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![黄土隧道中取消系统锚杆设计与施工关键技术的研究[详细]](https://img.taocdn.com/s1/m/58c6a5a75f0e7cd18525368d.png)
大断面黄土隧道稳定性参数指标研究的开题报告开题报告：大断面黄土隧道稳定性参数指标研究一、选题背景和意义隧道是地下工程中一种非常重要的结构，其安全性是保证工程质量的重要条件。
而隧道开挖过程中，特别是在黄土区，会受到黄土特殊的稳定性问题的影响，为确保隧道开挖和使用的安全性，需要对黄土隧道的稳定性参数进行研究。
二、研究内容和目标本研究旨在探讨大断面黄土隧道的稳定性参数指标，研究内容包括：1.黄土的物理力学特性分析，包括黏聚力、内摩擦角等2.隧道围岩的受力分析，包括地应力状态和应力分布等3.隧道围岩的应力-应变特性分析4.基于有限元方法的隧道稳定性分析5.用实际隧道数据验证研究结果本研究的目标是建立一套完整的大断面黄土隧道稳定性参数指标体系，为黄土区域的隧道设计提供有效的数据支持。
三、研究方法和技术路线本研究将采用如下研究方法和技术路线：1.文献资料搜集和综述分析，了解黄土隧道研究现状和发展趋势。
2.实验室试验，对不同类型的黄土样本进行物理力学试验和力学特性测试。
3.数值模拟，采用有限元方法对隧道开挖过程进行模拟，分析隧道围岩应力-应变特性和稳定性问题。
4.实地调研，结合实际隧道数据对研究结果进行验证。
四、预期成果与创新点本研究的预期成果为：1.建立大断面黄土隧道稳定性参数指标体系。
2.提出适用于大断面黄土隧道的设计方法并进行实际应用。
3.为黄土地区的隧道建设提供技术支持和科学依据。
本研究的创新点在于：有限元方法的应用和采用实际隧道数据进行验证，不仅可以提高研究的准确性，而且具有一定的实用性。
五、进度安排本研究的进度安排如下：1.文献调研和资料搜集，完成时间：4周。
2.实验室试验，完成时间：6周。
3.数值模拟和预处理，完成时间：6周。
4.实际数据采集和分析，完成时间：4周。
5.结果分析和撰写论文，完成时间：8周。
六、参考文献1. Gao, H. F., Qu, W. H., & Wang, Y. Z. (2015). Mechanical behaviour of loess under different testing conditions. Engineering Geology, 188, 163-171.2. Ma, X. L., Chen, C. X., Chen, Q. H., & Xu, N. W. (2011). Soil covering structures for shallow buried tunnels in loess areas. Tunnelling and Underground Space Technology, 26(1), 49-55.3. Wang, G. T., Zhou, W. H., & Rao, W. B. (2016). Study on mechanical properties of loess under different degrees of saturation. Geotechnical and Geological Engineering, 34(1), 85-94.4. Zhang, M. J., Wang, Y. J., & Yan, L. H. (2014). Stability analysis of tunnel based on FLAC3D. In 2014 World Tunnel Congress (pp. 341-345). Springer, Berlin, Heidelberg.5. Zuo, P. S., & Zhou, W. Y. (2014). Groundwater seepage in fracture–loess media under high hydraulic head. Environmental Earth Sciences, 71(7), 3279-3289.。
浅埋偏压大断面黄土隧道下穿古建筑群开挖稳定性研究马昭;张明礼;蒋春海;郑钊;段旭晗【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2024(36)1【摘要】浅埋偏压大断面黄土隧道开挖极易引发地表沉降,影响地表既有建筑物的安全使用。
以兰州市白塔山隧道为工程背景,通过ABAQUS有限元软件模拟了双侧壁法和中隔壁法隧道开挖支护的动态过程,分析围岩与支护结构的变形受力特征以及地表沉降对古建筑的影响。
结果表明:偏压导致两种方法开挖深埋侧土体的围岩竖向变形均大于浅埋侧,地表与拱顶沉降具有同步性,危险施工段一致;双侧壁导坑法开挖地表最大沉降为10.7 mm,二次衬砌应力主要分布在拱顶和拱腰,最危险施工段为开挖中上部土体,但工序复杂,施工进度慢;中隔壁法引发围岩最大沉降为23.0 mm,地表最大沉降为13.0 mm,二次衬砌应力主要分布在拱顶、拱肩部位,最危险工况为开挖右上台阶;两种开挖方式对古建筑的影响均符合相关规范的要求,综合考虑中隔壁法更适合对该浅埋偏压段围岩以及地表变形的控制。
