[实用新型]一种复合式隧道锚碇结构

说明书

本实用新型公开了一种复合式隧道锚结构，包括主缆接入洞，散索室、楔形室，主缆接入洞内安装有散索鞍，散索室靠近主缆接入洞的一端设有导向件，散索室和楔形室的交界面设有转向件，楔形室的基底面设有锚具，散索室内设有前锚块，楔形室内设有后锚块，散索室与主缆接入洞的中心轴线重合，楔形室的中心轴线与水平面的夹角大于主缆的入射角，主缆从主缆接入洞经过散索鞍分散成钢绞线，所有钢绞线通过导向件平均分散至散索室的截面内并穿过前锚块，再通过转向件转向并平均分散至楔形室的截面内，最后穿过后锚块后分别通过锚具固定在楔形室的基底面。本实用新型有效克服围岩岩土强度不足导致的锚碇设计和施工难度大增，大幅度降低了建设成本。

技术领域

本实用新型属于岩土工程技术领域，更具体涉及一种复合式隧道锚碇结构，适用于软岩和松散堆积体类边坡等各类极易受工程扰动不满足承载设计要求的围岩条件，设计时需考虑岩土初始状态和变形软化后物理力学参数下降程度，评估隧道锚承载前后边坡稳定性，而且，采取复合式隧道锚碇可大幅减少工程量和工程费用。

背景技术

我国三分之二国土为山地区域。由于山区地质构造复杂、岩性多变，大部分高速公路/铁路的桥隧比例较高，尤其是西部山区高达70％～80％，桥梁建设成为交通建设的重中之重。悬索桥因其卓越的跨越能力，常成为山区桥型的首选。悬索桥主要由锚碇、加劲梁、主缆、桥塔四大结构组成，其中锚碇是承载悬索桥主缆力的关键。锚碇一般又分为重力式(简称重力锚)和隧道式(简称隧道锚)，其力学模型及可能的破坏模式如图1所示。

重力锚的原理是利用其基底面与地面的基底摩擦力平衡主缆拉力的水平分量，因此重力锚体量巨大，在陆地上一般采用放坡、垂直围护、沉井等方式施工，需要很大的施工场地，而当桥址处山区，地面坡度陡峭时，就需要大规模开挖山体，设置高边坡防护，这种情况不但工程量和工程难度大，而且破坏生态环境。

隧道锚能较好结合锚址区的工程地质条件，利用楔形锚碇带动周边岩体共同承载，隧道锚的工程规模一般远小于承载力相同的重力锚，是一种体积小、避免大规模开挖、节约投资、对周边环境影响小的锚碇结构形式。但已有的隧道锚一般都只适合设置在围岩条件较好的硬质岩体中，这些隧道锚所处的岩体整体性好，能充分利用围岩的“夹持效应”所提供的巨大抗拔力。而当岩体节理构造发育属于破碎岩，甚至为碎屑岩时，围岩难以为锚碇提供有效的“夹持效应”。若围岩条件较差时即便采用隧道锚，其设计长度也将大幅增加，以某悬索桥的长达159米的世界最长隧道锚即为例证。由于超长变截面锚室暗挖施工难度极大、施工安全难以保证，且施工效率极低，因此这种情况不宜采用隧道锚。

针对现有两种锚碇技术中的缺陷，本专利提出构建一种新型悬索桥锚碇，即重力式隧道锚，其力学模型如下图2。重力式隧道锚，结构概念设计为两段锚碇，上部锚碇为散索段，下部锚碇为楔形段。散索段拟替代原隧道锚的散索鞍功能，将主缆钢索平均分散至锚碇截面；楔形段中心轴线与水平线呈大角度相交，其重力可抵抗主缆力部分竖向分量，其楔形体外观可形成对围岩的夹持效应抵抗主缆力剩余竖向分量，主缆力的水平分力则由锚碇底部围岩的水平抗剪承载力抵抗，可借鉴重力锚的基底摩擦滑移破坏模式进行抗滑设计；再者，若考虑沿主缆力方向的锚碇被拔出的破坏模式，可调整锚碇埋深直至满足抗拔设计要求。这一新型锚碇同时结合了重力锚和隧道锚的优点，适用于陡峭坡地及岩体破碎的地段。

查阅诸多学者对隧道锚破坏模式的相关研究成果，可知隧道锚承载至极限时其潜在破裂面为图1中虚线①代表的方向。基于上述对重力式隧道锚的基本力学分析，可预测隧道锚发生整体倾覆和水平滑移两种可能破坏模式时，在围岩体内可能产生图2中虚线②代表的破裂面。

经中国专利网与相关论文网站检索，目前尚无采用复合式隧道锚承载悬索桥主缆的专利。对于破碎和强风化的较差围岩条件，通常都是采用重力锚，或采用超长隧道锚形式进行设计，由于受限于锚碇自身力学缺陷，不能满足主缆承载设计的需要，进而增大工程设计和施工难度，极大增加了工程量，且有引发边坡失稳的风险。因此，设计一种经济可靠安全的新型隧道锚就显得尤为紧迫。

发明内容