锚杆支护的使用始于20世纪初期，首先在矿山工程中得到应用。到了50年代，锚杆在世界各地的岩石地下工程中已得到广泛应用。最早的锚杆均采用端部锚固式，主要用于硬质岩石之中，一般均施以一定的张拉力。随着全长粘结式锚杆的使用，锚杆在软质岩石中也得到推广，特别是“新奥法”的成功，进一步确定了锚杆在隧道支护结构中的地位[1]。

 

　　在当前的隧道支护体系中，锚杆是一种十分有效的支护方式，其运用非常广泛，类型也较多，但是锚杆在隧道支护体系中到底发挥怎样的作用还不十分清晰。通常认为锚杆的加固效应有4种：悬吊效应、增强效应、成拱效应和内压效应[2]。

 

　　实际上，锚杆的加固作用是多种效应同时产生作用的结果，不同的锚杆布置方式、在不同的地质条件下，将有某一效应起主导作用，而其他效应居次要地位。同时，锚杆的效应与锚杆的布置方式有关，如局部锚杆主要发挥悬吊效应，而系统锚杆主要发挥成拱效应。

 

　　本次研究主要针对汕昆高速贵州省境板坝至江底段兴义II号隧道的设计和施工实践，根据现场锚杆轴力测试，分析系统锚杆的效用。

 

 

　　兴义II号隧道位于汕昆高速贵州境板坝（桂黔界）至江底（黔滇界）第18合同段，隧址位于扬子地台与华南地台的接壤部位，隶属扬子地台西南边界地带，无显著差异性新构造运动，隧址区属区域地质基本稳定区。

 

　　隧址区分布的地层岩性相对简单，隧址区出露地层主要为三叠系下统永宁镇组下段（T1ya）白云质灰岩、泥灰岩，白云质灰岩多呈浅灰色、青灰色，矿物成分以方解石、白云石为主，隐晶质结构，中厚层状构造；泥灰岩多呈灰黄色、灰白色，矿物成分以方解石、白云石为主，泥晶结构，薄～中厚层状构造；两种岩性呈互层形式，岩石节理裂隙较发育，岩体较破碎。表覆第四系坡积粘土夹少量角砾。

 

　　全段施工中锚杆的用量很大。如果锚杆都能有效的工作，则不仅有利于隧道施工的安全，而目还有助于其长期稳定；反之，则不利于隧道施工安全，或者会造成巨大的材料浪费。为此必须通过对典型断面的锚杆轴力测试来观察打入隧道围岩内的锚杆，处于一个什么样的工作状态，究竞发挥了多大的作用，发挥力学效果的主要区域在哪里。

 

 

　　3.1测试目的

 

　　3.1.1了解锚杆不同围岩下的工作状态及轴力大小

 

　　每一根系统锚杆在打入围岩后，其杆体将承受因层节理及围岩收敛形变而产生的拉压力、剪切力与弯矩作用。在围岩条件下锚杆的轴力如何，其大小是多少，可通过测试确定。

 

　　3.1.2判断围岩变形的发展趋势，及其强度下降的界限

 

　　因为锚杆打入围岩后，不同深度处的内力各不相同，并目有着内力随深度逐渐减小的规律，故由此可粗略的知道围岩扰动的范围，这就是说可以大致设计出所用锚杆的长度。

 

　　3.1.3评价锚杆的支护效用

 

　　锚杆的极限抗拉强度比实际内力值等于锚杆安全系数K，一般来讲K值略大于1是比较合理的，若远大于上设计选用材料过保守；小于上则可能产生安全隐患。

 

　　3.2元件埋设

 

　　根据研究需要，分别选取V、IV两个围岩段埋设锚杆轴力计，断面里程为ZK91+350（V）、ZK91+360（V）；ZK91+422（IV）、ZK91+430（IV）。每一个监测断面内布置5个量测位置（孔），每一个量测位置的孔内设测点3个。具体的布置形式为在拱顶中央1个，在左右拱腰各设1个，左右边墙各设1个。具体部位也可根据岩性及有关现场情况适当变更。测点布置采用测点1（浅部测点）距孔口1.0m，测点2（中间测点）距孔口为2m，测点3（浅部测点）距孔口3m。

 

　　3.3测试结果

 

　　本次共测试断面4个，锚杆数量20个。

 

 

　　（1）V级围岩相比IV级围岩，各部位锚杆轴力均较大，因为V级围岩较差，围岩位移较大，锚杆起到了悬吊效应，拉应力突出。

 

　　（2）同一围岩级别下，不同部位锚杆受力不同，本隧道测试段中拱顶的拉应力在V级围岩下最大，IV级围岩下则拱腰位置受力最大。

 

　　（3）本次测试锚杆最大应力基本为拉应力，只有ZK91+360左边墙收到局部压应力作用，隧道围岩可能处于扩张状态，锚杆收到侧摩阻力，表现受压状态。

 

　　（4）本次测试锚杆轴力中，V级、IV级围岩中锚杆效用发挥不充分，最大受力为104Mpa，只占钢材设计强度的30%，远远低于设计值，设计偏于保守。

 

　　（5）根据同级围岩内锚杆受力最大值绘出的围岩扰动图，可以明显看出，V级围岩较IV级围岩扰动范围要大，且锚杆发挥效用也更充分。

 

 

　　通过不同围岩级别锚杆轴力测试，得出如下结论：

 

　　（1）V级围岩下锚杆轴力一般地较IV级围岩下要大，效用相对要大。

 

　　（2）目前，不论是V级还是IV围岩锚杆的轴力都达不到理论设计值，多数情况下不超过1/3，所以锚杆的效用大打折扣，有必要对锚杆设计进行重新的研究和优化。