交通/水工隧道中基于预应力锚固系统的及时主动支护理念及其技术实现

发布时间：2025-07-01 23:19

　　 为实现新奥法充分调动围岩承载能力这一核心理念,能够实现及时主动支护的锚固体系是关键。基于此,从及时主动支护技术的内涵及作用机理分析入手,对预应力构件及早施加主动支护阻力,以增强岩体自承载能力,从而实现变形控制的作用机理进行了阐述;以滇中引水工程楚雄段柳家村隧洞为依托,对比分析了主、被动支护作用效应,验证了主动支护对于围岩位移及塑性区发展的有效控制;针对具有长期服役要求的交通/水工隧道,结合不同岩体状况,提出为实现及时主动支护,在一般岩体中建议采用端头机械锚固+自由段水泥砂浆锚固的锚固形式,在软弱破碎岩体中则建议采用端头树脂锚固+自由段水泥砂浆锚固的锚固形式。上述2种锚固形式一方面通过临时性端锚及早施加预应力以实现及时主动支护,另一方面在洞室变形基本稳定后进行后期注浆,在有效防止预应力损失的同时,使得锚固体系具有良好的耐久性,为基于预应力锚固体系的及时主动支护理念在交通/水工隧道工程中的成功应用奠定了坚实的基础。

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【部分图文】：

图2 预应力锚固围岩压缩带示意

隧道开挖后,支护过程中若对单根锚固系统施加预应力,再经由垫板实现预应力的扩散[26],将会在杆体两端形成一定范围的预应力扩散区。此时,该区域内岩体受到预应力压缩作用,当支护密度足够大,形成群锚作用时,单根锚杆形成的应力压缩区将会相互重叠,形成一定厚度的锚固围岩压缩带(图2)。图3....

图3 不同阶段围岩应力状态示意

大量试验研究表明,岩体在三向受压状态下,较之单向或两向受压状态下,岩石的力学特性得到明显增强,如变形模量[27-28]、内聚力、内摩擦角、抗压、拉强度[29-30]、抗剪强度[31]等均有明显提高,且以上参数均随围压的增大而增大,常规三轴压缩下岩块轴向应力-应变曲线如图4所示[3....

图4 常规三轴压缩下岩块轴向应力-应变曲线[32-33]

图3不同阶段围岩应力状态示意据隧道力学可知,洞室开挖打破了原有的地应力场平衡关系,洞壁切向应力σt急剧增大,径向应力σr急剧降低(基本为0)。此时,洞壁围岩由原始的三维应力状态转变为二维应力状态,也即洞周岩体单元将从开挖前的三轴应力状态转变为双轴甚至单轴应力状态[34][图3....

图5 不同支护类型下围岩应力状态示意

而现行常用的包含砂浆锚杆在内的“全被动”支护体系,在隧道开挖后随围岩位移“诱发”的支护抗力虽亦会对洞周和深部岩体提供一定程度的径向约束,使洞室围岩的力学特性在一定程度上有所改善,但由于其对围岩的支护抗力仅作用于洞壁表面,未能像预应力锚固支护那样对洞室周边与深部岩体均产生主动稳定的....

本文编号：4054851