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1、,第15章 喷锚支护,本 章 内 容,1,2,3,4,5,概述 围岩分级喷锚支护设计,施工信息的反馈 围岩稳定性的分析,定义：锚喷支护 ( Shotcreat and Bolting )是采用喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土等在毛洞开挖后及时地对地层进行加固的结构。,1. 概述,1. 概述,l ）锚喷 支护的 优点： ( 1 锚喷支护 能大量 节省混凝土 、木料、 劳动力，加 快施 工进度， 并有利于施工 机械化 和改善劳 动条 件 等。 ( 2 锚喷支 护是一种 符合岩体 力学原理的积 极支护方 法 ，具 有良好的 物理力学性能。 ( 3 由于锚 喷支 护结
2、构柔性 好， 它能 与围岩变形 一致，从 而与之构 成一 个共同工作 的承 载体系。,种 类,1）粘结型的锚杆：金属砂浆锚杆，金属树脂锚杆等。 2）机械型的锚杆：楔缝式、胀壳式和滑楔式锚杆等。 3）锚杆的材料有：钢杆的、木杆的、钢丝的 4）锚杆的受力有：预应力锚杆、普通受力锚杆,锚喷支护的适用条件及要求： 锚喷支护应配合光面爆破等控制爆破技术，使开挖断面轮廓平整、准确，便于锚喷成型，并减少回弹量，减轻爆破对围岩的松动破坏，维持围岩强度和自承能力。 锚喷支护的使用是有一定条件的，在围岩自立能力差、有涌水及大面积淋水处、地层松软处就很难实现。此外，尚有理论和实践中的一些问题需要进一步研究。,1.
3、概述,用锚杆作为主要支护构件时掘进和支护的联合循环,施作过程,锚喷支护的材料性能,喷混凝土能在10min 内终凝，一般2h即具有强度，4d为28d强度的70%左右，28d抗压强度可达2530MPa；抗拉强度为22.2MPa. 一般设计中,可采用喷混凝土标号为20号,抗压强度为14MPa,抗拉强度为1.2MPa. 弹性模量为2.0104MPa,锚喷支护的材料性能-粘结力,与类及以上围岩的粘结力不低于0.8MPa, 类围岩的粘结力不低于0.5MPa. 为了提高混凝土与钢筋的粘结强度,不宜选用过粗的钢筋来制作钢筋网,细一点为好;同时第一层喷混凝土表面或岩面与钢筋之间的空隙也不宜过大. 设计时可视施工
4、情况采用2.55MPa. 喷射混凝土的收缩变形比普通混凝土大,锚喷支护加固作用,一、锚杆的加固作用 二、喷混凝土的加固作用,一、锚杆的加固作用,1）、联结作用 当洞室围岩被裂隙、断层等切割，使局部岩块不稳定时，可用锚杆将它们联结起来，并尽可能将锚杆打入稳定岩体一定深度。 2）、组合梁或拱作用 依靠锚杆将一定厚度的岩层，尤其是成层的岩层组合在一起，增加了层理间的抗剪强度，提高岩层的抗弯性能，使围岩得以稳定。 3）、整体加固过用 用锚杆群可将节理裂隙较发育的围岩锚固起来，通过有规律布置的锚杆群，将隧道四周一定深度的围岩进行挤压、粘结加固，组成一个承载环。,二、喷混凝土加固作用,1）、局部稳定原理
5、喷混凝土支护结构通过及时的封闭岩层表面的节理、裂隙，只要支护住最先掉落的危石，封闭加固附近的岩体，则洞室就能稳定。而喷混凝土层在危石自重力作用下，可能出现冲切破坏和撕开破坏。 2）、整体稳定原理 喷混凝土层与围岩体表面紧密粘结、咬合，它与岩体密贴组成“组合结构”或“整体结构物”共同工作。薄的喷层支护柔性大，变形能力强，使围岩变形得到控制，应力得以调整，从而使围岩体获得稳定。作为“整体结构物”一部分的喷层也同时受到因围岩的变形引起的形变压力。,2. 围岩分级方法,围岩的分类方法有多种，“岩石力学”里面已经有所介绍。 这里介绍工程岩体分类标准（GB50218）。 根据岩石坚硬程度和岩体完整程度将围
