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锚碇是悬索桥独有的结构,作为悬索桥的主要承载构筑物,起着承上启下的作用。隧道式锚碇作为可选用的锚碇类型之一,具有比重力式锚碇更多的优点。隧道式锚碇能够减少地表开挖,保护环境;可利用岩体的自然条件和调动围岩的承载能力,节约工程造价;而且在岩体质量较差的情况下,易于集合预应力混凝土、锚桩、岩锚或两个分离式锚碇之间的联系梁等辅助工程措施的技术优势协同工作。
中国西部多深山峡谷,要实现交通基础设施的跨越式发展,不可避免地遇到大跨桥梁建设。西部山区多具备建造隧道锚的条件;符合节约型社会理念的隧道式锚碇在西部经济欠发达地区极具推广应用价值。围绕隧道锚设计、施工和运营的科学与技术问题还需深入研究。
本文结合坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇工程,研究隧道锚的勘察方法及试验方法、科学地评价岩体质量为隧道锚的设计、施工和运营提供合理的岩体物理力学参数、隧道锚的承载性能评估及隧道锚与围岩系统的变形预测、隧道锚边坡的整体稳定性、隧道锚隧洞的开挖稳定性及安全度等问题,主要成果有:
1.系统整理国内外已(在)建悬索桥隧道式锚碇的文献资料,着重隧道锚围岩工程地质条件及岩体物理力学性质、锚碇的设计尺寸和隧洞的施工方法的考察,试图揭示围岩工程地质条件与锚碇的设计尺寸、轴线倾角的内在关系,以期为将来的隧道锚的设计、建造和研究提供参考资料。
2.采用国内外三种岩体质量评价方法,推荐围岩岩体物理力学参数。
3.隧道锚现场缩尺锚碇试验深度处的岩体与真实锚碇围岩基本相同,采用后推法,选取1/30和1/20两种比例模型在勘察斜硐中进行,获得了较为可靠的围岩位移实测数据。通过对实测数据的分析,得到了在试验最大荷载下随离开锚碇的距离增大围岩位移衰减的规律、围岩受到锚碇荷载的影响范围。
4.根据试验结果运用相似理论推断在设计荷载下真实锚碇围岩的位移量及锚碇系统的安全度,并运用数值模拟方法反演锚碇隧洞围岩微风化白云岩岩体的变形模量。
5.研究了隧道锚的几何尺寸对于锚碇极限承载力的影响规律。
6.结合工程地质勘察资料,考虑岩层层面和不利结构面组合,把隧道锚边坡的破坏模式分为三种形式:散索鞍支墩边坡滑动破坏,浅层滑移破坏,深部滑移破坏。基于虚功原理,考虑锚碇工程荷载作用,详细研究隧道锚边坡三种破坏方式的稳定性。
7.对锚碇隧洞岩体分步开挖过程、数值超载和分级弱化岩体强度参数进行了数值模拟,评价锚碇隧洞围岩开挖稳定性、锚碇的超载性能以及围岩强度参数的安全储备。