【总页数】9页(P94-102)【作者】马昭;张明礼;蒋春海;郑钊;段旭晗【作者单位】兰州理工大学土木工程学院;甘肃省科学院地质自然灾害防治研究所;上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司;上海市政工程设计研究总院集团第十市政设计院有限公司【正文语种】中文【中图分类】U45【相关文献】1.浅析大断面浅埋湿陷性黄土隧道下穿高速公路的沉降控制施工技术2.浅埋大断面黄土隧道下穿高速公路设计方案研究3.浅埋大断面黄土隧道下既有穿铁路施工技术4.浅埋大断面黄土隧道下穿公路安全施工技术5.浅埋大断面黄土隧道下穿公路安全施工技术因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
试论黄土隧道锚杆受力与作用机制摘要：本文作者根据多年研究经验，对黄土隧道锚杆受力与作用机制做具体分析，希望有一定参考意义。
关键词：力学特性; 现场对比; 数值模拟; 黄土隧道; 锚杆引言：本文以青兰高速公路善化隧道为依托工程，开展了较大规模的现场施工监测，结合有限元数值模拟方法，分析研究了公路黄土隧道系统锚杆的力学特性。
1．依托工程概况本文选取青兰高速善化隧道同一位置的左、右线两个断面ZK126 + 70和YK126 + 70进行了现场测试。
善化隧道左线起点里程为ZK126+000.5，终点里程ZK127+666.5，隧道总长度1666m，右线起点里程为YK126+025，终点里程YK127+685，隧道总长1660m。
隧道左右线间距为24m。
Qml4沿线地层以粉砂性黄土、河流阶地河河谷滩地为主，下伏粉砂岩、砂、泥岩等，岩性比较复杂洞口断面的围岩类别为Ⅴ级围岩。
测试断面为马蹄形隧道标准断面结构，隧道衬砌结构由40cm复合式衬砌，初支采用C20 喷射混凝土，二衬采用C25模筑钢筋混凝土; 边墙砂浆锚杆采用长3. 5m 的22钢筋，环纵向间距呈 1. 0 × 1. 0m 梅花形布置; 型钢钢架支撑作为永久性支撑，纵距为0. 8m，每型钢钢架两拱脚处各设两根长为 3. 0m 的42 锁脚锚管。
施工方法采用浅埋暗挖保留核心土的短台阶法，严格按照“管超前、少扰动、短进尺、强支护、留核心、勤量测、早封闭”的施工原则进行施工。
2．现场施工监测及分析2. 1 监测内容及方法在隧道ZK126 + 70和YK126 + 70两个断面埋设了监测元件，进行有无系统锚杆的对比监测。
两断面距洞口70，埋深约60m，其中左线ZK126 + 70设置了系统锚杆，右线YK126 + 70无系统锚杆。
监测项目包括围岩压力、钢拱架内力和砂浆锚杆轴力。
监测元件均采用钢弦式传感器，此类元件具有较高的精度和可靠度，且受现场各种干扰小，可长期有效地工作。
第30卷第8期岩石力学与工程学报V ol.30 No.8 2011年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2011黄土隧道锚杆受力与作用机制陈建勋1，乔 雄1，2，王梦恕3(1. 长安大学公路学院，陕西西安 710064；2. 兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州 730050；3. 北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044)摘要：为探讨黄土隧道锚杆作用效果及机制，对陕西省吴堡—子洲高速公路上3座黄土隧道中的48根锚杆应力进行现场测试和统计分析，结果发现：黄土隧道在钢架支护条件下，拱部系统锚杆受压且应力值较小；拱脚处锁脚锚杆以受拉为主，锁脚锚杆应力普遍大于拱部锚杆应力。
从土体的变形和锚杆与土体的锚固效果2方面分析黄土隧道拱部系统锚杆的力学状态，分析认为隧道开挖后，浅埋黄土隧道拱部发生整体沉降，锚杆并不存在锚固段；深埋黄土隧道开挖后土体产生较大塑性区，目前以“短而密”原则设计的系统锚杆也不存在锚固段；锚杆与土体采用水泥砂浆或药卷式锚固剂黏结效果差，因而黄土隧道锚杆锚固力不大；锚杆锚固于初期支护上，并伸入土体中，从内部约束土体变形，在初期支护施作后，相对于土体的后续变形，拱部系统锚杆受到土体向下的摩阻力，相当于桩承受负摩阻力，因而拱部系统锚杆受压。
综合以上分析表明，在黄土隧道中，钢架支护条件下的系统锚杆支护效果不明显，可以取消。
工程实践证明，钢架支护条件下黄土隧道取消系统锚杆，可减少施工环节，更有利于隧道施工安全和结构稳定，可缩短工期和降低工程造价，有着特别显著的社会经济效益。
关键词：隧道工程；黄土；系统锚杆；现场测试；作用机制中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)08–1690–08 STRESS AND ACTION MECHANISM OF ROCK BOLT IN LOESS TUNNELCHEN Jianxun1，QIAO Xiong1，2，WANG Mengshu3(1. School of Highway，Chang′an University，Xi′an，Shaanxi710064，China；2. School of Civil Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou，Gansu730050，China；3. School of Civil Engineering and Architecture，Beijing Jiaotong University，Beijing100044，China)Abstract：In order to study the action effect and mechanism of rock bolt in loess tunnel，the stresses of 48 rock bolts in 3 loess