摘要：鉴于传统电阻应变片法现场测试锁脚锚管应变存在诸多局限,基于光纤光栅传感技术,设计制作了φ50光纤光栅锁脚锚管,开展了光纤光栅法测试锁脚锚管应变的现场试验,分析了软岩隧道锁脚锚管受力特性及支护作用,进而建立了软岩隧道锁脚锚管力学分析模型,推导了锁脚锚管对软岩隧道初期支护拱脚支承刚度的计算公式,探讨了锁脚锚管各参数对拱脚支承刚度的影响规律和敏感度。结果表明:受隧道分部开挖扰动及锁脚锚管连接方式影响,锁脚锚管管身各测点处应变变化规律十分复杂;从管身应变整体分布看,锁脚锚管靠近钢架一端的应变明显大于管身其他部位,靠近钢架一端的应变随时间的变化幅度也明显大于靠近围岩深处一端;锁脚锚管横向以上、下弯曲变形为主,轴向受到拱脚传递的压力,随着锁脚锚管角度的增大,其轴向承压特性越来越显著;锁脚锚管轴向锚固作用很小,主要发挥横向抗弯抗剪能力约束拱脚沉降,对拱脚水平收敛变形的约束作用有限;增大锁脚锚管直径对提升拱脚竖向支承刚度最为有效;锁脚锚管轴向支承条件较差时,增大其角度会显著降低拱脚竖向支承刚度,此时应确保钢架与围岩之间密贴;随着锁脚锚管管身长度的增大,提供的拱脚竖向支承刚度呈现出“先快速增长,然后缓慢增长”的规律;考虑锁脚锚管受力特点及工程经济性,建议φ50锁脚锚管长度取2.5 m。

摘要：针对Winkler地基梁模型的固有缺陷,将能够反映地基连续性的Pasternak双参数地基梁模型引入到锁脚锚管–钢拱架的联合承载分析中,考虑锁脚锚管与钢拱架之间的变形协调与荷载传递,采用结构力学和弹性地基梁理论推导锁脚锚管挠度、剪力、弯矩和地基反力的解析表达式。分别通过算例和工程实例考察不同地基基床系数和剪切刚度对锁脚锚管力学行为的影响规律,并与Winkler地基梁模型进行比较。结果表明:基床系数越小,2种模型计算所得锁脚锚管剪力、弯矩以及地基反力等的差异越明显;由双参数模型所得的地基反力数值较大,而且分布范围更小,主要集中在锁脚锚管端部附近区域;由双参数模型所得的隧道下沉量要小于Winkler模型的计算值。给出了适当减小锁脚锚管长度,并增大其直径的建议。研究成果可为软弱围岩隧道支护设计提供理论参考。

摘要：锁脚锚管打设角度是影响其控制钢拱架下沉效果的重要参数。为确定锁脚锚管的合理打设角度,在简要分析其作用机制的基础上,建立钢拱架–锁脚锚管力学解析模型,利用结构力学、弹性地基梁等理论推导锁脚锚管打设角度与钢拱架拱顶沉降的理论关系,进而通过算例分析揭示钢拱架拱顶沉降随锁脚锚管打设角度的变化规律,确定锁脚锚管的合理打设角度,并阐释相应的作用机制。分析表明,锁脚锚管的合理打设角度为45°左右。该结论具有一般性,且与诸多现场工程经验吻合,证明公式的正确性,同时为锁脚锚管的合理打设角度提供理论支持,适合在锁脚锚管设计和施工中推广。

摘要：以马兰组黄土地层锁脚锚管为例,开展了锁脚锚管的模拟加载试验,反算了锁脚锚管横向地基反力系数的比例系数,研究了横向地基反力系数的比例系数随锁脚锚管端部竖向荷载和位移的变化规律,分析了锁脚锚管打设角度对横向地基反力系数的影响;拟合了横向地基反力系数的比例系数随锁脚锚管端部竖向位移变化的回归方程,确定了横向地基反力系数的比例系数的上下限,通过插值计算了0°~30°范围内任意角度打设的锁脚锚管的横向地基反力系数的比例系数。分析结果表明:在加载初期,随着锁脚锚管端部竖向荷载和位移的增大,锁脚锚管周围黄土处于不断压密阶段,横向地基反力系数的比例系数迅速增大;当锁脚锚管周围黄土进入渐进破坏阶段后,横向地基反力系数的比例系数随锁脚锚管端部竖向荷载和位移的增大不断减小;相对于0°打设的锁脚锚管,以30°打设的锁脚锚管的横向地基反力系数的比例系数随锁脚锚管端部竖向荷载和位移的变化幅值明显减小;在进行马兰组黄土地层隧道锁脚锚管设计计算中,直径为51 mm的锁脚锚管采用0°~30°打设时,横向地基反力系数的比例系数的取值范围为66.9~296.1 MN·m^(-4);单根直径51 mm的锁脚锚管能承受的竖向荷载为8.63~11.87 kN。

