《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第二部分隧道工程篇《公路隧道泥质岩系统锚杆作用效果及应用研究》

完成单位：中交一公局集团有限公司、中交一公局土木工程建筑研究院有限公司、中交公路规划设计院有限公司、中交一公局第三工程有限公司；

主要完成人：施正宝、李献民、巴特尔、陈保祥、魏国涛、古培峰、董志明、杨昭庆、刘龙涛、贾铮。

项目简介

（一）项目背景

　　随着近些年对系统锚杆作用机理的研究及现场施工实践的验证，部分学者提出软弱地层系统锚杆作用效果并没有达到实际预期的支护效果，反而增加了施工难度，造成了一定的经济浪费，另外在软岩隧道内，系统锚杆的施作会进一步对围岩产生扰动，且在初支尚未成型之前，锚杆施作工序耗时较长，也不利于围岩的稳定。因此，针对不同岩性地层情况的Ⅳ、Ⅴ级围岩系统锚杆的支护原理及效果，乃至整个支护型式的设计优化调整仍有待分析与验证。

（二）技术概况

　　本项目依托贵州沿印松高速公路的李家寨隧道和凉风坳隧道试验段工程项目，对泥质岩中系统锚杆作用效果进行研究。在充分借鉴已有研究的基础上，采用文献调研、理论分析、数值模拟等手段，重点对以下内容进行了研究：

　　（1）泥质岩系统锚杆支护效果调研，首先通过理论分析、工程经验和现有研究成果调研，研究分析软弱泥质岩条件下系统锚杆的支护效果以及影响因素。

　　（2）通过数值模拟的技术手段，结合依托工程李家寨隧道和凉风坳隧道地质围岩条件，研究Ⅳ级围岩条件下系统锚杆支护效果的影响程度，分析系统锚杆的有无是否能够保证围岩及支护结构稳定，对控制围岩变形起到关键作用。

　　（3）泥质岩取消系统锚杆可行性分析，通过数值模拟、试验段监测的技术手段，对比研究有、无系统锚杆支护情况下，围岩与支护结构的受力变形特性及支护型钢的受力特点，分析Ⅳ级泥质岩取消系统锚杆的可能性。

　　（4）分析取消系统锚杆后对施工效率及经济效益的提升，以及对整个工程的经济效益。

（三）适用范围

　　该项目研究成果主要应用于公路隧道泥质岩及类似地层初期支护结构设计优化和动态施工的关键技术领域。

（四）获奖情况

　　该项目研究过程中发表3篇论文：《软质围岩隧道系统锚杆作用效果试验研究》、《泥质软岩公路隧道系统锚杆支护作用试验研究》、《贵州李家寨隧道系统锚杆作用效果试验研究》；申报工法《泥质岩隧道IV级围岩无系统锚杆施工工法》获得评定证书（黔建技科评字[2021]第184号），并评定为2020-2021年度贵州省级工法；完成查新1项；申请了6个实用新型专利和3个发明专利；获中国交通运输协会2021年“科技进步奖二等奖”。

项目创新点

1.提出不同围岩级别软岩隧道支护结构优化设计方案；

2.研究提出无系统锚杆下软弱围岩隧道施工工艺及技术要点；

3.提出取消或优化系统锚杆后软弱围岩隧道支护结构全过程质量控制技术及标准。

应用案例

　　在李家寨隧道和凉风坳隧道工程围岩系统锚杆是否取消的可行性进行分析得出：

　　（1）系统锚杆对围岩变形、支护结构受力及围岩塑性区发展均有一定的控制效果，但支护效果不明显；取消系统锚杆可实现喷射混凝土在最佳时间支护，在考虑时间效应下，取消系统锚杆，围岩的变形、围岩的塑性区发展均能得到有效控制。

　　（2）两试验段围岩压力发展趋势基本一致，压力大小差异不大。有、无系统锚杆试验段的型钢应力明显具有不均匀性。无论是否施作系统锚杆，钢架内外应力值都不大，小于型钢自身的抗拉、抗压强度，安全满足要求。

　　（3）实测系统锚杆的应力值很小，远远小于锚杆的设计抗拔力，甚至很多锚杆处于受压状态，锚杆并没有发挥其真正的作用。

　　（4）综合考虑系统锚杆支护效果以及工程造价的因素，试验研究结果表明：在李家寨隧道和凉风坳隧道工程IV级围岩取消系统锚杆，足以保证隧道结构的稳定性，技术上是安全可行的。

社会效益与经济效益

　　该研究成果的推广应用，取消或优化系统锚杆将极大程度的降低隧道工程造价，加快施工进度，有利于高效、低耗的隧道建设，本项目在立项时预期的“节省隧道施工成本5～10%”、“提高隧道施工工效10～15%”、和“隧道施工节能减排效果显著”三大目标均完全实现。其实践价值和意义如下：

　　（1）解决隧道支护结构设计、施工工艺技术难点，具有重要示范工程意义；

　　（2）提出隧道支护结构设计和施工的新理念和新方法，为相关行业规范修订提供参考；

　　（3）提高施工工效、节省投入成本、加快施工进度，经济效益显著；

　　（4）研究成果的推广应用，保障隧道施工质量和安全，减少隧道支护结构施工运营期缺陷和病害，可大大降低建设投入成本和维护费用，具有良好的经济效益和社会效益。