。

a.外层衬砌全环厚60 cm，衬砌钢筋环向采用 pagenumber_ebook=192,pagenumber_book=184 22@20 cm，纵向采用14@20 cm，箍筋采用φ8@20 cm。

b.内层衬砌作为预留补强，待外层衬砌施作完成后根据左线施工通过变形稳定情况适时施作。内层衬砌全环厚30 cm，衬砌钢筋环向采用 pagenumber_ebook=192,pagenumber_book=184 18@20 cm，纵向采用14@20 cm，箍筋采用φ8@20 cm。

⑥监控时限及频率。

根据兰渝公司要求，本监控项目监测时限为:所监控段隧道二衬与仰拱施作完毕后1年。

测试频率:埋设初期1～2次/天，1周后1次/天，1个月后2～3次/周，3个月后1次/周。监测频率及时间根据监测数据和现场工程进展及时调整。

2)量测数据的对比分析

(1)右线DyK276+053～+073段变形监测与分析

右线DyK276+053～+073段的变形量测，包括拱顶下沉、水平收敛的量测，测点分别位于拱顶、上台阶和下台阶。

从地形地貌和隧道的岩性入手，在隧道的施工过程中，选取隧道右线DyK276+070、DyK276+060、DyK276+050三个断面监测拱顶位置沉降、上台阶和下台阶水平收敛。通过记录隧道开挖过程中围岩的变形规律，评定洞身的稳定性。

通过观察右线DyK276+070、DyK276+060、DyK276+050断面拱顶的沉降、上台阶和下台阶水平收敛值发现，拱顶沉降小于水平收敛，可能与围岩侧压力较大有关，与围岩压力监测的数据较为吻合。水平收敛上台阶要大于下台阶，说明最大跨以上部位的围岩侧向压力大于边墙位置，在施工时建议适当加大相应部位的支护参数。

(2)左线DK276+053～+073段变形监测与分析

该段的变形监测分析，包括拱顶下沉、水平收敛的量测，测点分别位于拱顶、上台阶。

从地形地貌和隧道的岩性入手，在隧道的施工过程中，选取隧道左线DK276+070、DK276+060、DK276+050三个断面监测拱顶位置沉降，上台阶水平收敛。通过记录隧道开挖过程中围岩的变形规律，评定洞身的稳定性。

通过对比左右线相同里程下的三个断面的变形特征不难看出:

①从稳定时间上看，右线拱顶沉降和上台阶收敛值的稳定时间大约需要60 d，而左线为35 d左右，左线的稳定周期远小于右线，说明左线小导洞的开挖有效地释放了围岩应力，从而左线开挖后围岩的变形周期小。

②从左右线同一里程的洞内收敛值可以看出，左线的收敛略小于右线。

③从左右线六个断面拱顶沉降和上下台阶的收敛值不难发现，拱顶沉降值远小于水平收敛，说明在软岩大变形地段围岩的侧向压力引起的变形不可忽视。

(3)右线DyK276+053～+073段围岩压力监测与分析

为了更好地了解初期支护所承受的来自围岩的压力，在钢拱架背面布设土压力盒，将围岩对衬砌的压力进行现场量测，确定围岩压力受隧道开挖的影响程度。通过对测量数据的分析，评价现行施工的可行性，从而进一步指导施工。选取DyK276+063断面进行围岩压力监测，测点分别位于拱顶、左右拱腰、左右最大跨、左右墙中和仰拱位置，图7.26为压力盒现场安装图。

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图7.26　现场压力盒安装图

为了对比不同部位压力值的大小及分布情况，对各主要部位压力值做了统计，由于仰拱处的压力盒破坏过早没有分析意义，所以没有详细分析。表7.2为各主要部位的围岩压力最终值，图7.27为围岩压力断面分布图。

