導(dǎo)語：懸索橋隧道錨技術(shù)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:跨越山谷大海的橋梁多采用懸索橋型式，而懸索橋主纜錨固結(jié)構(gòu)越來越多地采用隧道式錨固。對隧道錨的施工過程采用FLAC3D有限元軟件進(jìn)行數(shù)值分析，以研究隧道錨建設(shè)過程中的力學(xué)變化情況。

關(guān)鍵詞:懸索橋;隧道錨;數(shù)值模擬;FLAC3D

近年來，許多跨山跨海大橋采用懸索橋型式，懸索橋的錨碇方式主要包括重力式錨碇和隧道式錨碇。隧道式錨碇擁有造價低、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，故被應(yīng)用的越來越廣泛。學(xué)者們對隧道式錨啶進(jìn)行了一些研究，夏才初等人［1］對錨碇設(shè)計方案進(jìn)行現(xiàn)場模型試驗，并根據(jù)模型試驗的結(jié)果對隧道錨巖體可能發(fā)生的破壞形式進(jìn)行判定;陽金惠等人［2］對橋梁采用隧道式錨碇與重力式錨碇的優(yōu)缺點進(jìn)行對比分析研究;曾錢幫等人［3］對壩陵河的懸索橋采用不同長度的隧道錨錨體進(jìn)行對比，并利用有限元軟件FLAC3D建立模型進(jìn)行分析;董志宏等人［4］對矮寨懸索橋吉首岸的隧道錨采用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了隧道錨在開挖施工過程中塔基與公路隧道的位移及應(yīng)力。本文采用FLAC3D有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，對隧道錨的工作原理進(jìn)行了研究。

1隧道錨的工作原理

1．1隧道錨的組成。關(guān)于采用地錨式的懸索橋，主纜的錨固主要是在錨碇上，有重力式錨啶與隧道式錨啶，其中隧道錨的組成見圖1。1．2隧道錨的長度計算。隧道錨的長度要根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況以及主纜的拉力來確定，同時還要考慮兩個錨塞體之間在開挖時相互影響，此外還需要考慮回填混凝土錨塞體的大小。隧道錨的計算可以參考錨桿的拉拔試驗進(jìn)行。具體的長度計算公式見式(1)。圖1隧道式錨啶Lm≥槡33PK槡8CUP［τ］(1)式中:Lm表示錨塞體的長度，P表示主纜的設(shè)計纜力，K表示隧道錨的安全系數(shù)，C表示常參數(shù)，UP表示錨塞體的斷面周長，［τ］表示接觸面的抗剪強度。1．3隧道錨的破壞模式。從理論分析出發(fā)，隧道式錨啶的破壞形式主要包括錨塞體結(jié)構(gòu)破壞和錨塞體周圍圍巖滑動破壞，而根據(jù)力學(xué)分析及工程經(jīng)驗，錨啶破壞有以下幾種，具體見表2。

