專利名稱：：隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)。二
背景技術(shù)：
：20世紀(jì)40年代在地下工程中使用錨桿支護(hù)以來，錨桿加固技術(shù)發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已成為地下工程支護(hù)中的一種主要支護(hù)形式。美國、澳大利亞的地下工程支護(hù)中，錨桿支護(hù)占90%以上，西歐、中歐等國家以及日本等國，傳統(tǒng)的支護(hù)方式是金屬支架，近30多年來，這些國家錨桿支護(hù)也有很大的發(fā)展，并成為地下支護(hù)的主要形式。我國的錨桿加固技術(shù)早在20世紀(jì)50年代中期就己起步，當(dāng)時(shí)主要采用機(jī)械式金屬錨桿，發(fā)展速度緩慢。20世紀(jì)70年代至80年代末，錨噴支護(hù)逐漸運(yùn)用到鐵路隧道工程建設(shè)中。當(dāng)時(shí)由于鐵路單線隧道斷面較小，再加上我國鋼材產(chǎn)量較低，隧道初期支護(hù)主要采用錨桿、噴射混凝土以及鋼筋網(wǎng)組成的聯(lián)合支護(hù)。為此，我國工程技術(shù)人員做了大量的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，錨桿在錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)中起著重要作用，隨之，噴錨支護(hù)在隧道工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代以來，隨著大量雙線鐵路和公路隧道的修建，一方面隧道的斷面越來越大，另一方面隧道工程所遇到的地質(zhì)情況越來越復(fù)雜，僅由錨桿、噴射混凝土以及鋼筋網(wǎng)組成的聯(lián)合支護(hù)已經(jīng)難以保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而此時(shí)我國的鋼鐵工業(yè)得到了迅速發(fā)展，為工程建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支持。所以，在敎弱圍巖(iv、V、VI級圍巖)條件下，隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)就由鋼拱架、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿等多種支護(hù)措施組合而成。而在這種組合情況下，系統(tǒng)錨桿的支護(hù)效果如何？國內(nèi)外文獻(xiàn)資料表明，目前尚無人對鋼拱架支護(hù)條件下，軟弱圍巖系統(tǒng)錨桿的作用效果及其機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究。此外，在理論計(jì)算分析中，系統(tǒng)錨桿的受力分析難度很大，往往人為地假定系統(tǒng)錨桿支護(hù)的效果是提高了圍巖的c、cH直。這在軟弱圍巖中顯然是錯(cuò)誤的，相反往往由于打入了錨桿反而破壞了圍巖的結(jié)構(gòu)，降低了圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。目前，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)多采用復(fù)合式襯砌，它是由初期支護(hù)和二次襯砌組成。在軟弱圍巖(IV、V、VI級圍巖)情況下，初期支護(hù)由鋼拱架、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿等多種支護(hù)措施組合而成(見圖3)。各種支護(hù)措施對隧道結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定都有著不同程度的貢獻(xiàn)。其中，長期以來，系統(tǒng)錨桿被認(rèn)為具有"組合梁作用"和"加固拱作用"等而使圍巖得到加固。然而，工程實(shí)踐中錨桿的這些作用是否能得到充分發(fā)揮，系統(tǒng)錨桿的支護(hù)效果究竟如何？對這個(gè)問題隧道工程界有不同的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，在軟弱圍巖隧道系統(tǒng)錨桿對隧道穩(wěn)定性作用不大；另一種觀點(diǎn)則截然相反。在軟弱圍巖中，采用由鋼拱架、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)和系統(tǒng)錨桿共同組成的聯(lián)合支護(hù)不盡合理，其原因是鋼拱架是依靠"被動(dòng)支撐"限制圍巖變形來維持圍巖穩(wěn)定的，而錨桿支護(hù)是通過錨桿與圍巖之間的粘結(jié)或摩擦作用，利用兩種材料不同的彈性模量，使錨桿為"拉桿"去主動(dòng)加固圍巖并充分利用圍巖自身承載力來維持圍巖穩(wěn)定的。