表7.2　主要部位围岩压力　单位:kPa

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注:表中“+”为压，“-”为拉。

根据表7.2和图7.27，从主要部位围岩压力的当前值可以看出:拱顶压力较小为63 kPa;左右拱腰部位的围岩压力都比较大，分别为240 kPa和222 kPa，右侧略小于左侧;最大跨处的围岩压力差别很大，左侧为364 kPa，而右侧仅为45 kPa，这很可能与该点围岩和初支接触不够密实或左线的小导洞将围岩压力释放了一部分有关;左右墙中的围岩压力相差不多，从围岩的分布上看，压力的分布形式类似典型的“猫耳朵”形。上下台阶及仰拱开挖后围岩压力的变化不是很明显，说明锁脚锚杆的施作起到了很好的作用。二次初支施作后围岩压力开始增大，说明二次初衬的施作增加了初衬的刚度，施作一段时间后拱腰部位出现了较为严重的开裂，如图7.28所示。

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图7.27　围岩压力当前值断面分布图(单位：kPa)

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图7.28　二次初衬开裂照片

开裂后围岩压力开始减小。就其开裂原因不仅与拱腰围岩压力较大有关，而且与左线施工时的爆破扰动有关。由于右线二次初衬开裂严重，将左线爆破开挖换为挖机开挖后，右线的开裂得到了有效控制。二次衬砌施作后压力变化减慢，均趋向稳定。

(4)右线DyK276+053～+073段钢拱架应力监测与分析

从地形地貌和隧道右线DyK276+053～+073岩性入手，在隧道的施工过程中，选取隧道右线DyK276+063断面，在钢拱架腹板上布设表面应变计，对钢拱架的受力情况进行量测。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，评价现行施工的可行性。测点分别位于拱顶、左右拱腰、左右最大跨、左右墙中和仰拱位置，图7.29为表面应变计现场安装图片。

为了了解钢拱架的应力分布情况，将各主要部位的应力值进行了统计，表7.3为各主要部位钢拱架的应力统计表，图7.30为拱架的应力当前值断面分布图。

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图7.29　表面应变计现场安装图片

表7.3　各主要部位钢拱架应力值　单位:MPa

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注:表中“+”为拉，“-”为压。

综合上述表面应变计的监测数据随时间的变化规律、应力值大小和分布等情况看，仪器出现无读数的现象严重，这主要与仪器本身特性和该隧道变形太大等因素有关。就最终监测数据来看，拱顶压力值为110 MPa，左拱腰为63 MPa，右拱腰为75 MPa，左最大跨为122 MPa，右最大跨为54 MPa，左墙中为80.9 MPa，右墙中为170 MPa，受力状态均为受压。除右最大跨和右墙中外，其余各部位仪器无读数过早，而这两个部位的围岩压力恰好最小，所以仪器的损坏可能与围岩的压力大小有较大关系。从监测数据的变化规律看，中台阶和下台阶及仰拱开挖后的应力值有小幅减小的趋势。通过右墙中和右最大跨的两个仪器监测时间较长的部位来看，二次初衬施作后拱架应力均有增长的趋势。

(5)右线DyK276+053～+073段初衬与二衬间接触压力监测与分析

从地形地貌和隧道的岩性入手，在隧道的施工过程中，监测隧道右线DyK276+063断面初衬与二衬之间的接触压力来评定洞身的稳定性，测点分别位于拱顶、左右拱腰、左右最大跨、左右墙中和仰拱位置。

为了对比接触压力的大小及断面的分布情况，将所监测到的数值汇总于表7.4，图7.31为接触压力的断面分布图。

表7.4　各主要部位接触压力值　单位:MPa

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注:表中“+”为压，“-”为拉。

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图7.30　围岩压力当前值的断面分布图(单位：MPa)

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图7.31　接触压力断面分布图(单位：kPa)

