一种悬索桥隧道式锚碇及施工方法与流程

本发明涉及隧道式锚碇，特别是一种悬索桥隧道式锚碇及施工方法。

背景技术：

1、悬索桥锚碇目前广泛采用的主要有重力式锚碇（下文简称重力锚）和隧道式锚碇（下文简称隧道锚）。重力锚通过设置基础或直接将锚体设置在地基上，完全依靠自重或以自重为主来平衡主缆拉力，开挖量大、对周边环境干扰大。隧道锚为在山体中开挖隧洞，于隧道底部浇筑混凝土锚块（即锚塞体），锚块嵌固在隧洞中与岩体形成整体，由锚塞体自重、接触面剪力、接触面摩擦力以及楔形体夹持效应等几部分共同抵抗主缆拉力，隧道锚开挖工程量相对较小(体量仅为重力锚的20%~30%左右)。

2、隧道锚在节约造价、环境保护方面较重力式锚碇具有明显的优势，但隧道锚的实际工程应用却较重力锚较少，其原因为大跨悬索桥的缆力较大（单缆拉力达数万吨），对桥位锚碇处的岩石质量要求较高，国内千米级悬索桥的隧道锚基本都位于硬质岩层，如：金安金沙江大桥两岸隧道锚均位于玄武岩及多层凝灰岩夹层、雅安至康定高速公路泸定大渡河特大桥雅安岸隧道锚位于花岗岩层、湖南矮寨大桥吉首岸隧道锚位于泥质白云岩层、香丽高速金沙江大桥香格里拉岸隧道锚位于玄武岩、万州驸马长江大桥南锚碇位于砂岩。

3、软岩地区采用常规的直线形隧道锚时，由于软岩的力学性能较差，具有变形模量低且具有流变性的特点，不能充分发挥楔形隧道锚的夹持效应，在加载过程中隧道锚周边塑性区域可能会出现较大变形、有沿着隧道锚周边贯通的趋势，隧道锚在强大的主缆拉力作用下具有整体被拔出的风险，无法充分调动周围大范围岩土体的抗力作用，从影响大桥的安全。在满足受力需要的情况下锚塞体需要的长度较长，大大增加了经济成本、加大了工程量，且对生态环境干扰大，施工风险高，特别对于山区狭窄v形峡谷大跨悬索桥施工，存在道路交通不便，施工难度大的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术中的直线形楔形隧道锚应用于软岩地区时不能充分发挥楔形隧道锚的夹持效应，具有整体被拔出的风险的问题，提出一种悬索桥隧道式锚碇，能够适用于地质较差、围岩级别较低的环境。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种悬索桥隧道式锚碇，包括至少两个隧道锚单元，所述隧道锚单元之间通过锚塞体相互连通。

4、在本方案中，通过设置至少两个隧道锚单元并将隧道锚单元间通过锚塞体相互连通，使独立的各隧道锚单元之间形成整体，能够充分利用锚塞体与两侧隧道锚单元所围成区域的岩土体的抗力，调动更广范围的岩土体受力，然后进一步通过岩土体的抗剪作用调动其上下范围的土体参与受力，大大提高了隧道锚的抗拔安全系数，因此这种隧道式锚碇的构造形式对地质条件要求不高，适应能力较强，利于满足结构受力需求。

5、此外，采用这种构造形式的悬索桥隧道式锚碇，在内部设置锚固系统时，可以将锚固预应力钢束环绕锚塞体设置并在锚塞体的两个前端面设置张拉端，无锚固端，因此无需设置后锚室，更加方便后期的维护和更换，避免了常规直线形须设置人洞连通前锚面与后锚面以及后锚室排水困难的弊端，进一步也利于减小截面尺寸，避免设置人洞所带来的锚塞体应力集中问题。

6、在上述方案中，锚塞体本质上就是混凝土锚块，主要承受预应力锚固系统传递的主缆索股拉力；隧道锚单元同常规的直线形隧道式锚碇，相应具有锚固系统、前锚室、散索鞍及索鞍支墩等设置，其中索鞍支墩主要承受由散索鞍传递的主缆压力；散索鞍用于改变主缆的传力方向，并将主缆分散为多根索股分别锚固在前锚面上并与锚塞体内的锚固系统相连，从而借助锚塞体及周围基岩抵抗主缆的拉力；前锚室指索鞍支墩到前锚面（即锚塞体的前端面）间隧道锚洞室的变截面部分，主要作用是提供主缆索股按一定角度发散到前锚面所需的空间。在上述方案中，隧道式锚碇的平面形状可以采用h形、a形、u形、v形、w形或e形。