6、岩分为6级(见下表)。,2. 围岩分级方法,3. 喷锚支护设计,锚杆喷混凝土(或加钢筋网)联合加固的结构作用, 实际上是锚杆加固和喷混凝土加固围岩结构作用时的 有机组合. 其受力状况与围岩的应力状态密切相关, 其影响因素比较复杂, 其受力分析和结构计算尚处于 半经验半理论阶段.,喷锚设计原则： 工程地质条件和岩体力学特征； 依据不同的围岩压力的特点，对不同部位采用不同的支护参数，“拱是重点、拱墙有别”； 体现喷锚支护灵活性的原则，对于围岩局部和整体加固采取等强度支护原则，对不同部位采用不同的支护类型和参数； 喷锚支护应遵循实测位移评价的原则。,3. 喷锚支护设计,1. 局部作用原理,目前,锚喷
7、支护的常用设计方法是按悬吊原理计算.,锚杆所需截面积：,锚杆的设计长度必须满足：,1. 局部作用原理,1）锚固长度Lm， 需同时满足 2）加固长度hr 可按不稳定岩层厚度或围岩的荷载高度取。 3）外露长度Le 考虑设置托板，钢筋网等要求，可取5-15cm，但不应超过喷射混凝土的厚度，此外，拱脚处可取拱顶处锚杆长度的1.2倍,1. 局部作用原理,被锚杆加固的不稳定围岩可视为锚杆组合拱。 并认为锚杆组合拱内切向缝的剪力由锚杆承受，斜向剪力共同承受，径向剪力由岩石承受。 （教材图15-4）,锚杆的设计长度必须满足：,2. 整体作用原理,锚杆的加固作用,2. 整体作用原理,2. 整体作用原理,3. 喷
8、射混凝土的计算和设计,喷射混凝土支护厚度有最小喷层厚度和平均喷层厚度两种指标 考虑到喷射混凝土收缩较大，其厚度不应小于50mm。 为了发挥围岩的自承作用，喷层最大设计厚度不宜超过250mm。 在含水地层中，为了保证喷层的抗渗能力，其最小厚度不应小于80mm。,3.喷射混凝土支护厚度的计算,混凝土层要能够有效地防止围岩松动、离层和塌落。 要求混凝土层有足够的抗拉力，防止在节理面处出现冲切破坏；同时喷层和围岩间应有足够的粘结力，使喷层不出现撕裂现象。,3.喷射混凝土支护厚度的计算,要求混凝土层有足够的抗拉力，防止在节理面处出现冲切破坏（教材图15-3）； 同时喷层和围岩间应有足够的粘结力，使喷层不
9、出现撕裂现象（按弹性地基梁理论计算）。,钢筋网喷射混凝土支护设计,设置钢筋网能提高喷层的整体性，使其应力分布均匀，从而较少混凝土的收缩和喷层裂缝。 在变形大而自稳性差的软弱围岩的混凝土喷层中，应设置12层钢筋网。在强度低的土砂地层中（尤其是粉砂层）中，可安设防剥落的网眼较密的钢筋网。,钢筋网喷射混凝土支护设计,钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于 100 mm，也不宜大于250mm。钢筋网保护层厚度不应小于20mm 钢筋网按构造要求设计，钢筋直径一般为6-10mm，钢筋间距宜为150-300mm 采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设，在喷层厚度内所设的两层钢筋网的间距应尽
