暗挖黏土隧道复合式衬砌无锚支护研究

郑召怡，黄 峰，刘传佩

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东 济南 250101）

暗挖黏土隧道复合式衬砌无锚支护研究

郑召怡，黄 峰，刘传佩

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东 济南 250101）

目前城市地下道路暗挖隧道支护设计除盾构外，主要还是借鉴山岭隧道的锚喷支护，然而城市地下暗挖隧道埋深较浅、相当一部分为土质隧道，其设计施工与山岭隧道有着较大的不同。国内外众多学者对此也提出了各自的见解，尤其对土质隧道中系统锚杆的作用众说纷纭。为此，现结合工程实践从设计施工和监控等方面对城市浅埋暗挖土质隧道中锚杆的作用机理，以及作用效果进行了充分的对比研究，提出了笔者的见解，对指导以后类似环境条件下的隧道设计施工将具有重要的理论意义和经济价值。

暗挖粘土隧道；无锚支护；复合式衬砌；浅埋

1 依托工程概况

济南市玉函路地下隧道为双向4车道连拱隧道，北起玉函立交，南至七里山路以南，全长3.26 km，为国内最长的市政双连拱隧道。隧道埋深为8～10 m，沿市政玉函路走向，现状玉函路两侧均为居民楼，距离隧道边线4～8 m。该隧道洞身段所处地质岩石和粘土间隔分布，其中土质段隧道约占1.2 km，土层自上而下分述如下：

杂填土：杂色，松散～稍密，含大量砖块、碎石、灰渣、混凝土块等建筑垃圾。该层分布较连续，土层厚度2～3 m。

素填土：褐黄色～黄褐色，硬塑，局部呈坚硬状态，稍密，稍湿，以粘性土为主，含植物根系、有机质、少量砖屑、灰渣，土质较均匀。该亚层分布不连续。土层厚度1～3 m。

粉质黏土：浅棕黄～棕黄色，可～硬塑，局部呈坚硬状态，含铁锰氧化物、零星碎石。土层厚度15～20 m。

3.畜禽发病时，重点是查明并清除病因，改善、加强饲养管理，饲喂富含硫胺素的日粮，饲喂符合营养需要的全价配合日粮，并注意搭配细米糠、麸皮、豆类、青菜、青草等多含维生素B1的饲料。

2 实验模型

为更加准确地模拟隧道衬砌的受力状态，充分展现无锚与有锚支护的异同，特在粘土段同一位置附近，设计一段不同于其他支护参数的隧道衬砌类型，同时在相同位置布置监控仪器，以获取更具有可比性的试验数据。支护参数如表1所列。

表1 支护参数表

3 计算模型及结果分析

有锚支护和无锚支护采用相同计算模型，相同开挖工序，唯一区别有锚支护采用了系统锚杆，无锚支护不采用系统锚杆。计算模型为横向100 m，竖向为50 m（见图1）。

表2 围岩参数表

3.1 围岩参数（见表2）及计算模型

图1 计算模型

（1）采用的模型假定为均质、各向同性。

计算假定：

动点问题是近几年中考热点，以几何知识和几何图形为背景，通过点的运动或图形的变换，考察学生的直观想象与演绎推理.学生解决动点问题的瓶颈主要表现在：点的运动带来空间几何图形想象的困难；遗漏对点的位置分类；难以在运动变化中找到不变的性质.这些学习瓶颈提出了对加强直观想象核心素养培养的迫切需求.以动点问题为背景，教师录制如何利用几何画板工具探索解题思路并解决问题的过程，让学生通过重复观看，积累和丰富数形结合的思维经验，教会他们使用几何画板探索思路、分析问题、解决问题的能力，从而巩固数学基础知识和技能，发展直观想象，增强学习兴趣和树立信心.

ATB施工前应对原材料与施工机具进行检查，确保料仓材料质量达标，设备能正常启动运行，可满足施工需求。现场铺筑ATB混合料前，应检查水泥稳定碎石下承层的施工质量，确保水稳层表面无松散、离析、油斑、脱落及污染等情况，必要时可进行挖补处理，满足施工要求后方可喷洒透层油，进行ATB结构层施工[3]。

4.2 数据分析

规划区域排涝标准与渠北运西片排涝标准一致，即入海水道不行洪为20年一遇、行洪期间达到10年一遇，河道断面设计根据区域内及上游排涝流量确定，以保证上游正常排涝；沈湖出口处设置节制闸，当柴米河高水下压大治河时，关闭该闸，柴米河高水经上游泵站抽排，以保证大治河下游的正常排涝；区域内增设外排泵站，抽排区域及上游涝水入京杭运河，保证规划区域排涝设计标准，同时又能提高整个渠北运西片的外排能力。

