公路隧道錨桿不同加固范圍作用效果模擬分析

時(shí)常悅 何玲玲 李進(jìn)貴

（長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064）

在隧道工程中，開(kāi)挖會(huì)改變圍巖原有的初始應(yīng)力狀態(tài)，使圍巖變形，松動(dòng)，坍塌，而錨桿加固則是隧道開(kāi)挖中常用的加固措施，采用錨桿加固巖層，利用巖層的自支承力的原理來(lái)穩(wěn)定巖體。巖石錨固作為新奧法隧道設(shè)計(jì)施工法的三大支柱之一，其功能是促使圍巖荷載物變?yōu)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，最大限度地發(fā)揮圍巖的自承能力，以較小的支護(hù)抗力維護(hù)洞室穩(wěn)定，但錨桿對(duì)圍巖的加固效果的影響因素很多，比如錨桿間距、長(zhǎng)度、布置形式等，研究這些因素對(duì)加固效果的影響對(duì)于工程合理設(shè)計(jì)和施工安全具有重要意義。

1 建立模型

本次計(jì)算隧道跨徑11.6m，高11.83m，埋深69.2m，計(jì)算區(qū)域長(zhǎng)100m，高75m，采用plane42單元模擬圍巖、加固區(qū)圍巖，beam3單元模擬初期支護(hù)，link1單元模擬加固錨桿，采用殺死單元命令ekill命令來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖，分別計(jì)算 0-180°、20°-160°、40°-140°、60°-120°四種不同加固范圍下錨桿的加固效果。

表1 圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)

2 模擬計(jì)算與分析

2.1 錨桿不同加固范圍對(duì)位移的影響分析

圖1 地表沉降和周邊收斂曲線

圖2 拱頂沉降和仰拱上拱曲線

圖1、2可以看到，在錨桿數(shù)量相同的情況，縮短錨桿間距并集中與拱頂區(qū)，能夠更好地控制地層強(qiáng)度和穩(wěn)定性，阻止地層變形的進(jìn)一步發(fā)展。但并不是錨桿間距越小控制作用越好，錨桿加固范圍在40°-140°時(shí)，對(duì)位移的控制作用最好。

2.2 錨桿不同加固范圍對(duì)錨桿自身的影響分析

圖3、4綜合分析知，錨桿加固范圍在40°-140°內(nèi)錨桿軸力、軸應(yīng)變最小，對(duì)錨桿自身的物理力學(xué)性質(zhì)的改變和影響也最小，更好的發(fā)揮錨桿其對(duì)圍巖的加固作用最有利。

2.3 錨桿不同加固范圍對(duì)初期支護(hù)的影響分析

綜合上圖可以知，剪力在20°達(dá)到頂峰，當(dāng)初始角增大到40°時(shí)最小。彎矩隨著初始角度的增大，最大彎矩迅速減小，當(dāng)初始角為40°時(shí)最小，加固范圍在40°-140°時(shí)，初期支護(hù)受力最有利。

3 結(jié)論

綜上，該圍巖條件下加固范圍在40°-140°時(shí)最有利，由計(jì)算云圖和以上分析，我們到一些結(jié)論：通過(guò)改變錨桿加固范圍對(duì)控制地層沉降有一定的作用，但效果并不明顯。宜綜合各種因素予以考慮。錨桿不同的加固范圍對(duì)錨桿自身的力學(xué)性能影響很大，選擇合理的加固范圍對(duì)于改善錨桿的力學(xué)性質(zhì)，更好的發(fā)揮其在地層加固方面的作用。初期支護(hù)在仰拱和邊墻之間的過(guò)渡段處所受彎矩和剪力最大，因此過(guò)渡段是隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的最容易發(fā)生破壞的薄弱部位，應(yīng)采取措施予以加強(qiáng)。