錨桿安設(shè)時(shí)一端需錨固在穩(wěn)定巖層中，通過圍巖變形獲得一定的相對位移以發(fā)揮其支護(hù)作用，可見兩者對隧道支護(hù)的機(jī)理不同。在目前軟弱圍巖隧道施工過程中，通常采用的支護(hù)順序是開挖一初噴混凝土一立鋼拱架一掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片一安設(shè)錨桿一噴射混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，顯然，鋼拱架安設(shè)以后就限制了圍巖的變形，制約了錨桿作用的發(fā)揮。此外，從目前的施工現(xiàn)狀看，軟弱圍巖中錨桿通過砂漿與圍巖的粘結(jié)力往往很差，特別是拱部系統(tǒng)錨桿，錨桿的砂漿注滿度很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。且軟弱圍巖隧道多采用分部開挖，施工場地狹小，錨桿施工難度大，往往不能及時(shí)徑向施作。施工單位刻意縮短錨桿長度、減少錨桿數(shù)量的現(xiàn)象也屢見不鮮。極大的影響了其支護(hù)效果的發(fā)揮。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決上述
背景技術(shù)：
中的不足之處，提供一種在軟弱圍巖(iv、V、VI級圍巖)條件下隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，其可以大大縮短施工工期，降低施工難度，更有利于保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且明顯降低工程造價(jià)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，包括鋼拱架，其特征在于鋼拱架上設(shè)置有鋼筋網(wǎng)，鋼拱架接頭處設(shè)有鎖腳錨桿，鋼拱架四周為噴射混凝土層，噴射混凝土層外為模筑混凝土層。上述噴射混凝土層與模筑混凝土層之間設(shè)有防水層。隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于隧道開挖后，先初噴混凝土，再架立鋼拱架，其次掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，打鎖腳錨桿，再噴射混凝土，形成初期支護(hù)體系。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下1、依據(jù)黃土隧道設(shè)計(jì)與施工相關(guān)研究成果，在鋼拱架支護(hù)條件下，系統(tǒng)錨桿對隧道穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全作用不大，取消系統(tǒng)錨桿對隧道結(jié)構(gòu)安全無影響。2、可以大大縮短施工工期。例如，在粘土層錨桿施工成孔困難，耗費(fèi)時(shí)間長，以VI級圍巖為例，設(shè)計(jì)共布置了長4米的錨桿51根/延米，據(jù)粗略估計(jì)，錨桿施工的時(shí)間約占每個(gè)循環(huán)作業(yè)時(shí)間的10%左右。3、更有利于保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。隧道開挖后，取消系統(tǒng)錨桿施工可及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土施工，及早封閉圍巖，及早形成完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。4、可降低工程造價(jià)。以VI級圍巖為例，設(shè)計(jì)共布置了長4米的錨桿51根/延米，按錨桿造價(jià)50元/米計(jì)，可節(jié)省10200元/延米?？梢娖浣?jīng)濟(jì)效益十分顯著。5、本發(fā)明具有較大學(xué)術(shù)價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。若將其推廣應(yīng)用于軟弱圍巖山嶺隧道建設(shè)中，每年可為國家節(jié)省數(shù)億元工程資金。四圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為現(xiàn)有的隧道襯砌結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為包家山隧道圍巖壓力分布圖(單位MPa);圖5為包家山隧道噴射混凝土應(yīng)力分布圖(單位MPa;"+"為受壓，"-"為受拉)；屈6為包家山隧道拱架外側(cè)應(yīng)力分布圖(單位MPa;"+"為受壓，"-"為受拉)；圖7為包家山隧道拱架內(nèi)側(cè)應(yīng)力分布圖(單位MPa;"+"為受壓，"-"為受拉)。