2有限元模擬

采用FLAC3D軟件對隧道錨進(jìn)行數(shù)值模擬，其模擬計算的過程主要包括兩個階段，一是建立分析模型，二是進(jìn)行模擬并求解，具體如圖2所示。2．1幾何模型的建立。模型中錨塞體的長度為35m，前錨室的軸線長度為30m，前錨面的高為9．5m，寬為9．5m，后錨室的長度3m，后錨面的高為13m，寬為13m，具體見圖3，模型中的參數(shù)設(shè)置見表3。2．2模擬結(jié)果分析。(1)初始應(yīng)力分析初始應(yīng)力是指由于自重和構(gòu)造所產(chǎn)生的應(yīng)力，本次模擬中僅考慮自重作用下，采用彈塑性模擬進(jìn)行初始應(yīng)力的計算，結(jié)果見圖4。從圖4中可以看出，巖體的豎向位移發(fā)生在巖體的頂部，出現(xiàn)這樣的情況主要是因為在模型中沒有建立實際的山坡高度，但這對結(jié)構(gòu)并沒有影響，另外從應(yīng)力圖中可以發(fā)現(xiàn)，在自重應(yīng)力的作用下巖體的最大應(yīng)力出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的底部，其值大約為－3．5MPa。(2)隧道錨開挖后的巖體應(yīng)力分析對模型中的前錨室、后錨室以及錨塞體進(jìn)行開挖后，計算巖體應(yīng)力，其結(jié)果見圖5。從圖5中可以看出，當(dāng)巖體開挖之后，巖體的應(yīng)力將發(fā)生巨大的變化，在后錨室附近出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，其中最大的主應(yīng)力呈現(xiàn)為壓應(yīng)力，其值大約為－0．2～－0．45MPa之間，最小的主應(yīng)力值大約為－0．2～－0．55MPa之間，在開挖時，需對巖體的頂部加于支護(hù)，以保證施工的安全。(3)隧道錨回填后的巖體應(yīng)力分析對模型中的前錨室、后錨室以及錨塞體進(jìn)行開挖后，對其進(jìn)行錨塞體的回填計算，其結(jié)果見圖6。從圖6中可以看出，當(dāng)巖體在回填之后，巖體的應(yīng)力依然處于壓應(yīng)力狀態(tài)，此時其最大的主應(yīng)力值大約為－0．41～－1MPa之間，最小的主應(yīng)力值大約為－0．52～－2．85MPa之間，呈現(xiàn)出壓應(yīng)力變大的原因，主要是因為回填的錨塞體處于被擠壓的狀態(tài)，從而導(dǎo)致后錨室的應(yīng)力集中加劇，應(yīng)力加大。(4)隧道錨的錨塞體施加拉應(yīng)力后的應(yīng)力分析對模型中的前錨室、后錨室以及錨塞體進(jìn)行開挖后，對其回填的錨塞體施加張拉預(yù)應(yīng)力，其計算結(jié)果見圖7。從圖7中可以看出，對巖體在回填后的錨塞體施加張拉預(yù)應(yīng)力之后，錨塞體出現(xiàn)局部的拉應(yīng)力，其值大約為－0．5～－1．1之間，而此時巖體的最大的主應(yīng)力值大約為－4．2MPa，最小的主應(yīng)力值大約為－0．5～－4．2MPa之間，錨固體預(yù)應(yīng)力的施加使巖體的應(yīng)力進(jìn)一步的增大。(5)隧道錨的主纜施加荷載后的應(yīng)力分析對模型中的主纜施加荷載后，其計算結(jié)果見圖8。(a)主纜施加荷載后的最大的主應(yīng)力圖(b)主纜施加荷載后的最小主應(yīng)力圖圖8埋深體施加張拉預(yù)應(yīng)力后的計算結(jié)果從圖8中可以看出，對主纜施加荷載之后，對錨固體的影響并不大，但主纜荷載的施加會使錨固體與巖體的接觸面發(fā)生相對剪切，接觸面之間將會產(chǎn)生剪切應(yīng)力，施加主纜的荷載后，錨塞體的最大主應(yīng)力其值大約為0．5(拉應(yīng)力)至－2．1之間，而此時巖體的最大的主應(yīng)力值大約為－4．2MPa，最小的主應(yīng)力值大約為0．5(拉應(yīng)力)至－4．1MPa之間，在拱頂?shù)牟课怀霈F(xiàn)拉應(yīng)力。

3結(jié)論

采用FLAC3D有限元軟件對隧道錨從巖體開挖到主纜荷載施加全過程所產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在隧道錨施工過程中結(jié)構(gòu)受力總體安全可控，僅需在開挖時對巖體進(jìn)行必要的支護(hù)即可。

參考文獻(xiàn)

［1］夏才初，程鴻鑫，李榮強．廣東虎門大橋東錨碇現(xiàn)場結(jié)構(gòu)模型試驗研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，1997(6)．

［2］陽金惠，郭占起，萬仁輝，等．隧道式錨碇加錨桿在萬州長江二橋錨固系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．公路，2002(1)．

［3］曾錢幫，王思敬，彭運動，等．壩陵河懸索橋西岸隧道式錨碇錨塞體長度方案比選的數(shù)值模擬研究［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005(6)．

［4］董志宏，張奇華，丁秀麗，等．矮寨懸索橋隧道錨碇穩(wěn)定性數(shù)值分析［J］．長江科學(xué)院院報，2005(6)．

作者:李鐵儒 單位:二秦高速公路張家口管理處