CN105675289A - 一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，包括以下步骤：a在试验位置钻孔安装锁脚锚管并注浆；b在试验位置上方设置牢固反力座；c在锁脚锚管与反力座间设置供力装置；d锁脚锚管与供力装置接触部设置位移传感器并连接控制显示系统；e位移传感器检测位移量；f试验不同管径、长度和角度的锁脚锚管得到多组位移量，数值越小的位移量对应的锁脚锚管为越优选取对象，综合各项条件选取适宜锁脚锚管。运用本发明，可有效测试锁脚锚管竖向承载力，得出不同管径、长度和插入角度的锁脚锚管竖向承载力特征值，对大断面黄土隧道设置锁脚锚管具有重要意义；避免了按照经验设计和施工锁脚锚管带来的过大沉降变形等安全隐患和风险。

Description

一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法

技术领域

本发明涉及一种隧道工程领域，特别涉及一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法。

背景技术

随着国内高铁建设的加快，特别是中西部地区的众多高铁穿过黄土地层，大断面黄土地层隧道施工面临黄土遇水产生自重的湿陷性黄土、富水黏质黄土等地质，容易产生整体下沉变形，导致侵限等问题，锁脚锚管能够有效限制隧道初护钢架的刚体位移，从而使钢架对抑制黄土地层隧道竖向变形具有明显的效果。

但是现有黄土地层隧道施工中锁脚锚管的竖向承载力的探测方法存在以下局限性：

现有黄土地层隧道施工中选用锁脚锚管的直径大小、长度和施工角度等参数，多采用经验和数值模拟分析的方法，所选用的锁脚锚管的竖向承载力以及支撑效果不直观明朗，缺乏适宜当前黄土地层隧道施工地点的科学合理的选用标准，存在潜在的安全质量隐患和风险，如果所选用的锁脚锚管缺乏足够的竖向承载力，则黄土地层会下沉侵限，导致严重事故。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的现有黄土地层隧道施工中选用锁脚锚管的直径大小、长度和施工角度等参数，多采用经验和数值模拟分析的方法，所选用的锁脚锚管的竖向承载力以及支撑效果不直观明朗，缺乏适宜当前黄土地层隧道施工地点的科学合理的选用标准，存在潜在的安全质量隐患和风险的上述不足，提供一种黄土地层隧道施工中现场测试锁脚锚管竖向承载力的试验方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，包括以下步骤：

a、在有初期支护的隧道侧壁的黄土地层内需要进行锁脚锚管竖向承载力试验位置钻孔并安装相应的所述锁脚锚管，所述锁脚锚管内注水泥砂浆；

b、在进行所述锁脚锚管竖向承载力试验位置的上方设置反力座；

c、在所述锁脚锚管与反力座之间设置供力装置，所述供力装置的供力方向两端分别连接所述锁脚锚管和反力座，当供力装置作用时，反力座对供力装置产生反作用支撑，使锁脚锚管发生形变产生位移；

d、所述锁脚锚管与供力装置相接触的水平面设置有两个位移传感器，用于检测所述锁脚锚管的位移量，所述两个位移传感器关于所述锁脚锚管顶端呈中心对称分布，所述两个位移传感器有线连接控制显示系统；

e、启动所述供力装置，所述锁脚锚管受力竖直向下移动，所述位移传感器检测并且在所述控制显示系统上显示所述锁脚锚管的位移量；

f、试验不同管径、长度和插入黄土地层角度的所述锁脚锚管，得到多组对应的所述位移量，数值越小的所述位移量对应的所述锁脚锚管为力学性能越好的选取对象，综合各项条件选取满足实际需要参数的所述锁脚锚管。

采用本发明所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，可有效测试施工现场锁脚锚管竖向承载力，得出不同管径、长度和插入黄土地层角度的锁脚锚管竖向承载力特征值，对大断面黄土隧道如何设置锁脚锚管及其管径、长度和插入黄土地层角度的选取具有极其重要的指导意义；避免了按照经验设计和施工锁脚锚管带来的过大沉降变形等安全质量隐患和风险，该方法工艺简单、试验快速方便，所需装置成本低、易组装，可大面积推广。