圖中，l-鎖腳錨桿，2-鋼拱架接頭處，3-圍巖，4-鋼筋網(wǎng)，5-鋼拱架，6-噴射混凝土層，7-防水層，8-模筑混凝土層。五具體實(shí)施例方式本發(fā)明是在軟弱圍巖(IV、V、VI級圍巖)條件下，將初期支護(hù)由錨噴支護(hù)形式(系統(tǒng)錨桿+噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)+鋼拱架)改為鋼噴支護(hù)形式(鋼拱架+鎖腳錨桿(管)+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土)，即取消系統(tǒng)錨桿，采用鋼拱架接頭處鎖腳錨桿(管)取代。參見圖1和圖2，包括鋼拱架5，鋼拱架5上設(shè)置有鋼筋網(wǎng)4，鋼拱架接頭處2設(shè)有鎖腳錨桿(管)1，鋼拱架5四周為噴射混凝土層6,噴射混凝土層6外為模筑混凝土層8，噴射混凝土層6與模筑混凝土層8之間設(shè)有防水層7。實(shí)際使用時(shí)，隧道開挖后，先初噴混凝土，再架立鋼拱架5，其次掛設(shè)鋼筋網(wǎng)4，打鎖腳錨桿(管)1，再噴射混凝土，形成初期支護(hù)體系。本發(fā)明在新的支護(hù)方案中，取消了系統(tǒng)錨桿，整個(gè)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)由鋼拱架+鎖腳錨桿(管)+噴射混凝土+鋼筋網(wǎng)組成。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)情況下，圍巖的穩(wěn)定性以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性如何，為此，結(jié)合隧道工程建設(shè)實(shí)際情況，開展了鋼拱架支護(hù)條件下取消系統(tǒng)錨桿的隧道圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)效果的研究。下面以3個(gè)工程試驗(yàn)段實(shí)例介紹該方法的優(yōu)點(diǎn)及效果。(一)鋼拱架支護(hù)條件下黃土隧道取消系統(tǒng)錨桿的試驗(yàn)研究為了檢驗(yàn)系統(tǒng)錨桿在黃土隧道中的作用，在劉家坪3號隧道中設(shè)置了有系統(tǒng)錨桿和無系統(tǒng)錨桿2個(gè)長各為30米的試驗(yàn)段，對隧道初期支護(hù)的凈空收斂、拱部下沉、圍巖壓力、鋼架應(yīng)力、噴射混凝土應(yīng)力、錨桿軸力和縱向連接筋應(yīng)力等進(jìn)行現(xiàn)場施工監(jiān)控量測。其目的是通過對2個(gè)監(jiān)測段的對比，檢驗(yàn)系統(tǒng)錨桿在黃土隧道中是否能起到應(yīng)有的作用。1、工程概況劉家坪3號隧道位于國道主干線GZ(35)青島至銀川陜西境吳堡至子洲高速公路第十四合同段，隧道左線全長103m，右線全長187m，為雙洞四車道隧道。隧址區(qū)地貌形態(tài)屬黃土梁峁區(qū)的峁?fàn)钚绷?。洞身段為IV級圍巖，土層為離石組老黃土，土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)緊密，中部夾含多層棕紅色古土壤層和少量鈣質(zhì)結(jié)合，呈塊狀整體結(jié)構(gòu)，柱狀節(jié)理發(fā)育。該該隧道IV級圍巖采用復(fù)合式襯砌，采用分部開挖法施工(拱部留核心土環(huán)形開挖法)，開挖半徑6.08m，每循環(huán)進(jìn)尺1.8m。隧道初期支護(hù)無仰拱，初期支護(hù)采用噴射C25混凝土，厚20cm;H-15X15格柵拱架，縱向間距90cm;4>6鋼筋網(wǎng)，15X15cm;4)22藥巻式錨桿，長3m，間距100X100cm。初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)防水板加土工布。二次襯砌采用C25模筑混凝土，厚45cm;仰拱采用現(xiàn)澆C25混凝土，厚45cm。2、施工監(jiān)控量測方案根據(jù)該隧道的地質(zhì)條件和工程條件，選擇了2個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)效果的監(jiān)測。第1試驗(yàn)段為有系統(tǒng)錨桿段，里程為YK50+090.4YK50+120.4，埋深約44m，監(jiān)測斷面里程為YK50+104.2和YK50+110.5;第2試驗(yàn)段為無系統(tǒng)錨桿段，里程為YK50+120.4YK50+150.4，埋深約36m，監(jiān)測斷面里程為YK50+134和YK50+142。