让压锚杆在深埋软岩隧洞中的作用机理及支护效应研究

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煤矿巷道、引水隧洞等大埋深的地下洞室经常穿过软弱岩体,锚杆支护作为岩土、矿山领域最为常用的技术手段,能够有效地提高软岩稳定性。传统锚杆变形量小,不能适应隧洞软弱围岩的大变形,让压锚杆的出现有效地解决了这一问题。本文基于前人研发的新型让压锚杆,运用FLAC3D模拟了让压锚杆与普通锚杆的拉拔试验,锚杆受到拉拔作用时,锚杆端头位置轴力最大,沿着杆体向里端逐渐减小,让压锚杆减小的幅度比普通锚杆大;随着拉拔力的增加,锚杆的轴力相应增大,让压锚杆增大的速度比普通锚杆小。对比前人进行的室内与现场拉拔试验,证明了采用FLAC3D模拟让压锚杆拉拔试验与实际相符,并且验证了模拟锚杆杆体抗剪性能的可行性。对比分析了普通锚杆和让压锚杆在软岩隧洞中的支护效应,相比于普通锚杆,让压锚杆达到屈服强度的速度更慢,达到屈服强度后维持的时间更长。普通锚杆最大承力的中间位置容易被拉断,轴力呈“沙漏状”分布,让压锚杆在达到屈服强度后,能维持较长时间,轴力呈“纺锤状”分布。并且得出6 m让压锚杆的弹性让压距离为70.54 mm,塑性让压距离为130.65 mm。以“引汉济渭”工程秦岭深埋软岩隧洞为工程背景,以完成TBM掘进机卡停后的脱困工作为工程目标,基于室内岩石力学试验对现场工程岩体的参数进行了估算,根据现场实测结果,通过反分析法确定了围岩参数;采用FLAC3D对秦岭深埋隧洞脱困段的支护进行模拟,发现普通锚杆容易发生破断失效,而由于让压组件的大延伸率,让压锚杆能够适应围岩的变形,不容易发生破断,较长时间起到支护作用,从而达到控制围岩变形的效果。针对秦岭深埋隧洞TBM卡机段的脱困工作,在脱困段的支护采用让压锚杆,脱困之后的正常段支护采用普通锚杆,该方案的数值模拟结果与实测结果基本一致。后期工程实践证明,这一方案的实施能够有效辅助解决TBM卡机问题,顺利完成脱困。
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