优选地，所述步骤a中所述钻孔和安装锁脚锚管的角度按照水平向下倾斜，其值为θ，且0°＜θ≤45°。

优选地，所述角度θ分别设置为10°、20°、30°三种角度。

优选地，所述步骤a中所述初期支护包括钢架和混凝土。

优选地，所述步骤b中所述反力座由两根固定锚杆和焊接于其间的型钢构成，两根所述固定锚杆焊接于所述初期支护钢架。

优选地，所述步骤c中所述供力装置采用分级加载和卸载。

优选地，所述供力装置为千斤顶。

采用千斤顶能够提供逐级等量加载和卸载并且能使荷载传递均匀、连续、无冲击。

优选地，所述锁脚锚管竖向承载力试验位置处的所述黄土地层与隧道初期支护之间铺设泡沫板，所述锁脚锚管穿过所述泡沫板插入所述黄土地层。

优选地，所述锁脚锚管套有直径大于其管径的PVC管，所述PVC管设置角度与所述锁脚锚管安装角度一致，所述PVC管外围喷射所述混凝土。

优选地，所述步骤d中所述锁脚锚管连接水平设置的承压板，所述承压板连接所述供力装置，所述两个位移传感器设置于所述承压板上。

综上所述，本发明所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法的有益效果：

运用本发明所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，可有效测试施工现场锁脚锚管竖向承载力，得出不同管径、长度和插入黄土地层角度的锁脚锚管竖向承载力特征值，对大断面黄土隧道如何设置锁脚锚管及其管径、长度和插入黄土地层角度的选取具有极其重要的指导意义；避免了按照经验设计和施工锁脚锚管带来的过大沉降变形等安全质量隐患和风险，该方法工艺简单、试验快速方便，所需装置成本低、易组装，可大面积推广。

附图说明

图1为本发明所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法的流程图；

图2为本发明所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法所制作的装置的结构示意图。

图中标记：1-锁脚锚管，2-PVC管，3-钢管，4-承压板，5-位移传感器，6-千斤顶，7-支撑杆，8-钢板，9-型钢，10-固定锚杆，11-泡沫板，12-钢架，13-混凝土，14-黄土地层。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

如图1-2所示，本发明所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法的流程及试验装置，包括锁脚锚管1、PVC管2、钢管3、承压板4、位移传感器5、千斤顶6、支撑杆7、钢板8、型钢9、固定锚杆10、泡沫板11、钢架12和混凝土13，还包括隧道的黄土地层14。

需要说明的是，型钢9与固定锚杆10焊接一体构成反力座；供力装置采用能够提供逐级等量加载和卸载并且能使荷载传递均匀、连续、无冲击的千斤顶6。

在隧道侧壁需要进行锁脚锚管1竖向承载力试验位置，靠隧道初期支护与黄土地层14之间铺设泡沫板11，泡沫板11尺寸为28cm×28cm的正方形，厚度20mm；

安装隧道初期支护钢架12，在做锁脚锚管1竖向承载力试验位置预埋直径φ160mm的PVC管2，其角度与试验锁脚锚管1角度保持一致，按照水平向下倾斜10°、20°、30°三种角度分别埋设；

在进行锁脚锚管1竖向承载力试验位置的上方的黄土地层14的一个水平位置处钻两个深1.3m、间距40cm的盲孔，用于安装两根固定锚杆10，固定锚杆10直径φ25mm，单根长度L＝2.5m，安装到位后将固定锚杆10与钢架12焊接牢固，两根固定锚杆10的端部牢固焊接一根型钢9，型钢9采用I20a型钢制作，长度L＝100cm；

施作隧道初期支护喷射混凝土13，应采取措施保护预埋的PVC管2不被喷射混凝土13封闭；

根据锁脚锚管1试验方案，制作直径φ42×4mm(壁厚)和φ89×5mm(壁厚)、单根长度L＝3m、3.5m、4m、5m的锁脚锚管1；锁脚锚管1末端20cm处钻φ8mm的浆液扩散孔；

