锚喷支护结构创新设计

1、LOGO 锚喷支护结构创新设计 锚喷支护结构设计锚喷支护结构设计 锚喷支护结构创新设计 锚喷支护结构设计锚喷支护结构设计 锚喷支护的概况1 锚喷支护的受力分析和结构计算2 锚喷支护结构创新设计 锚喷支护结构的设计锚喷支护结构的设计 1锚喷支护的概况 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 1.锚喷支护（锚喷支护（Shotcrete 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 在毛洞开挖后及时的对对地层进行加固的结构。可以根据围岩的稳定状况，采用锚喷支护 的一种或几种结构的组合。 2.喷射混凝土喷射混凝土(Shotcrete

2、 )： 利用高压气，将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机与高压水混合，喷射到 岩面上，迅速凝结而成。 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 封闭性封闭性灵活性灵活性 柔性柔性 深入性深入性 及时性及时性 密贴性密贴性 锚喷支护 的特点 3.锚喷支护的特点锚喷支护的特点 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 4.锚喷支护修建隧道的基本概念锚喷支护修建隧道的基本概念 锚杆是深层加固围岩，喷射混凝土是表层及局部加固围岩 围岩是隧道稳定的基本部分，尽量维护围岩体的强度特性 支护结构要薄而具有柔性，并与围岩密贴，使因产生弯矩而破坏的可能性达到最小， 当需要增加支护衬

3、砌强度时，宜采用锚杆、钢筋网以及钢支撑等加固，而不宜大幅度增加 喷层或衬砌厚度。 设计施工中要正确估计围岩特性及其随时间的变化，以便采取最合适的支护措施和支 护时间。 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 5.围岩支护特性曲线围岩支护特性曲线 umax ur uE B P u K cE D P u=f(P1) A maxPmaxP0 PK P1 u0 Pc PE Pmin P0 原岩压力线 刚性支护 形变压力区 松散压力区 柔性支护 IV-模注支护 0 Pc P P0 PE 锚喷 初喷 锚 二次喷 P1 锚喷支护模注衬砌 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 6

4、.新奥法新奥法 1)产生背景产生背景 （1）锚杆支护在20世纪初出现。 （2）喷射混凝土机在1940年末研制成功。 （3）岩体理论的发展为新奥法提供了科学的依据。 2）新奥法的概念）新奥法的概念 1963年，由奥地利学者L腊布兹维奇教授命名为“新奥地利隧道施工法(New Austria Tunnelling Method)”，简称“新奥法(NATM)”正式出台。它是以控制爆破或机械开挖为主 要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工 方法。同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则。 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 3）要点：）要点： (一

5、) 因为围岩是隧道的主要承载单元，所以要在施工中充分保护和爱护围岩。 (二) 为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形。 (三) 变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到的。 (四) 在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导 施工和设计。这是“新奥法”的重要组成部分。 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 3）要点：）要点： (五) 在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、牢固的与围岩紧密接触的、能及时施设 和应变能力强的支护手段。 (六) 要特别注意，隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的过程。 (七) 在任何情况下

6、，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。 (八) 在隧道施工过程中，必须建立设计施工检验地质预测量测反馈修正设计的一 体化的施工管理系统，以不断地提高和完善隧道施工技术。 上述隧道施工的基本原则可扼要地概括为：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 控制爆破 锚喷支护 监控量测 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 开挖 初期 支护 二次 支护 三项作业 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 4）新奥法设计程序）新奥法设计程序 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 5）新奥法与锚喷支护）新奥

7、法与锚喷支护 新奥法不等同于锚喷支护，锚喷支护与新奥法既有密切的联系又有原则的区别。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。 锚喷支护结构创新设计 1锚喷支护的概况锚喷支护的概况 7.锚喷支护设计与施工的基本原则锚喷支护设计与施工的基本原则 1.采取各种措施，确保围岩不出现有害松动 2.调节控制围岩变形，在不进入有害的松动的条件下适度发展，以便最大程度的发挥围岩 的自承能力。 3.保证锚喷支护与围岩形成共同体

8、。 4.选择合理的支护类型与参数并充分发挥其功效。 5.采取正确的施工方法。 6.依据现场监测数据指导设计施工。 锚喷支护结构创新设计 锚喷支护结构的设计锚喷支护结构的设计 2锚喷支护的设计 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 1.锚杆的作用和效果锚杆的作用和效果 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 1.锚杆的作用和效果锚杆的作用和效果 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 2.锚杆类型锚杆类型 全长粘结型全长粘结型 主要有普通水泥砂浆锚杆、树脂锚固锚杆、早强水泥砂浆锚杆、树脂锚杆、水泥卷锚 杆、中空注浆锚杆和自钻式注浆锚杆等。 锚喷支护结构创新设

9、计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 2.锚杆类型锚杆类型 端头锚固型端头锚固型 主要有机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水泥卷端头锚杆等。 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 2.锚杆类型锚杆类型 端头锚固型端头锚固型 主要有机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水泥卷端头锚杆等。 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 端头锚固型端头锚固型 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 端头锚固型端头锚固型 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 摩擦型摩擦型 主要有缝管锚杆、楔管锚杆和水胀锚杆等 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 摩擦型