tunnels in Wubao—Zizhou Expressway in Shaanxi Province are measured by in-situ tests and statistically analyzed. It is shown that under the condition of steel arch support，the arch systematic rock bolts in loess tunnel are compressed and the stress is very small；the feet-lock bolts in arch foot are mainly subjected to tension and the stresses of feet-lock rock bolts are larger than those of arch systematic rock bolts. The mechanical state of arch systematic rock bolts in loess tunnel is analyzed from the deformation of soil and anchoring effect of rock bolt and soil. It is revealed as follows：(1) After tunnel excavation，the arch of shallow loess tunnel settles entirely；and there is no anchoring section in systematic rock bolts. (2) After tunnel excavation，there is a large part of plastic area in deep loess tunnel；and there is no anchoring section in systematic rock bolts. (3) The anchoring effect of rock bolt and soil by cement mortar and anchor agent is not very well；so the anchoring force of rock bolt in loess tunnel is small. (4) Rock bolt is anchored in the first lining and inserted into the soil，which can constrain the soil inside. After the construction of the first lining，the arch systematic rock bolts are subjected to downward frictional resistance from soil，corresponding to negative friction in pile；so the arch systematic rock bolts in loess tunnel are compressed. From the above analysis，it is shown that under the condition of steel arch support，the收稿日期：2011–02–24；修回日期：2011–04–30基金项目：国家西部交通建设科技项目(200731881268)；陕西省交通科技项目(08–06K)作者简介：陈建勋(1969–)，男，1992年毕业于西安公路学院地下工程与隧道工程专业，现任教授，主要从事隧道及地下工程方面的教学与研究工作。
浅谈黄土隧道中的锚杆作者：张祺来源：《科技视界》 2014年第10期张祺（丰镇市交通局，内蒙古丰镇 012100）【摘要】黄土隧道系统锚杆的作用效果问题一直是工程设计与施工人员争议的焦点，本文对锚杆的作用与使用进行了简要阐述。
【关键词】黄土隧道；锚杆；施工方法；技术０引言锚杆是地下工程的主要支护手段之一。
20世纪60年代末期，随着新奥法的发展以及全长黏结锚杆的出现，锚杆的使用范围也不断扩大，许多国家都在锚杆的作用机制和支护效果上进行了大量的研究，提出了锚杆的悬吊作用、组合梁作用、成拱作用、销钉作用与支护作用等作用机制。
我国的从事隧道工程的设计和施工人员也不断的摸索，探究，取得了不少成果。
锚杆可以分为对于硬岩，锚杆可以起到保持岩块和控制岩块的移动，使围岩成为一整体，促进平衡拱形成的作用；对于软岩，锚杆的作用效果是增加内压，以减小围岩塑性区和隧道变形；对于土沙类围岩，锚杆的作用效果主要是加强拱脚稳定和防止掌子面崩塌。
关于黄土的工程特性、黄土隧道的设计与施工技术、黄土地层锚固机制以及黄土隧道系统锚杆的效果作用，国内都进行过深入研究，基本基于两种观点：一是认为黄土隧道的系统锚杆对隧道初支的稳定性不起作用，可以取消；另一种观点认为锚杆对隧道初支的稳定性能够起到一定的作用，应该设置，目前为止，很多设计院都趋于保守的观点，黄土隧道都设计有边墙及锁脚处的系统锚杆。
笔者认为系统锚杆在边墙及锁脚的锚杆应该保留，在黄土隧道中的作用尤为重要，应该设置。
１黄土隧道中锚杆设置的理论基础１．１针对黄土隧道基底承载力低、侧应力较大、湿陷性等特点，施工时严格执行“管超前、短开挖、强支护、早封闭、快成环、紧仰拱、勤量测、速衬砌”的施工原则，仰拱紧跟掌子面施工，以有效控制拱顶下沉和控制围岩变形，保证隧道施工安全。