在隧道初期支护侧壁预埋PVC管2位置采用煤电钻钻孔，按照试验需要安装相应的锁脚锚管1，锁脚锚管1内注水泥砂浆；

制作锁脚锚管1试验承压装置，承压装置一采用壁厚25mm承压板4和直径φ89×5mm(壁厚)的钢管3焊接，承压板4为正方形钢板，边长25cm，钢管3长度L＝60mm，用于直径φ42×4mm(壁厚)的锁脚锚管1竖向承载力试验；承压装置二采用壁厚25mm承压板4和直径φ159×5.5mm(壁厚)的钢管3焊接，承压板4为正方形钢板，边长25cm，钢管3长度L＝60mm，用于直径φ89×5mm(壁厚)的锁脚锚管1竖向承载力试验；

将上述承压板装置的承压板4顶面水平布置，钢管3套在锁脚锚管1顶端；

在承压板4顶面安装千斤顶6，千斤顶6上架设支撑杆7，支撑杆7与型钢9之间采用钢板8铺垫，便于千斤顶6施加压力，同时在承压板4上安装两个位移传感器5，位移传感器5关于锁脚锚管1顶端呈中心对称分布，两个位移传感器5有线连接控制显示系统；

锁脚锚管1竖向承载力试验采用慢速维持荷载法，分级加载，逐级等量加载，分级荷载为最大加载量的2/10，卸载分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的1.5倍，逐级等量卸载，加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±5％；

通过对两种不同管径、四种长度和三种角度工况共二十四根锁脚锚管1进行竖向承载力试验，通过位移传感器5以及控制显示系统得出了大断面黄土隧道穿越高含水率地层锁脚锚管1竖向承载力的特征值，比较各特征值，综合各项条件选取满足实际需要参数的锁脚锚管1。

Claims (10)

1.一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、在有初期支护的隧道侧壁的黄土地层(14)内需要进行锁脚锚管(1)竖向承载力试验位置钻孔并安装相应的所述锁脚锚管(1)，所述锁脚锚管(1)内注水泥砂浆；

b、在进行所述锁脚锚管(1)竖向承载力试验位置的上方设置反力座；

c、在所述锁脚锚管(1)与反力座之间设置供力装置，所述供力装置的供力方向两端分别连接所述锁脚锚管(1)和反力座；

d、所述锁脚锚管(1)与供力装置相接触的水平面设置有两个位移传感器(5)，所述两个位移传感器(5)关于所述锁脚锚管(1)顶端呈中心对称分布，所述两个位移传感器(5)有线连接控制显示系统；

e、启动所述供力装置，所述锁脚锚管(1)受力竖直向下移动，所述位移传感器(5)检测并且在所述控制显示系统上显示所述锁脚锚管(1)的位移量；

f、试验不同管径、长度和插入黄土地层(14)角度的所述锁脚锚管(1)，得到多组对应的所述位移量，数值越小的所述位移量对应的所述锁脚锚管(1)为力学性能越好的选取对象，综合各项条件选取满足实际需要参数的所述锁脚锚管(1)。

2.根据权利要求1所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述步骤a中所述钻孔和安装锁脚锚管(1)的角度按照水平向下倾斜，其值为θ，且0°＜θ≤45°。

3.根据权利要求2所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述角度θ分别设置为10°、20°、30°三种角度。

4.根据权利要求1所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述步骤a中所述初期支护包括钢架(12)和混凝土(13)。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述步骤b中所述反力座由两根固定锚杆(10)和焊接于其间的型钢(9)构成，两根所述固定锚杆(10)焊接于所述初期支护钢架(12)。

6.根据权利要求1所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述步骤c中所述供力装置采用分级加载和卸载。

7.根据权利要求6所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述供力装置为千斤顶(6)。

8.根据权利要求1所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述锁脚锚管(1)竖向承载力试验位置处的所述黄土地层(14)与隧道初期支护之间铺设泡沫板(11)，所述锁脚锚管(1)穿过所述泡沫板(11)插入所述黄土地层(14)。

9.根据权利要求4和8所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述锁脚锚管(1)套有直径大于其管径的PVC管(2)，所述PVC管(2)设置角度与所述锁脚锚管(1)安装角度一致，所述PVC管(2)外围喷射所述混凝土(13)。

10.根据权利要求1所述的一种黄土地层隧道锁脚锚管竖向承载力试验方法，其特征在于，所述步骤d中所述锁脚锚管(1)连接水平设置的承压板(4)，所述承压板(4)连接所述供力装置，所述两个位移传感器(5)设置于所述承压板(4)上。