3.2 计算结果及分析

课内，在法国学校教育体系中，艺术与文化教育是小学和初中的必修课程，高中阶段则可根据学校的情况开展相关选修课，国家不作具体要求。

其计算结果见图2～图5所示。

图2 轴力图（有锚）

图3 弯矩图（有锚）

图4 轴力图（无锚）

图5 弯矩图（无锚）

4.1 传感器的布置

（2）模型的屈服准则采用较为适用岩土材料的Mohr-Coulomb准则。

4 监控数据及结果分析

根据有限元软件施工数值模拟计算结果分析可知，采用传统锚喷支护（设系统锚杆），初期支护的最大轴力为917 kN,最大弯矩为53 kN·m；采用无锚支护（不设系统锚杆），初期支护的最大轴力为936 kN,最大弯矩为56 kN·m。通过对比可知，采用无锚支护方式的初支内力轴力仅增加了2%，弯矩增加了5%。因此，可很明显地得出一个这样的结论：对于软土隧道，系统锚杆所起的作用是有限的，效果微乎其微。

初期支护共设两类传感器，型钢拱架轴力传感器和锚杆轴力传感器。型钢拱架轴力传感器均设置在两种支护类型边墙轴力最大的起拱线位置，锚杆轴力传感器均设置在正洞拱顶位置。每种支护类型各设五个压力传感器，数据处理时除去异样数据后，取平均值。图6、图7为数据整理后传感器距离掌子面的距离-轴力数值曲线图。

图6 拱架距离-轴力数值曲线图

图7 锚杆距离-轴力数值曲线图

（3）假定变形模量、岩体密度、摩擦角、黏聚力等物理参量在计算过程中保持不变，即不考虑岩体的变形致密效果。

根据现场实际监测到的距离-轴力数据，有锚和无锚两种支护类型钢架轴力之差，略小于有限元软件计算得出的钢架轴力之差。图8为锚杆轴力图。根据图7、图8可知，利用有限软件得出拱顶锚杆轴力为66 kN，远大于实际监测到的锚杆轴力20 kN；拱顶锚杆轴力随掌子面推进轴力急剧增大，之后随掌子面推进和时间的推移轴力慢慢降低。因此，可很明显地得出一个相同的结论：对于软土隧道，系统锚杆所起的作用是有限的，效果微乎其微；系统锚杆在开挖初期能够提供部分作用，随着时间推移，锚固效果慢慢失效。

5 结论

通过对软土隧道中锚杆轴力，以及初支轴力的现场测试与统计分析，结合有限元软件计算结果进行对比分析，研究了软土隧道中锚杆的支护效果及机制，得到以下结论:

图8 锚杆轴力图

（1）对于软土隧道，由于锚杆锚固力有限，如果仅通过大大加长锚杆的长度来达到锚固效果，首先施工不具备可行性，其次造价将会大幅度增加；如果仅通过适当加长短而密的锚杆长度，同样难以达到预期锚固效果。

面对这些问题，当地旅游管理部门责无旁贷，不仅要在事发之后进行查处，同时还要“防患于未然”，从根本上治理旅游乱象。与其后发制人，在城市名誉被损害后再行动，不如主动出击，在游客到来之前就造就一个良好的旅游环境，形成口碑效应。

（2）对于软土隧道，通过有锚支护和无锚支护两种支护类型初期支护内力的对比，锚杆对初期支护的内力影响很小，充分说明了锚杆的作用效果很小，甚至无效。

（3）软土隧道施工过程中，由于施工空间狭小，系统锚杆施工不但费时、费力，作用效果又不显著，而且延误了支护的最佳支护时机，使洞室变形加剧。试验表明，软土隧道取消系统锚杆，既减少了施工环节，缩短了工期，对洞室的稳定性影响很小，同时又明显降低了工程造价，具有很好的经济价值和社会效益。

（4）对于软土隧道，由于系统锚杆的作用效果很小，可取消系统锚杆，改为通过适当增加喷射混凝土的厚度或拱架数量来加强初期支护强度，确保具有较大的内压。

U455.7

A

1009-7716（2017）04-0215-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.063

2017-01-09

郑召怡（1981-），男，山东人，硕士，工程师，从事隧道与地下工程结构设计研究工作。