隧道錨錨固系統(tǒng)選擇

據(jù)錨固系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)材料的不同，可分為無預(yù)加力的預(yù)埋型鋼式和有預(yù)加力的預(yù)應(yīng)力鋼束錨固型式。錨碇型鋼型式的錨固系統(tǒng)已很少使用，預(yù)應(yīng)力鋼束錨固型式已成為主要的型式。從錨固系統(tǒng)著力點位置的不同又可分為前錨式和后錨式。

一般而言，越是靠近巖體深部，巖體的強度越高，相應(yīng)的承載能力越高，故相同的錨體長度，錨固系統(tǒng)的著力點放置在錨體后錨面附近有利于提高隧道錨的承載力。此外，考慮到后期維護和長期使用的需要，錨固系統(tǒng)采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼束還具有可換性的優(yōu)勢。具體選用時還需結(jié)合施工條件、施工方法綜合考慮。2100433B

隧道錨把巖體作為錨體的一部分共同承受大纜拉力，因而從宏觀上看，即所謂從概念設(shè)計的角度而言，適合建造隧道錨的錨址地質(zhì)條件應(yīng)具有以下特點。

(1)錨址區(qū)的地質(zhì)條件應(yīng)是區(qū)域穩(wěn)定的。錨址區(qū)不應(yīng)有滑坡、崩塌、傾倒體及層間滑動等區(qū)域性地質(zhì)災(zāi)害存在，不應(yīng)有深大斷裂帶通過。

(2)錨址區(qū)的巖體應(yīng)具有較強的整體性。錨址區(qū)的巖體不應(yīng)存在較多的裂隙、層理等地質(zhì)構(gòu)造，這些構(gòu)造降低了巖體的整體性，對控制隧道錨的變位極為不利。

(3)錨址區(qū)的巖體應(yīng)具有較高的強度。由于隧道錨的承載能力與巖體的強度密切相關(guān)，故要求錨址區(qū)的巖體應(yīng)具有較高的強度以達到隧道錨的承載要求。

隧道錨主體部分主要包括：鞍室、混凝土錨體、系統(tǒng)錨桿、錨固系統(tǒng)、后錨室、散鞍基礎(chǔ)等。此外還有門洞、步梯、防、排水構(gòu)造，檢修通道等附屬設(shè)施，不參與結(jié)構(gòu)的受力。

(1)鞍室。鞍室的主要功能是容納大纜的散鞍，并有足夠的長度便于大纜散開錨固，同時提供進行錨碇錨固系統(tǒng)、大纜散鞍等防護、維護的空間。根據(jù)具體情況，鞍室截面可采用等截面或變截面。由于隧道錨的鞍室一般均需開挖山體，故需要采取初期開挖支護措施和以后保持開挖后山體穩(wěn)定長期支護構(gòu)造（二次襯砌）。

(2)錨體。錨體的主要功能是容納錨碇的錨固系統(tǒng)、傳遞大纜拉力到巖體，是隧道錨的主要結(jié)構(gòu)。根據(jù)錨體的功能，錨體設(shè)計應(yīng)考慮對錨碇錨固系統(tǒng)的保護作用，自身要有足夠的強度承受纜力和錨固系統(tǒng)的壓力。

(3)系統(tǒng)錨桿。系統(tǒng)錨桿的主要作用是作為開挖的初期支護、加強錨體、巖體間的連接、提高錨洞周圍開挖擾動帶的強度，同時利用錨桿孔完成對錨體圍巖的灌漿。其設(shè)置應(yīng)根據(jù)錨洞圍巖整體結(jié)構(gòu)連續(xù)性狀況及錨洞圍巖普遍存在的松弛圈厚度范圍，并結(jié)合隧道錨力學分析的結(jié)果綜合確定。

(4)錨固系統(tǒng)。錨固系統(tǒng)一般由索股錨固拉桿和預(yù)應(yīng)力鋼束錨固構(gòu)造（有的也采用型鋼等型式，已很少使用）組成。這里所說的錨固系統(tǒng)主要是預(yù)應(yīng)力鋼束錨固構(gòu)造，其主要功能是把大纜拉力傳遞給錨體。根據(jù)著力點的不同可分為前錨式和后錨式。