監(jiān)測項(xiàng)目有凈空收斂、拱部下沉、圍巖壓力、噴射混凝土應(yīng)力、格柵拱架應(yīng)力、縱向連接筋應(yīng)力以及錨桿軸力等。該隧道采用分部開挖法施工，即拱部留核心土環(huán)形開挖法，故元件埋設(shè)也是分步進(jìn)行的。從2006年3月17日開始進(jìn)行元件的埋設(shè)工作，至2006年6月3日，各試驗(yàn)段的元件埋設(shè)工作全部結(jié)束，并進(jìn)行了長期觀測。另外，在劉家坪3號隧道的2個(gè)監(jiān)測斷面以及劉家坪5號隧道的1個(gè)監(jiān)測斷面也進(jìn)行了錨桿軸力測試。3、錨桿軸力測試結(jié)果及分析通過對劉家坪2號隧道的2個(gè)監(jiān)測斷面、劉家坪3號隧道的2個(gè)監(jiān)測斷面以及劉家坪5號隧道的1個(gè)監(jiān)測斷面的錨桿軸力測試結(jié)果(見表1及表2)分析可以看出，拱部錨桿軸力均為壓應(yīng)力，拱腳處鎖腳錨桿軸力均為拉應(yīng)力，墻腳處鎖腳錨桿所受軸力有拉應(yīng)力也有壓應(yīng)力。由此可見，系統(tǒng)錨桿可以取消，應(yīng)采用鋼拱架接頭處鎖腳錨桿(管)取代。按不同位置統(tǒng)計(jì)錨桿受力情況表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>注表中"+"為受壓，"-"為受拉。按不同圍巖級別統(tǒng)計(jì)錨桿受力情況表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注表中"+"為受壓，為受拉。4、試驗(yàn)結(jié)論(1)通過對劉家坪3號隧道2個(gè)試驗(yàn)段的測試數(shù)據(jù)對比分析可知，無論從變形還是受力上講，同類數(shù)據(jù)均處于同一量級，并且通過對多個(gè)隧道錨桿施工情況的了解，可認(rèn)為系統(tǒng)錨桿對于黃土隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性作用不大，即可以取消系統(tǒng)錨桿。鋼拱架+鎖腳錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)是合理的黃土隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。.(2)通過對IV級圍巖隧道施工各工序所需時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，即使4臺電鉆同時(shí)施工的工況下，每循環(huán)系統(tǒng)錨桿施做也至少需要2小時(shí)，完成初期支護(hù)每循環(huán)所需總時(shí)間約16小時(shí)。倘若取消系統(tǒng)錨桿，不但可以及時(shí)噴射混凝土，有利于圍巖穩(wěn)定，而且還可大大縮短工期。(3)由于采用分部開挖法施工，施工空間狹小，拱部錨桿施工往往無法徑向施作，拱部錨桿接近于水平狀態(tài)，達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。(4)按3米長的錨桿46元/米的單價(jià)計(jì)，以IV級圍巖為例，IV級圍巖拱部和邊墻的系統(tǒng)錨桿共有23根/延米，工程造價(jià)為3174元，以隧道工程造價(jià)3萬元/米計(jì)，系統(tǒng)錨桿占工程的10.6%?？梢?，取消系統(tǒng)錨桿可顯著降低工程造價(jià)。(二)鋼拱架支護(hù)條件下軟弱圍巖隧道取消系統(tǒng)錨桿的試驗(yàn)研究在新的支護(hù)方案中，取消了系統(tǒng)錨桿，整個(gè)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)由鋼拱架+鎖腳錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土組成。我們在包家山隧道(北段)中設(shè)置了2個(gè)長約33m的試驗(yàn)段，進(jìn)行現(xiàn)場施工監(jiān)控量測。以檢驗(yàn)取消系統(tǒng)錨桿后支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性。1、工程概況包家山隧道位于阿北線(陜西境)小河一安康高速公路的咽喉部位，長11.2公里，是中國目前第三長公路隧道。分為上下雙洞行車，兩洞凈距為40m，線路縱斷面為人字坡，線路最大坡度均為1.95%。隧道穿越南秦嶺山脈青山和玉皇山兩道山峰，地形崎嶇，地勢險(xiǎn)要，山高溝深，植被茂密，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層巖性多變，共有斷層37條，巖溶異常區(qū)17處和多處富水區(qū)，工程施工難度大。