而现在国内主要的隧道开挖方法是新奥法，而新奥法的主要支护手段就是锚喷支护，锚杆的设置在里边起到关键作用。
１.2 目前，黄土隧道采用由钢架、喷射混凝土、钢筋网和系统锚杆共同组成的联合支护结构非常合理，钢架可以和伸入到围岩内部的锚杆焊接，共同受力，主动加固围岩、充分利用围岩承载力。
2008年2月 Rock and Soil Mechanics Feb. 2008收稿日期：2007-09-15基金项目：铁道部重大科技研发计划资助项目（No. 2005K001–D(G)–2）。
作者简介：谭忠盛，男，1963年生，博士，教授，博导，主要从事隧道及地下工程方面的研究工作。
E-mail: zstan@文章编号：1000－7598－(2008) 02－491－06大断面浅埋黄土隧道锚杆作用效果的试验研究谭忠盛1，喻 渝2，王明年3，杨建民2(1. 北京交通大学 土建学院，北京 10004；2. 铁道第二勘察设计院，成都 610031；3.西南交通大学，成都 450000)摘 要：黄土隧道系统锚杆的作用效果问题一直是争论的焦点。
结合正在修建的郑州—西安铁路客运专线大断面黄土隧道，采用现场对比试验方法对系统锚杆作用效果进行研究。
为了使试验结果有可比性，选取试验条件基本相同的贺家庄隧道洞身段作为试验段，分别设置有系统锚杆段40 m 和无系统锚杆段40 m 。
对比试验的内容包括：拱顶下沉、拱脚下沉、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力、锚杆轴力等。
试验结果表明，有系统锚杆段比无系统锚杆段的拱顶沉降大40 %左右、水平收敛大25 %左右，两者的土压力和钢架应力相差不大；锚杆轴力较小，且拱部受压。
经综合分析认为，拱部锚杆的支护效果不明显，取消拱部锚杆可减少施工工序，加快隧道初期支护断面及早封闭，能更好地控制支护沉降与变形，并节约工程投资。
关 键 词：大断面隧道；黄土隧道；锚杆；对比试验 中图分类号：U 459 文献标识码：AExperimental study on bolt effect on large section shallow depth loess tunnelsTAN Zhong-sheng 1, YU Yu 2, WANG Ming-nian 3, YANG Jian-min 2(1. School of Civil Engineering and Architecture ，Beijing Jiaotong University ，Beijing 100044，China ；2. The Second Survey and Design Institute of China Railway, Chengdu 610031, China;3. Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031，China)Abstract: It has been a focus of debate for a long time how the system bolts act on the loess tunnel. Associating with the large section loess tunnel of the building Zhengzhou-Xi’an high-speed passenger rail lines, we have done many in site contrast testing to evaluate the effect of system bolt. For the good comparability of the testing result, we’d choose the tunnel which has the similar test condition. In this case, we take the Hejiazhang Tunnel as our experimental section in which we set system bolt section and non-system bolt section both for 40 meters. The main contrast experiences are the settlement of the tunnel crown and arch foot, horizontal convergence, surrounding rock pressure, the stress of initial supporting steel framework, axial force of bolt, etc. The testing results indicate: the section with system bolt has more 40% of the settlement in the tunnel crown and more 25 % horizontal convergence than the one without system bolt; there are little difference in the soil pressure and steel framework stress between the two sections; there is less axial force in the bolt and the part of arch is