7、作为本发明的优选方案，所述前锚室内设有20～30cm厚的初期支护层和40～50cm厚的二次衬砌层，实现洞室的永久支撑。

8、作为本发明的优选方案，所述隧道锚单元的数量设有两个，所述锚塞体设置于各所述隧道锚单元的末端、呈u形，所述锚塞体内设有多股预应力钢束，所述预应力钢束的两端锚固在所述锚塞体的两端面并用于连接主缆索股。u形隧道锚环形体内岩体处于三向受压状态且起着强大的嵌固作用，为锚碇提供了强大的抗拔力，大幅提高了u形隧道锚的安全系数。通过采用u形锚塞体，将预应力钢束环绕锚塞体设置并延伸向两端面张拉，可实现仅在前锚面设置张拉端、无锚固端，相应无需在锚塞体内设置后锚室，也无需设置人洞用于连接前锚面和后锚面，后期的维护和更换方便，避免了常规直线形隧道锚须设置人洞连通前锚面与后锚面以及后锚室排水困难的弊端，也利于避免设置人洞所带来的锚塞体应力集中问题。

9、作为本发明的优选方案，所述锚塞体包括直线段和环形段，所述直线段设置于所述锚塞体的前端，用于过渡衔接环形段和前锚室，两个所述直线段的末端相互连通形成一大于或等于180度的圆弧结构，即所述环形段；所述直线段呈楔形状。

10、作为本发明的优选方案，所述环形段为等截面结构且与所述直线段末端的截面尺寸一致。本方案将锚塞体的环形段采用等截面设计，其截面尺寸与较短的直线段末端截面相同，相对于常规的直线形锚塞体截面尺寸大大减小，减少了软岩地区围岩级别差所带来的隧洞开挖风险，从而可保证施工更加安全可靠。

11、作为本发明的优选方案，所述锚塞体的形心连线与两个所述隧道锚单元的前锚室的形心连线在同一平面上，且所述直线段的形心连线的两端分别与所述隧道锚单元的形心连线、所述环形段的形心连线相切。隧道锚单元后端的前锚室、锚塞体直线段和环形段之间的接合处平滑连接，线型顺畅，便于施工和简化工程计算量。

12、作为本发明的优选方案，所述锚塞体的横断面采用圆形，施工难度小；作为其它可实施方案，也可以采用马蹄形断面。

13、另一方面，基于上述悬索桥隧道式锚碇，还提供其施工方法，包括以下步骤：

14、采用新奥法在岩体内向下倾斜开挖上述悬索桥隧道式锚碇的隧洞，隧道式锚碇的前锚室采用复合式衬砌，在锚塞体段施工初期支护并在锚塞体端面处施工端面模板；

15、通过所述端面模板向所述锚塞体段浇筑混凝土，浇筑时采用水平分层浇筑的方式，从而形成锚塞体。

16、采用上述隧道式锚碇构造施工，在相同软弱围岩条件下，在与常规隧道锚相同的受力安全系数的前提下，可节约工程量，具有良好的经济效益。

17、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

18、1、本发明充分利用锚塞体与两侧隧道锚单元所围成区域的岩土体的抗力，调动更广范围的岩土体受力，然后进一步通过岩土体的抗剪作用调动其上下范围的土体参与受力，大大提高了隧道锚的抗拔安全系数，适用于地质较差、围岩级别较低的地区，适用范围广。

19、2、采用本发明所提供的悬索桥隧道式锚碇，岩体为三向受压状态且起着强大的嵌固作用，为锚碇提供了强大的抗拔力，大幅提高了隧道锚的安全系数。

20、3、本发明所提供的悬索桥隧道式锚碇，其锚塞体环形段采用等截面设计，其截面尺寸与较短的直线段末端截面相同，相对于常规的直线形锚塞体截面尺寸大大减小，减少了软岩地区围岩级别差所带来的隧洞开挖风险，从而可保证施工更加安全可靠。

21、4、本发明所提供的悬索桥隧道式锚碇，可采用环形预应力锚固系统，无须在锚塞体内设置后锚室，更加方便后期的维护和更换，避免了常规直线形隧道锚须设置人洞连通前锚面与后锚面以及后锚室排水困难的弊端，进一步也避免了设置人洞所带来的锚塞体应力集中问题。

22、5、本发明所提供的悬索桥隧道式锚碇，具有良好的经济效益，ⅴ级围岩条件下，在与常规隧道锚相同的受力安全系数的前提下，可节约工程量20%以上。