系统锚杆在隧道支护体系中作用研究分析

马小锋，邓忠富

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

1 工程简述

本次研究选取平袍隧道为试验工点，试验段为YK131+720～YK131+750和ZK131+960～ZK131+990两段。YK131+720～YK131+740段隧道围岩为中风化泥灰岩，岩体较破碎，围岩级别为Ⅳ级，主要支护类型为S-Ⅳb(具体参数见表1);ZK131+960～ZK131+980段隧道围岩为强风化泥灰岩、砂岩及碎石，岩体破碎，围岩级别为Ⅴ级，主要支护类型为S-Ⅴa(具体参数见表1)。

表1 隧道支护参数表

2 监测断面及测点布设

2.1 监测断面

第一个试验段YK131+720～YK131+740为Ⅳ级围岩段，其有系统锚杆断面为YK131+720和YK131+730，无系统锚杆断面为YK131+740和YK131+750;第二个试验段ZK131+960～ZK131+990为Ⅴ级围岩，其有系统锚杆断面为ZK131+960和ZK131+970，无系统锚杆断面为ZK131+980和ZK131+990。

2.2 测点布设

在试验段内主要监测项目为拱顶下沉和周边收敛，拱顶下沉、收敛测点的监测元件均同断面布置。本次试验监测均按10m间距埋设测点。根据开挖方式的不同，测点的数量也不同，全断面开挖布置5个测点(A-E);上下台阶开挖布置7个测点(A1-E1)。本次试验，主要埋设5个测点(A、B、C、D、E)，AE 为一条水平测线(拱脚处)，B、C、D 为拱顶下沉测点(间距2.5m)。

2.3 监测方法

拱顶下沉采用水准仪、铟钢尺及测微器量测，收敛用水平收敛计量测。

3 试验结果及分析

3.1 测数据汇总

根据现场监测，隧道在该四个断面的变形情况如表2统计所示，表中数据为各测点或测线变形累计值。

表2 有、无系统锚杆试验段监测数据统计

3.2 拱顶下沉对比分析

有与无系统锚杆试验监测断面的隧道拱顶下沉历时曲线见图1～图2所示，数据分析见表2所示。

图1 第一试验监测断面有、无系统锚杆工况下隧道拱顶下沉时程曲线对比图

图2 第二试验监测断面有、无系统锚杆工况下隧道拱顶下沉时程曲线对比

表3 有、无系统锚杆试验段监测数据对比

由试验结果可以得出如下结果。

(1)Ⅳ级围岩有系统锚杆情况下，隧道两个试验监测断面平均拱顶下沉27.47mm，无系统锚杆情况下，隧道两个试验监测断面平均拱顶下沉21.27mm;

(2)Ⅴ级围岩有系统锚杆情况下，隧道两个试验监测断面平均拱顶下沉34.94mm，无系统锚杆情况下，隧道两个试验监测断面平均拱顶下沉28.62mm;

(3)不论是否有系统锚杆，Ⅴ级围岩相比Ⅳ级围岩隧道拱顶下沉要大;

(4)不论是否有系统锚杆，隧道拱顶下沉变化规律基本一致，即开始变形较大，大约一周左右开始趋于稳定;

(5)同等围岩级别情况下，有锚杆断面拱顶下沉相比无锚杆断面拱顶下沉要大，平均大约20％，分析原因一是隧道锚杆施工时间长导致隧道支护断面封闭时间较长，二是隧道锚杆施做对围岩产生了二次扰动，三是隧道塑型区半径大于锚杆长度时锚杆很难发挥作用。

3.3 周边收敛对比分析

有与无系统锚杆试验监测断面的隧道周边收敛历时曲线见下图3～图4所示，数据分析见表4所示。

图3 第一试验监测断面有、无系统锚杆工况下隧道周边收敛时程曲线对比图

由试验结果可以得出如下结果。

(1)Ⅳ级围岩有系统锚杆情况下，隧道两个试验监测断面平均周边收敛14.47mm，无系统锚杆情况下，隧道两个试验监测断面平均周边收敛12.37mm;

(2)Ⅴ级围岩有系统锚杆情况下，隧道两个试验监测断面平均周边收敛19.28mm，无系统锚杆情况下，隧道两个试验监测断面平均周边收敛14.53mm;

表4 有、无系统锚杆试验段监测数据对比

图4 第二试验监测断面有、无系统锚杆工况下隧道周边收敛时程曲线对比图

(3)不论是否有系统锚杆，Ⅴ级围岩相比Ⅳ级围岩隧道周边收敛要大;

(4)不论是否有系统锚杆，隧道周边收敛变化规律基本一致，即开始变形较大，大约一周左右开始趋于稳定;

(5)同等围岩级别情况下，有锚杆断面周边收敛相比无锚杆断面周边收敛要大，平均大20％左右，原因如拱顶下沉结论分析所述。

4 结论

(1)系统锚杆的主要作用是在洞室周边形成稳定的承载拱，而在Ⅴ～Ⅳ级围岩中有系统锚杆的反而隧道变形要大于无系统锚杆的隧道变形;

(2)在软弱围岩地段，不宜设置大量的系统锚杆，而只需利用单根锚杆的抗拔力或在钢支撑的拼装连接点处施加钢花管以适当稳定初期支护，这样既保证了隧道初期支护结构安全，也减少了施工工序，使得隧道支护断面得以及早封闭，从而能更好地控制支护变形。

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