自旋锚管技术在软岩隧道支护中的研究与应用

论文摘要

在软岩隧道支护中,传统的砂浆锚杆和目前应用较为广泛的中空注浆锚管均存在不能形成快速初锚力且注浆不饱满的问题。自旋注浆锚管克服现有锚杆的注浆不饱满的缺陷,旋丝刻入到岩体中形成多点接触形成摩擦锚固力。研究软岩隧道支护中的自旋注浆锚管技术,具有非常重大的理论意义和工程实践价值。根据自旋注浆锚管的结构特点和作用机理,对其抗拔力的计算理论进行了探讨,同时也对中空注浆锚管的锚固力进行探讨,通过理论计算分析,得出了自旋注浆锚管和中空注浆锚管各自的锚固力理论计算公式,并通过现场试验,得到自旋注浆锚管与中空注浆锚管的拉拔力实测值、注浆饱满度及拱顶下沉观测值。结合工程实例,对自旋注浆锚管、中空注浆锚管及砂浆锚杆的抗弯承载力进行推导计算,得到了各自的抗弯承载力计算公式及理论计算值。对注浆饱满并且具有初锚力的超前锚杆(自旋注浆锚管)和注浆不饱满并且没有初锚力的超前锚杆(中空注浆锚管)两种情况进行数值模拟。本文最后对比了自旋注浆锚管和中空注浆锚管的经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题依据以及研究意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 本课题研究的主要内容和目标
• 1.3.1 本课题研究的主要内容
• 1.3.2 本课题的研究目标
• 2 软岩特征及其适用锚杆
• 2.1 软岩的概念及工程分类
• 2.1.1 地质软岩的概念
• 2.1.2 工程软岩的概念
• 2.2 软岩地压特点
• 2.3 软岩支护特点
• 2.4 软岩支护中适用的锚杆
• 3 自旋注浆锚管与中空注浆锚管锚固力研究
• 3.1 作用机理
• 3.2 自旋锚管锚固力推导
• 3.2.1 自旋锚杆破坏面模拟及简化
• 3.2.2 自旋注浆锚管抗拔力公式推导
• 3.3 中空注浆锚管锚固力推导
• 3.4 自旋注浆锚管与中空注浆锚管锚固力对比
• 3.5 本章小节
• 4 自旋注浆锚管与中空注浆锚管抗弯性能研究
• 4.1 理论分析
• 4.1.1 螺纹钢锚杆与钢管的承载力计算
• 4.1.2 钢管混凝土承载力计算
• 4.2 计算
• 4.2.1 Φ22 普通砂浆锚杆计算
• 4.2.2 Φ42 未注浆中空注浆锚管计算
• 4.2.3 Φ32 未注浆自旋注浆锚管计算
• 4.2.4 Φ42 中空注浆锚管计算
• 4.2.5 Φ32 自旋注浆锚管计算
• 4.2.6 计算结果对比
• 5 数值模拟
• 5.1 莫尔—库仑模型
• 5.2 模型屈服准则选择
• 5.3 数值模拟分析
• 5.3.1 注浆不饱满并且没有初锚力的超前锚杆预支护情况数值模拟分析
• 5.3.2 注浆饱满并且具有初锚力的超前锚杆预支护情况数值模拟分析
• 5.3.3 数值模拟结果对比
• 6 工程应用
• 6.1 工程概况
• 6.2 现场试验用自旋注浆锚管
• 6.3 现场试验方案
• 6.4 现场试验过程
• 6.4.1 自旋注浆锚管施工工艺
• 6.4.2 自旋注浆锚管现场施工过程
• 6.4.3 自旋注浆锚管数据采集过程
• 6.5 现场测量数据分析
• 6.5.1 自旋注浆锚管初锚力
• 6.5.2 自旋注浆锚管抗拔力
• 6.5.3 自旋注浆锚管抗拔力与中空注浆锚管对比
• 6.5.4 自旋注浆锚管注浆效果与中空注浆锚管注浆效果对比
• 6.5.5 自旋注浆锚管与中空注浆锚管支护效果
• 6.6 Φ32 自旋注浆锚管与Φ42 中空注浆锚管综合对比
• 6.7 本章小节
• 7 结论及展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录