黄土隧道锁脚锚管作用机理及承载特性研究

摘要

锁脚锚管作为控制隧道变形的一种重要的支护手段，在黄土隧道的施工过程中得到了广泛的应用。为了深入认识黄土隧道锁脚锚管的支护作用机理与其承载特性，本文在现有研究成果的基础上，分析其支护作用机理，并通过数值模拟的分析方法对其承载特性与工作状态进行了研究。在结合黄土隧道锁脚锚管作用机理的基础上探讨了黄土隧道锁脚锚管的施工工艺及注意事项。主要结论如下：
　　⑴结合黄土自身地质特点与系统锚杆的作用原理总结分析了黄土隧道锁脚锚管的荷载分布以及支护作用机理。黄土隧道锁脚锚管主要通过其支承作用将初期支护与围岩联结成整体以改善其支护效果，通过其围岩加固作用提高黄土的自稳能力，两方面作用相结合从而充分发挥初期支护承载作用。
　　⑵通过对不同工况（L=3~5 m、θ=10°~30°、D=42.5 mm或89.0 mm）锁脚锚管竖向承载力数值模拟分析发现，提高锁脚锚管长度、下斜角度以及增大管体直径对提高锚管承载力、减小土体变形与土体塑性应变等方面具有明显效果。
　　⑶结合王家沟隧道开挖支护方法，通过不同工况锁脚锚管对隧道变形影响的模拟分析发现：提高锁脚锚管长度对改善控制围岩变形效果明显；增大锁脚锚管下斜角度能够有效控制围岩竖向位移，较小的锁脚锚管下斜角度有利于控制隧道水平收敛；提高锁脚锚管直径对改善支护效果具有一定的作用，但效果差别并不显著。由于初期支护传递至锁脚锚管的竖向荷载主要由上台阶锁脚锚管所承受，结合施工方面因素的考虑，建议在黄土隧道上台阶锁脚锚管采用工况θ=30°、l=5m、D=42.5mm；中台阶与下台阶采用θ=10°、l=5 m、D=42.5 mm；以上工况中锁脚锚管每组均施作四根。
　　⑷黄土隧道锁脚锚管施工过程中应严格按照设计方案进行，基于黄土隧道特殊地质情况，锁脚锚管需采用干法施工，并控制好注浆与焊接质量，以确保其承载能力能够充分发挥。

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1绪论

1. 1研究背景及意义

1. 2 国内外研究现状

1. 3研究现状评述

1. 4研究方法及内容

2 黄土隧道锁脚锚管作用机理

2. 1隧道工程岩土锚固的基本原理

2. 2黄土地质对锚固作用的影响

2. 3黄土隧道锁脚锚管作用机理

2. 4本章小结

3 黄土隧道锁脚锚管竖向承载力数值模拟分析

3. 1锁脚锚管竖向承载力测试方法

3. 2锁脚锚管竖向静载试验模型简介

3. 3不同工况锁脚锚管竖向承载能力分析

3. 4不同工况锁脚锚管管体受力分析

3. 5不同工况锁脚锚管对土体位移、应力与应变影响

3. 6小结

4 黄土隧道锁脚锚管参数优选

4. 1工程概况

4. 2黄土隧道锁脚锚管数值模拟模型简介

4. 3计算结果及分析

4. 4本章小结

5黄土隧道锁脚锚管的施工

5. 1黄土隧道锁脚锚管施工工艺

5. 2黄土隧道锁脚锚管施工注意事项

5. 3本章小结

6主要结论与展望

6. 1 主要结论

6. 2问题与展望

致谢

参考文献