2、施工監(jiān)控量測方案根據(jù)該隧道的地質(zhì)條件和工程條件，選擇了2個(gè)試驗(yàn)段進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)效果的監(jiān)測。試驗(yàn)段內(nèi)圍巖為IV級圍巖，主要是軟質(zhì)巖石(IIB)絹云母千枚巖夾炭質(zhì)板巖，夾少量結(jié)晶灰?guī)r，微風(fēng)化，塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育。2個(gè)試驗(yàn)段均取消了系統(tǒng)錨桿，其中第l試驗(yàn)段在拱頂拱架聯(lián)接處共安設(shè)4根錨桿，上臺階左、右拱腳拱架聯(lián)接處各安設(shè)4根鎖腳錨桿，中臺階左、右拱腳拱架聯(lián)接處各安設(shè)2根鎖腳錨桿，下臺階左、右墻腳處各安設(shè)2根鎖腳錨桿，各鎖腳錨桿尾端與鋼拱架焊接。試驗(yàn)段里程為YK152+454YK152+487，埋深約680m，監(jiān)測斷面里程為YK152+469和YK152+475;第2試驗(yàn)段拱頂拱架聯(lián)接處不安設(shè)錨桿，其余鎖腳錨桿安裝方式及數(shù)量與第1試驗(yàn)段相同，各鎖腳錨桿尾端與鋼拱架焊接。試驗(yàn)段里程為YK152+502YK152+535，埋深約680m，監(jiān)測斷面里程為YK152+515和YK152+523。監(jiān)測項(xiàng)目有凈空收斂、圍巖壓力、噴射混凝土應(yīng)力、型鋼拱架應(yīng)力、縱向連接筋應(yīng)力以及錨桿軸力等。該隧道IV級圍巖采用復(fù)合式襯砌，采用三臺階分部開挖法施工，開挖半徑6.20m，每循環(huán)進(jìn)尺約2.4m。初期支護(hù)采用噴射C25混凝土，厚22cm;116型鋼拱架，縱向間距120cm;4>8鋼筋網(wǎng)，20X20cm;原設(shè)計(jì)4>22早強(qiáng)砂漿錨桿，長3m，間距100X100cm，梅花形布置，系統(tǒng)錨桿尾端與鋼拱架焊接。此外另需設(shè)置鎖腳錨桿。初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)防水板加土工布。二次襯砌采用C25模筑混凝土，厚40cm;仰拱采用現(xiàn)澆C25混凝土，厚40cm。由于采用三臺階分部開挖法，故元件埋設(shè)也是相應(yīng)分步進(jìn)行的。從2007年4月7日幵始進(jìn)行元件的埋設(shè)工作，至2007年6月11日，2個(gè)試驗(yàn)段的元件埋設(shè)工作已全部結(jié)束，監(jiān)測至今，初期支護(hù)各測試數(shù)據(jù)已完全穩(wěn)定。3、監(jiān)測結(jié)果與分析經(jīng)過3個(gè)多月的觀測，初期支護(hù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)已趨于穩(wěn)定，筆者對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析。(1)凈空收斂凈空收斂監(jiān)測結(jié)果見表3，從表3可以看出，2個(gè)監(jiān)測段初期支護(hù)階段凈空位移最終速率均遠(yuǎn)小于圍巖基本穩(wěn)定辨別標(biāo)準(zhǔn)0.2mm/d。從變形數(shù)值來看，2個(gè)監(jiān)測段各階段數(shù)值相差不大，基本處在同一量級。凈空收斂監(jiān)測結(jié)果表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>(2)圍巖壓力圍巖壓力監(jiān)測結(jié)果見圖4。從中可以看出各監(jiān)測斷面的圍巖壓力分布不均，且分布形式不盡相同。其中YK152+469斷面的右拱腰30。處圍巖壓力最大，達(dá)到0.255MPa。其他部位的圍巖壓力相對較小，均在0.lMPa以下。YK152+475斷面的左拱腰30。處的圍巖壓力最大，達(dá)到0.444MPa，右拱腳和右墻腳的圍巖壓力也較大，分別為0.361MPa和0.232MPa。YK152+515斷面的最大壓力發(fā)生在拱頂，為0.148MPa，其他位置壓力較小。YK152+523斷面左、右拱腰30。處壓力值較大，分別為0.452MPa和0.155MPa，左、右拱腳處的壓力值也相對較大。其他部位圍巖壓力較小。(3)噴射混凝土應(yīng)力噴射混凝土外緣(靠近巖面)的應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果見圖5。