通过以上对二衬与初衬接触压力随时间的变化规律、应力统计表和断面分布的情况分析不难看出:在混凝土浇筑之初，接触压力先增大后减小，这一现象应该与混凝土硬化时的收缩变形有关;拆模后，各点接触压力值有所减小或增长速度放慢;接触压力的分布左侧明显大于右侧，与右侧左线导洞开挖后释放了一定的围岩应力有关。

(6)右线DyK276+053～+073段二衬混凝土应力监测与分析

为了更好地了解二衬施作后各主要部位混凝土的受力情况，选用振弦式混凝土应变计测量二衬拱顶、左右拱腰、左右最大跨、左右墙中位置混凝土所受的应力，现场安装图如图7.32所示。

为了了解DyK276+063断面二衬混凝土所受应力的情况，将关键部位的应力数据做了统计，统计结果见表7.5，混凝土应力的断面分布图如图7.33所示。

表7.5　二衬各主要部位混凝土的应力　单位:MPa

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注:表中“+”为拉，“-”为压。

从以上各测点混凝土应力随时间的变化规律和断面分布图可以看出:

①各点均表现出在撤除模板后应力值增大的现象，所以在撤出模板时要保证混凝土达到足够的强度，以防二衬强度不足而导致开裂。

②各点应力值相对较小，总体比较安全。左侧墙中位置出现了拉应力，说明左侧来自山体的压力较大，该处接触压力较大也能印证此问题。

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图7.32　混凝土应力测点现场布置图

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图7.33　混凝土应力断面分布图(单位：MPa)

③180 d的监测应力值还在变化，说明在软岩大变形隧道中，围岩蠕变对隧道支护体系造成的影响不可忽略，在后期及运营期间应注意观察。

(7)右线DyK276+053～+073段二衬钢筋轴力监测与分析

为了更好地了解二衬施作后各主要部位钢筋的受力情况，选用振弦式钢筋计测量二衬拱顶、左右拱腰、左右最大跨、左右墙中位置内外侧钢筋所受的轴力，现场安装图如图7.34所示。

为了观察DyK276+063断面二衬钢筋内外侧的受力情况，现将各个部位的数据进行统计(见表7.6)，图7.35和图7.36为内外层钢筋的断面轴力分布图。

表7.6　关键部位内外侧钢筋所受轴力　单位:kN

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注:表中“+”为拉，“-”为压。

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图7.34　二次衬砌内外侧钢筋应力测点现场布置图

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图7.35　二衬外侧钢筋轴力分布图(单位：kN)

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图7.36　二衬内侧钢筋轴力分布图(单位：kN)

通过各主要部位内外侧钢筋轴力随时间的变化规律和轴力断面分布图可以得出，内外侧钢筋所受的轴力均为压力且值均较小，在180 d的监测中仍在继续增长;从轴力随时间的变化规律上看，二衬模板的拆除对钢筋的轴力影响较大;在内外侧钢筋轴力的分布规律上看，除左右拱腰位置外，其余各处钢筋轴力均表现出外侧小于内侧的规律;从监测结果看，所有钢筋轴力均在增长中，说明二衬钢筋受力受到围岩蠕变的影响较大。

(8)小结

通过对左线DK276+053～+073变形及右线DyK276+053～+073变形和受力的监测与分析发现，右线拱顶沉降小于水平收敛，可能与围岩侧压力较大有关，与围岩压力监测的数据较为吻合。左线由于在正洞开挖前施作了小导洞，围岩压力得到了释放，变形和右线相比较小;分析右线围岩压力的变化规律发现左侧远大于右侧;从钢拱架应力监测结果来看，锁脚锚杆效果良好，下台阶和中台阶开挖后应力变化小;分析初衬与二衬的接触压力看出，左侧接触压力远大于右侧，和围岩压力较为吻合;二衬混凝土应力反映出左侧围岩压力大的问题;二衬钢筋内外侧受力均较小且受压，从当前情况看有安全储备。

小净距段对拉锚杆试验的工程应用成果

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