(5)后錨室。后錨室的主要功能是提供進行錨碇錨固系統(tǒng)防護、維護的空間。有的隧道錨不設(shè)后錨室或者雖有后錨室但在錨碇修建完成后進行了回填封堵，這對錨體可換式無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系是不可行的。

(6)散鞍基礎(chǔ)。直接承受由大纜作用于散鞍的壓力，并傳遞到地基。

錨碇作為懸索橋的四大部分之一，其土方量占懸索橋總開挖量的絕大部分，是最大限度減少環(huán)境擾動的關(guān)鍵所在。隧道錨可有效減少開挖量和混凝土用量，是理想的錨碇型式，如美國的華盛頓橋，其新澤西岸隧道錨與紐約岸重力錨混凝土用量比1:4.8，我國四渡河特大橋宜昌岸隧道錨與恩施岸重力錨混凝土用量比1:4，土石方開挖量之比1:5。因而，隧道錨的使用對有效保護自然環(huán)境、避免大規(guī)模開挖、節(jié)約投資方面具有重要意義。

第1章 概述 1

1.1 懸索橋隧道錨發(fā)展概況 2

1.2 隧道錨研究現(xiàn)狀 3

1.2.1 隧道錨圍巖工程特性研究現(xiàn)狀 3

1.2.2 隧道錨現(xiàn)場模型試驗研究現(xiàn)狀 4

1.2.3 隧道錨數(shù)值仿真模擬研究現(xiàn)狀 6

1.2.4 隧道錨承載力計算方法研究現(xiàn)狀 7

1.3 作者團隊隧道錨研究歷程和思路 9

1.4 本書主要內(nèi)容 11

第2章 隧道錨圍巖工程特性精細評價方法 12

2.1 隧道錨圍巖特性精細評價方法的提出 13

2.2 洞室圍巖性狀探洞勘測 13

2.2.1 四渡河大橋勘探平洞勘察 14

2.2.2 云南普立大橋勘探斜洞勘察 14

2.2.3 宜昌伍家崗長江大橋勘探斜洞勘察 17

2.3 基于勘探平洞的風化卸荷帶劃分 20

2.3.1 勘探平洞布置 20

2.3.2 茶洞岸勘探平洞地質(zhì)描述 21

2.3.3 吉首岸勘探平洞地質(zhì)描述 22

2.3.4 平洞波速測試及卸荷帶劃分 23

2.3.5 構(gòu)建三維地質(zhì)概化模型 25

2.4 巖體力學特性現(xiàn)場試驗 26

2.4.1 試驗布置 26

2.4.2 巖體變形試驗 27

2.4.3 混凝土與基巖接觸面直剪試驗 29

2.4.4 巖體直剪試驗 31

2.4.5 結(jié)構(gòu)面直剪試驗 32

2.4.6 承壓板流變試驗 34

2.4.7 直剪流變試驗 35

2.4.8 三軸流變試驗 43

2.5 隧道錨圍巖質(zhì)量分級 47

2.5.1 國標BQ分級 47

2.5.2 RMR巖體分類 53

2.5.3 基于工程巖體質(zhì)量分級的巖體力學參數(shù) 54

2.5.4 基于霍克-布朗經(jīng)驗強度準則的巖體力學參數(shù) 55

第3章 隧道錨大比尺現(xiàn)場縮尺模型試驗 57

3.1 隧道錨大比尺現(xiàn)場縮尺模型試驗思想的提出 58

3.2 理論依據(jù) 59

3.3 模型試驗建造方法 60

3.3.1 試驗洞布置 60

3.3.2 模型尺度選擇 63

3.3.3 試驗洞成洞方法 65

3.4 模型試驗加載方法 67

3.4.1 反力梁加載法 67

3.4.2 千斤頂自平衡加載法 67

3.4.3 伺服加載系統(tǒng) 69

3.5 模型試驗監(jiān)控技術(shù) 70

3.5.1 表面變形監(jiān)測 70

3.5.2 深部變形監(jiān)測 72

3.5.3 錨碇與圍巖接觸面變形監(jiān)測 74

3.5.4 錨碇內(nèi)部應(yīng)變特征測試 74