此工程初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，其軸心抗壓與抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度值分別為12.5MPa和1.3MPa。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，2個(gè)試驗(yàn)段各斷面的噴射混凝土以受壓為主，在邊墻等個(gè)別部位出現(xiàn)了拉應(yīng)力。但無論受壓還是受拉，均小于噴射混凝土的軸心抗壓和設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度。(4)型鋼拱架應(yīng)力型鋼拱架應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果見圖6、圖7。從拱架應(yīng)力分布圖來看，各監(jiān)測斷面的應(yīng)力主要為壓應(yīng)力，且應(yīng)力值均較大。鋼架支護(hù)作用明顯，在支護(hù)系統(tǒng)中起主要作用。(5)縱向連接筋應(yīng)力縱向連接筋應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果見表4。從監(jiān)測結(jié)果可以看出，縱向連接筋應(yīng)力多為壓應(yīng)力，且數(shù)值不大，較為接近，最大應(yīng)力值僅為鋼材屈服極限14.5%。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>注表中"+"為受壓."-"為受拉。(6)錨桿軸力監(jiān)測隧道錨桿軸力監(jiān)測結(jié)果見表5。原設(shè)計(jì)中IV級圍巖系統(tǒng)錨桿(20根/延米)沿環(huán)向lm等間距梅花形布置，布置方向沿徑向，且除系統(tǒng)錨桿外，還要求安設(shè)鎖腳錨桿。而在試驗(yàn)段中取消了系統(tǒng)錨桿，其中第1試驗(yàn)段在拱頂拱架聯(lián)接處共安設(shè)4根錨桿，上臺階左、右拱腳拱架聯(lián)接處各安設(shè)4根鎖腳錨桿，中臺階左、右拱腳拱架聯(lián)接處左右各安設(shè)2根鎖腳錨桿，下臺階左、右墻腳處各安設(shè)2根鎖腳錨桿；第2試驗(yàn)段拱頂拱架聯(lián)接處不安設(shè)錨桿，其余鎖腳錨桿安裝方式及數(shù)量與第l試驗(yàn)段相同。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看到，第1試驗(yàn)段2個(gè)監(jiān)測斷面靠近拱頂?shù)?根錨桿有3根受壓，且受力不大。4個(gè)監(jiān)測斷面各臺階拱腳處鎖腳錨桿絕大多數(shù)均受拉，這與黃土隧道中錨桿的受力特點(diǎn)有很大區(qū)別。在黃土隧道中，拱部的系統(tǒng)錨桿與墻腳的鎖腳錨桿基本受壓，而巖石隧道中鎖腳錨桿大部分受拉，最大值達(dá)到191.03MPa，表明巖石隧道中鎖腳錨桿對支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要作用。錨桿軸力監(jiān)測結(jié)果表5<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>上臺階右側(cè)鎖腳-35.3610.6%中臺階左側(cè)鎖腳-10.223.1%中臺階右側(cè)鎖腳-8.352.5%下臺階左側(cè)鎖腳9.913.0%下臺階右側(cè)鎖腳-27.188.1%注表中"+"為受壓，"-"為受拉。4、試驗(yàn)結(jié)論(1)通過對取消系統(tǒng)錨桿后的2個(gè)試驗(yàn)段的測試數(shù)據(jù)分析可知，各監(jiān)測斷面的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形趨于穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)受力安全，說明取消系統(tǒng)錨桿后隧道的初期支護(hù)仍然是穩(wěn)定安全的。在軟弱圍巖隧道中采用由鋼拱架+鎖腳錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土組成的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)是合理可行的。(2)通過對試驗(yàn)段所在標(biāo)段IV級圍巖隧道施工各工序所需時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，完成初期支護(hù)每循環(huán)所需總時(shí)間約14小時(shí)。