摘要：应用平面应变有限单元法,考虑软弱节理围岩的各项异性本构特征,研究台阶法隧道采用锁脚锚管作为沉降控制措施的加固效果,分析锁脚锚管关键参数对支护效果的影响。结果表明,在研究条件下,增设锁脚锚管后,隧道拱顶沉降有所减小,初期支护内力显著增大。相对而言,增加锁脚锚管长度对支护效果的影响较不明显。增大锁脚锚管安装角度时,锁脚锚管对拱顶沉降的限制作用减小,同时支护结构内力先增大后减小。根据研究结果,建议软弱节理围岩中浅埋大跨隧道采用台阶法施工时锁脚锚管的合理长度约为4 m,与竖向间的合理角度约为40°-60°。

摘要：厦门海底隧道两端陆域软弱地段大断面浅埋暗挖施工中,部分断面拱顶下沉偏大。对量测数据进行分析后发现,隧道发生的整体下沉(包括开挖中的各部整体下沉和初期支护全环封闭后的整体下沉)是构成隧道拱顶下沉量偏大的一个重要因素。为控制隧道结构变形过大这一问题,施工中根据经验采用锁脚锚管和仰拱注浆。为探知两种处理措施的实际效果,首先利用设计文件提供及现场试验获取的支护结构及围岩的物理力学参数,对其进行数值模拟。然后通过对数值模拟结果与现场实测数据进行综合分析,得出以下结论:锁脚锚管在控制开挖中隧道发生的整体下沉方面比较有效,可减小拱顶下沉约17%,减小水平收敛约12%;仰拱注浆比较适于控制初期支护封闭后隧道发生的整体下沉,可减小拱顶下沉约18%;另外这两种措施都能在一定程度上减小洞周围岩塑性区范围,并提高支护结构安全性。

摘要：跨度大、扁平率高的隧道在施工过程中拱顶沉降等控制要求十分严格,台阶法因其施工效率高、控制隧道变形能力较强等优点而被广泛采用。工程实际中若支护结构封闭较晚,隧道变形则较难控制,打设锁脚锚管是控制隧道变形的有效手段,然而目前关于锁脚锚管施工和设计方面的研究较少。以新疆石人子沟隧道为例,开展了锁脚锚管倾角优化分析。分析认为,上台阶锁脚锚管是施工控制的关键,锁脚锚管最优倾角范围为上台阶0°~45°、中台阶0°~56°、下台阶10°~60°;且从控制隧道变形的角度考虑,倾角在所述范围内应尽可能大,这与诸多现场经验结论较为吻合,相关成果可以为类似工程提供参考。

摘要：锁脚锚管在隧道施工中被广泛应用,而目前施工中锁脚锚管的长度、下插锚角度等几乎全部依靠工程经验来确定。通过有限元软件模拟了黄土隧道锁脚锚管在不同长度和角度下承担的最大内力和最大变形量,对比分析了锁脚锚管的长度、锚管下插角度与位移的关系。研究结果表明,锚管长度越长,变形越小,但最为经济的锚管长度为3 m左右;当所加锚管下插角在±30°时有利于支护内力的发挥。在研究结论基础上提出了隧道施工中应该采用的锁脚锚管合理长度及下插角度。

摘要：锁脚锚管在软弱围岩隧道安全施工方面应用广泛,其力学作用机理及合理支护参数的研究对维持结构安全稳定意义重大。以黄延高速公路扩能工程剪子岔隧道为依托,通过现场模拟试验,对软弱破碎围岩条件下隧道锁脚锚管的受力特性和变形分布规律进行了系统研究。本试验根据自主研发设计的隧道钢架-锁脚锚管相互作用模拟试验装置,分析了不同打设角度下锁脚锚管的实测应变及对应的弯曲应变,研究了锁脚锚管的内力分布及荷载响应情况,并结合不同打设角度下锁脚锚管端部位移和试验前后锚杆的变形情况,揭示了锁脚锚管的力学作用机理并提出了锁脚锚杆的合理打设长度和角度。现场试验结果表明:(1)大角度打设的锁脚锚管受力更均匀,且可以将端部荷载传递到围岩更深部位置;(2)锁脚锚管主要靠管口附近部位抵抗弯矩,且锁脚锚管在端部竖向荷载作用下主要依靠其竖向抗弯刚度提供承载力;(3)当荷载相同时,锚管端部水平位移随着打设角度的不同而不同,当打设角度为45°时其水平位移为最大,打设角度为0°时其水平位移为最小;(4)孔口围岩的塑性变形和剥离破坏集中在锚管下方部位,主要由锚管的竖向挤压变形引起。

摘要：文章以武罐高速公路洛塘至罐子沟(甘川界)段隧道工程为依托,结合工程项目施工实际,从浅埋软弱地质条件下的结构设计与施工方面对隧道结构优化设计。对于隧道通过浅埋松散软弱地层:可采用①"先放坡开挖,后模筑护拱"的形式通过;②"平整回填,混凝土铺砌"然后隧道从下方穿越。从结构方面需要对超前支护长度控制、锁脚锁管(杆)衔接及其施工工艺等方面加以重视。提出了优化设计方案,解决了相应的工程难题,对类似工程有一定的借鉴、指导意义。