3.5.5 模型試驗破壞過程監(jiān)測 75

3.6 試驗流程 80

3.6.1 超張拉試驗 81

3.6.2 張拉流變試驗 81

3.6.3 極限超張拉試驗 82

3.7 基于模型試驗的反演分析方法 82

3.7.1 反演計算方法 82

3.7.2 應(yīng)用實例 82

第4章 室內(nèi)地質(zhì)力學模型試驗方法 89

4.1 相似比設(shè)計 90

4.2 模型材料 91

4.3 模型構(gòu)筑 92

4.4 加載與量測 94

4.5 試驗結(jié)果分析 96

4.5.1 設(shè)計荷載試驗（1P） 96

4.5.2 超載試驗 98

第5章 隧道錨“夾持效應(yīng)”力學機制和變形破壞機制 103

5.1 “夾持效應(yīng)”現(xiàn)場縮尺模型試驗 104

5.1.1 專項模型試驗 104

5.1.2 專項模型試驗數(shù)值重現(xiàn) 112

5.2 現(xiàn)場縮尺模型試驗變形破壞模式分析 118

5.2.1 伍家崗長江大橋隧道錨模型試驗結(jié)果 118

5.2.2 太洪長江大橋隧道錨模型試驗結(jié)果 120

5.2.3 水布埡清江大橋隧道錨模型試驗結(jié)果 123

5.3 基于連續(xù)介質(zhì)數(shù)值方法的隧道錨超載破壞分析 126

5.3.1 伍家崗長江大橋隧道錨承載特性數(shù)值模擬 126

5.3.2 太洪長江大橋隧道錨承載特性數(shù)值模擬 131

5.3.3 水布埡清江大橋隧道錨承載特性數(shù)值模擬 135

5.4 基于非連續(xù)介質(zhì)分析方法的隧道錨超載破壞分析 139

5.4.1 非連續(xù)變形分析數(shù)值模型 140

5.4.2 模擬結(jié)果 140

第6章 隧道錨承載能力綜合研究方法 143

6.1 模型試驗方法 144

6.2 多尺度非線性數(shù)值分析方法 150

6.2.1 模型尺度 150

6.2.2 原型尺度 152

6.3 極限平衡分析方法 157

6.3.1 隧道錨多塊體極限平衡分析方法 158

6.3.2 基于“夾持效應(yīng)”的極限平衡分析方法 160

6.3.3 極限平衡分析方法小結(jié) 162

6.4 經(jīng)驗類比法 162

6.4.1 方法原理及應(yīng)用條件 162

6.4.2 應(yīng)用實例 163

6.5 綜合方法應(yīng)用成果 164

第7章 實橋隧道錨承載能力監(jiān)控驗證 167

7.1 隧道錨綜合監(jiān)控技術(shù) 168

7.2 隧道錨承載能力驗證 168

7.2.1 四渡河大橋隧道錨變形監(jiān)測成果及分析 168

7.2.2 矮寨大橋茶洞岸隧道錨監(jiān)測成果及分析 170

參考文獻 173 2100433B

本書結(jié)合重慶鵝公巖大橋、湖北四渡河大橋、湖南矮寨大橋等十余座懸索橋隧道錨巖石力學研究實踐，系統(tǒng)總結(jié)懸索橋隧道錨巖石力學關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用效果，提出以勘探平（斜）洞綜合測試與試驗為基礎(chǔ)的隧道錨圍巖工程特性精細評價方法，研發(fā)隧道錨大比尺現(xiàn)場縮尺模型試驗成套技術(shù)，揭示隧道錨圍巖“夾持效應(yīng)”力學機制和變形破壞機制。基于隧道錨承載特性的綜合研究，獲得隧道錨在數(shù)萬噸級荷載下變形為毫米級，流變效應(yīng)不明顯的重要結(jié)論，并為工程實踐所證實。