10、摩擦型 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 3.锚杆的设计与计算锚杆的设计与计算 锚杆承载力计算 锚杆锚固长度确定 锚杆直径的确定 锚杆间距的确定 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 3.锚杆的设计与计算锚杆的设计与计算 锚杆承载力计算锚杆承载力计算 G G 1 锚杆 1 1 -1 N 裂隙面 锚杆 锚杆 裂隙面 当块体危石坠落时，除使锚杆受拉外，还对锚杆产生剪切作用。 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 3.锚杆的设计与计算锚杆的设计与计算 锚杆承载力计算锚杆承载力计算 如图所示，根据静力平衡及正弦定理有： 式中：N是锚杆所受拉力；Q是锚杆所受

11、剪力；G 是危石重量或一根锚杆承担的岩石重量； 是锚 杆与地质结构面的夹角； 1是锚杆与垂直线夹角。 G G 1 锚杆 1 1 -1 N 裂隙面 锚杆 锚杆 裂隙面 sin sin 1 G Q sin )sin( 1 G N 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 3.锚杆的设计与计算锚杆的设计与计算 锚杆锚固长度确定锚杆锚固长度确定 锚固深度L1 根据锚杆抗拉强度与砂浆粘结力相等的等强度原则，可确定锚杆的锚固深度L1： kD Rd L g 4 2 1 其中：d是锚杆直径， 1622螺纹钢筋；D是钻孔直径；k安全系数，3-5； 是砂浆 与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 L1大于30

12、厘米； 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 3.锚杆的设计与计算锚杆的设计与计算 锚杆锚固长度确定锚杆锚固长度确定 锚杆长总度L： L=L1+L2+L3 式中：L1是锚固深度； L2为不稳定岩层厚度； L3是外露长度（约小于喷射混凝土厚度）. 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 3.锚杆的设计与计算锚杆的设计与计算 锚杆直径的确定锚杆直径的确定 以抗拉为例，锚杆直径可用下式计算: g R kN d 2 式中：K是安全系数，可取2；Rg是锚杆抗拉强度； N是锚杆所受拉力； d是锚杆直径。 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 3.锚杆的设计与计算锚杆

13、的设计与计算 锚杆间距的确定锚杆间距的确定 若等间距布置，每根锚杆所负担的岩体重量即为所受荷载。 gi R d bLkP 4 2 2 2 2 2Lk R d b g 其中：是岩体容重； b锚杆间距，一般L22b； k安全系数2-3。 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 4.喷射混凝土的作用和效果喷射混凝土的作用和效果 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 4.喷射混凝土的作用和效果喷射混凝土的作用和效果 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 4.喷射混凝土的作用和效果喷射混凝土的作用和效果 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 锚喷支护

14、结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 7.锚喷支护的设计简介锚喷支护的设计简介 1.工程类比法工程类比法 工程类比法主要是在编制围岩分级表的基础上，结合拟建工程的围岩等级与工程尺寸等条 件，比照已建类似工程经验，直接确定锚喷支护参数与施工方法。 确定支护参数 围岩分五类： 稳定、基本稳定、稳定性差、不稳定、极不稳定。 国内： 喷锚厚度520cm 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 7.锚喷支护的设计简介锚喷支护的设计简介 1.工程类比法工程类比法 确定支护参数 锚杆：锚杆： 直径：直径：1625mm1625mm 长度：长度： 24m24m 间距：间距：不大于锚杆长度的二分

15、之一（不良围岩不大于不大于锚杆长度的二分之一（不良围岩不大于1.25m1.25m） 锚杆：一般与周边垂直，能找到主结构面应尽量与之垂直。锚杆：一般与周边垂直，能找到主结构面应尽量与之垂直。 8 S 喷混凝土力学指标喷混凝土力学指标： （0.5MPa） 2 /cmkg 2 /cmkg 标号标号C20C20 抗拉强度抗拉强度1515 抗渗指标抗渗指标 黏结强度黏结强度5 5 （1.5MPa） 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 选定适宜的支护时间 T（时间） r r 径向位移 K A 3 2 3 2 i P iA P 4# 5# A r A r o r o T K T 支护 抗力

16、最小 点 围岩变形大则 作用在支护上 的压力愈小 33线表明比22线 支护结构的刚度大， 则稳定平衡时传到支 护上的压力也越大。 稳定 围岩 所要 的支 护抗 力 适宜 支护 时间 围岩与支护共同作 用下的变形曲线 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 7.锚喷支护的设计简介锚喷支护的设计简介 2.理论计算法 理论计算设计法是在测得岩体和支护参数的前提下，根据围岩力学特征建立力学模型， 通过计算确定支护参数的方法。 力学关系为：在支护阻力PI作用下，保证围岩不致于失稳的允许周边位移u与支护的 变形相等，即寻求一个最佳共同工作点，及最佳共同工作状态下的支护阻力P和相应的支 护参数。数学表达式为： u=F（PE）=f（PE） 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 A r PI P0 P0 PI r A 围岩支护共同作用力学模型 锚喷支护结构创新设计 2.锚喷支护设计锚喷支护设计 3.现场监控法 现场监控法又称信息设计法，是新近发展起来的一种以现场量测为手段，以量测信息 为设计依据，来确定支护参数、支护时机、施工方法的设计方法。 它一边进行各种量测，一边把量测结果