在6臺風(fēng)鉆(上臺階4臺，中臺階2臺)同時(shí)施工的情況下，每循環(huán)系統(tǒng)錨桿施作時(shí)間約為2小時(shí)，取消系統(tǒng)錨桿可縮短工序循環(huán)時(shí)間，并能及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土施工，及早封閉圍巖以形成完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。(3)試驗(yàn)段所在標(biāo)段IV級圍巖隧道工程造價(jià)為33757元/延米，錨桿造價(jià)為46元/延米，設(shè)計(jì)中3m長系統(tǒng)錨桿數(shù)量為20根/延米，系統(tǒng)錨桿的造價(jià)共計(jì)2760元/延米，占工程總造價(jià)的8.2%。由此可見，取消系統(tǒng)錨桿可顯著降低工程造價(jià)。(三)鋼拱架支護(hù)條件下粘土質(zhì)隧道取消系統(tǒng)錨桿的試驗(yàn)研究天恒山隧道位于哈爾濱市道外區(qū)民主鄉(xiāng)地界，是哈爾濱繞城公路項(xiàng)目的重要組成部分。隧道穿越地層主要為粘性土，局部為細(xì)砂、中砂層。隧道范圍內(nèi)地下水為上層滯水，賦存于軟可塑及軟亞粘土層中，鉆孔后出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。在隧道施工過程中，由于粘土層錨桿施工成孔困難，加之注漿效果差，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度。為此，參考黃土隧道設(shè)計(jì)與施工相關(guān)研究成果取消了系統(tǒng)錨桿，在鋼拱架連接處用鎖腳錨管取代。有以下優(yōu)點(diǎn)1、依據(jù)黃土隧道設(shè)計(jì)與施工相關(guān)研究成果，在鋼拱架支護(hù)條件下，系統(tǒng)錨桿對隧道穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全作用不大，取消系統(tǒng)錨桿對隧道結(jié)構(gòu)安全無影響。2、可以大大縮短施工工期。在粘土層錨桿施工成孔困難，耗費(fèi)時(shí)間長，以VI級圍巖為例，設(shè)計(jì)共布置了長4米的錨桿51根/延米，據(jù)粗略估計(jì)，錨桿施工的時(shí)間約占每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺的10%左右。3、更有利于保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。隧道開挖后，取消系統(tǒng)錨桿施工，在鋼拱架連接處用鎖腳錨管取代，可及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土施工，及早封閉圍巖，及早形成完整的支護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。4、可降低工程造價(jià)。以VI級圍巖為例，設(shè)計(jì)共布置了長4米的錨桿51根/延米，按錨桿造價(jià)46元/米計(jì)，可節(jié)省10200元/延米。可見其經(jīng)濟(jì)效竭十分顯著。權(quán)利要求1、一種隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，包括鋼拱架(5)，其特征在于鋼拱架(5)上設(shè)置有鋼筋網(wǎng)(4)，鋼拱架接頭處(2)設(shè)有鎖腳錨桿(1)，鋼拱架(5)四周為噴射混凝土層(6)，噴射混凝土層(6)外為模筑混凝土層(8)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，其特征在于:噴射混凝土層(6)與模筑混凝土層(8)之間設(shè)有防水層(7)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于隧道開挖后，先初噴混凝土，再架立鋼拱架(5)，其次掛設(shè)鋼筋網(wǎng)(4),打鎖腳錨桿(1)，再噴射混凝土，形成初期支護(hù)體系。全文摘要本發(fā)明涉及一種隧道鋼拱架鎖腳錨桿網(wǎng)噴組合結(jié)構(gòu)，其可以大大縮短施工工期，降低施工難度，更有利于保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且明顯降低工程造價(jià)。本發(fā)明包括鋼拱架，鋼拱架上設(shè)置有鋼筋網(wǎng)，鋼拱架接頭處設(shè)有鎖腳錨桿(管)，鋼拱架四周為噴射混凝土層，噴射混凝土層外為模筑混凝土層，噴射混凝土層與模筑混凝土層之間設(shè)有防水層。文檔編號E21D21/00GK101230784SQ20081001746公開日2008年7月30日申請日期2008年1月31日優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日發(fā)明者羅彥斌,陳建勛申請人:長安大學(xué)