pressed. Through comprehensive analysis, we make the conclusion that there is little improvement of supporting effect in the crown bolt, so we suggest canceling the bolt to induce the construction procedure and quicken the enclosed of the initial supporting section of the tunnel. It will be helpful to control the supporting settlement and deformation and it also reduces the investment cost.Key words: large cross section tunnel; tunnel in loess; bolt; contrast testing1 引 言黄土隧道的系统锚杆问题一直是争论的焦点，目前主要存在两种学术观点[1-3]：一种认为黄土隧道的系统锚杆对隧道稳定性不起作用，可以取消；另一种认为黄土隧道的系统锚杆对隧道稳定性起关键性作用，应该设置。
这不但给黄土隧道设计带来很大困难，也给黄土隧道施工支护造成混乱。
目前，正在施工的郑州－西安铁路客运专线上的隧道中，黄土隧道总延长约50 km ，占全线隧道总长的65 %，隧道开挖面积特大，约160 m 2，如何解决大断面黄土隧道施工中锚杆的作用问题显得十分必要和紧迫。
因此，开展大断面黄土隧道系统锚杆的作用效果研究，不仅能指导和优化郑－西铁路客运专线大断面黄土隧道工程的设计参数与施工方案，还丰富和发展了大断面黄土隧道的支护理论和方法，为未来类似大断面黄土隧道工程的设计与施工提供理论和技术支持。
采用现场对比试验研究方法，选取试验条件基本相同的两个试验段进行有、无系统锚杆的对比试验，试验内容有拱顶下沉、拱脚下沉、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力、锚杆轴力等，由试验结果综合分析系统锚杆的作用效果。
2 工程概况选取贺家庄隧道为试验工点，隧道位于黄土台塬地区，隧道长1 834 m ，洞身段地形平坦。
地层有第四系全新统塌滑堆积Q 4黏质黄土、上更新统（Q 3）黏质黄土、中更新统黏质黄土、砂质黄土。
隧道试验段里程为Dk243+009～Dk242+932，埋深35 m 左右，为Q 3和Q 2黏质黄土，非湿陷性，属Ⅳ级围岩。
有锚杆试验段和无锚杆试验段隧道穿越的黄土物理力学性质指标基本相同，含水率为13.8 %，重度为17.4 kN/m 3，液限W L = 26.6 %，塑限W p = 9.5 %，塑性指数I p = 17.1，液性指数I L = 0.1，黏聚力c = 162 kPa ，内摩擦角φ=11.9°。
隧道初期支护参数：钢拱架为I20a ，间距为0.8 m ；钢筋网直径φ8 mm ，间距为20 cm × 20 cm ；喷混凝土强度C25，厚30 cm ；系统锚杆长3.5 m ，间距为1.0 m × 1.0 m ，且拱脚及边墙处设置锁脚锚杆。
试验段内采用短台阶7步开挖法施工，具体施工流程如下：①步是进行拱部超前支护后，开挖弧型导坑，及时进行喷、锚、网系统支护，架设工字钢架并复喷至设计厚度。
②和③步分别开挖、支护中台阶左右侧边墙。
④和⑤步分别开挖支护下台阶左右侧边墙。
⑥步开挖中部上中下台阶核心土。
⑦开挖仰拱并及早封闭成环。
每个循环进尺1.6 m ，每天2个循环，工法如图1所示。
图1 短台阶7步开挖法Fig.1 Short bench seven-step cut method两个试验段内地形、地质条件相同，支护设计参数、隧道施工方法相同，保证了试验结果的可比性。
3 测试断面及测点布置3.1 测试断面布置试验段长80 m ，有系统锚杆试验段为40 m ，共布设4个测试断面，里程分别为：Dk243 + 009、Dk243 + 005、Dk242 + 987和Dk242 + 980。
无系统锚杆试验段40 m ，共布设4个测试断面，里程分别为：Dk242 + 958、Dk242 + 960、Dk242 + 945和Dk242 + 942。
测试项目：Dk243 + 009和Dk242 + 987断面测试拱顶沉降、水平收敛、围岩压力、钢架应力和锚杆轴力；Dk242 + 960和Dk242 + 945断面测试内容为拱顶沉降、水平收敛、围岩压力、钢架应力，其余断面只测试拱顶沉降和水平收敛。
3.2 断面的测点布置（1）拱顶沉降和水平收敛测点布置测点布置如图2所示，图中GD1为拱顶沉降测点，GJ1、GJ2为拱脚沉降测点，DSL1～DSL4为绝对水平位移测点，SL1、SL2为相对收敛测线。
（2）围岩压力测点布置测点沿中线对称布置如图3所示，图中Y1～Y11表示11个压力测点。
图2 位移测点布置Fig.2The location of displacement instrument图3 围岩压力测点布置Fig.3 Location of surrounding rock pressure instrument（3）钢拱架应力测点布置测点沿中线对称布置如图4所示，图中WE1～GJ1GJ2DSL1DSL2 DSL4DSL3SL1SL2GD1收敛测点拱顶下沉第2期 谭忠盛等：大断面浅埋黄土隧道锚杆作用效果的试验研究WE9表示钢拱架的外侧测点，NE1~NE9表示钢拱架内侧测点。