10、量大些,1、隧道洞周收敛达2m 2、锚杆伸入软弱层太短，仅2m,喷射混凝土的施工,锚杆的布置,系统锚杆布置原则 在隧道断面上，系统锚杆宜按垂直隧道周边轮廓布置，当遇层状岩层时，应增设与主结构面成最大角度的锚杆。在掩面上，锚杆宜成菱形排列。 根据工程经验，系统锚杆间距不宜大于锚杆长度的二分之一，在软弱的、类围岩中，锚杆间距不得大于1.25m,以为0.5-1.2m,锚杆的布置,局部锚杆的布置原则 局部锚杆的主要作用是阻止部分不稳定岩块塌落或滑移,通过锚杆将岩块固定在稳定岩体上. 拱腰以上的局部锚杆布置方向应有利于锚杆受拉,拱腰以下及边墙部分的局部锚杆宜逆着不稳定岩块滑动方向布置.,喷射混凝土的施工
11、,喷射作业应在划定的区段内进行，区段长度小于6m。 喷射时自下而上，先墙后拱分部、分块进行。 当岩面有较大坑洼时，应先喷凹处，后找平。 一般拱部一次喷厚4-6cm，边墙为6-8cm 喷射下一放炮时间，间隔不应小于4小时,地利学者拉布西维兹等人于 20 世纪 60 年代初提出了“新奥地利隧道施工法” （New Austrian Tunnolling Method ) ，简称为“新奥法” ( NATM ）。 新奥法也被称为“欧洲隧道掘进法”或“收敛约束法” ( Convergenco con- finemont Method ）。,新奥法简介,它的要点就是：尽可能不扰动周边围岩，开挖之后及时进行一
12、次支护，防止围岩的进一步松动，然后视需要进行二次支护。所有的支护都是相当柔性的，能适应围岩的变形，在施工过程中密切监测围岩的变形、应力等情况，以便及时调整支护措施，控制变形。 新奥法目前在设计埋论上还不很成熟，一般是先采用经验统计类比的方法（工程类比法）做预设计，再在施工过程中不新监测围岩的应力、应变状况，按其发展规律来修改设计、调整支护措施。,新奥法简介,不能将新奥法等同于锚喷支护。锚喷支护与新奥法是既有密切联系又有原则区别的，正是由于发展了利用锚喷支护的快速有效的支护施工手段，才有可能使新奥法的基本原则得以实现若不按照新奥法的要求适时进行锚喷支护不把围岩看成自承结构，不充分发挥围岩的自承作
13、用，即使大量采用锚喷支护，也不能认为是应用了新奥法。,锚喷支护与新奥法,目前，新奥法锚喷支护的设计工作是在其理论基础的指导下，参考已建工程的设计参数进行预设计后，再通过施工过程对围岩的量测分析来完善设计。可见量测是新奥法锚喷支护的重要内容，它不仅是保证施工安全的需要，而且也是修改设计、指导施工的主要依据。因此，应通过各个试验段的测试数据对各类围岩的支护效果进行检验，为隧道修改设计和指导施工提供及时的信息反馈，最终确定和修正设计参数,4 施工信息的反馈,新奥法支护变形监控,4 施工信息的反馈,umi实测位移 uci计算位移 使J趋于最小，即可得到相应的参数。,4 施工信息的反馈,在岩体中开挖和构筑结构物时，必将引起岩体自然环境应力场的改变。 围岩的稳定分析通常是指围岩的局部稳定分析，并进一步依据各局部单元的分析结果，评判围岩的整体稳定性。,5 围岩稳定性的分析,不稳定围岩的计算和加固是通过下述步骤来进行的： 不稳定块体的几何分析； 失稳方式的运动学分析； 稳定系数的计算分析； 不稳定块体的锚喷支护计算。,5 围岩稳定性的分析,不稳定围岩的计算和加固是通过下述步骤来进行的： 不稳定块体的几何分析； 失稳方式的运动学分析； 稳定系数的计算分析； 不稳定块体的锚喷支护计算。,5 围岩稳定性的分析,
