喷锚支护结构设计与施工PPT课件

1、第一节 喷锚支护的概况1、喷锚支护：喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混、喷锚支护：喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式。可以根据不同凝土等结构组合起来的支护形式。可以根据不同围岩的稳定状况，采用喷锚支护中的一种或几种围岩的稳定状况，采用喷锚支护中的一种或几种结构的组合。加固隧道围岩，提高围岩的自撑能结构的组合。加固隧道围岩，提高围岩的自撑能力力2、喷射混凝土：利用高压气，将掺有速凝剂的混、喷射混凝土：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。射到岩面上，迅速凝结而成。第1页/共11

2、8页第一节 喷锚支护的概况3、喷锚支护的特点、喷锚支护的特点1）较传统的现浇混凝土衬砌优越。及时支护、有）较传统的现浇混凝土衬砌优越。及时支护、有效控制围岩变形，防止岩块坠落和坍塌的产生，效控制围岩变形，防止岩块坠落和坍塌的产生，充分发挥围岩的自撑能力充分发挥围岩的自撑能力2）能节省大量的混凝土、木料、劳动力、加快施）能节省大量的混凝土、木料、劳动力、加快施工进度，工程造价课降低工进度，工程造价课降低4050，并有利于施，并有利于施工机械化和改善劳动条件工机械化和改善劳动条件3）是一种符合岩体力学原理的积极支护方法，具）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。及时支护和加

3、固围岩，有良好的物理力学性能。及时支护和加固围岩，第2页/共118页第一节 喷锚支护的概况与围岩密贴，封闭岩体的张性裂隙和节理，加固与围岩密贴，封闭岩体的张性裂隙和节理，加固围岩结构面，有效地发挥和利用岩块间的镶嵌、围岩结构面，有效地发挥和利用岩块间的镶嵌、咬合和自锁作用，从而提高岩体自身的强度、自咬合和自锁作用，从而提高岩体自身的强度、自撑能力和整体性。撑能力和整体性。4）柔性好，能同围岩共同变形，构成一个共同工）柔性好，能同围岩共同变形，构成一个共同工作的承载体系。在变形过程中，它能调整围岩应作的承载体系。在变形过程中，它能调整围岩应力，抑制围岩变形的发展，避免岩体坍塌的产生，力，抑制围岩

4、变形的发展，避免岩体坍塌的产生，防止过大的松散压力出现。喷锚支护不再把围岩防止过大的松散压力出现。喷锚支护不再把围岩仅仅视作荷载（松散地压），同时还把它视为承仅仅视作荷载（松散地压），同时还把它视为承载结构的组成部分。形变压力载结构的组成部分。形变压力第3页/共118页第一节 喷锚支护的概况4、新奥法、新奥法1）从岩体力学观点出发，进行支护设计和施工时，）从岩体力学观点出发，进行支护设计和施工时，把坑道周围岩体和各种支护结构作为一个完整支把坑道周围岩体和各种支护结构作为一个完整支护体系的新的支护理论和方法护体系的新的支护理论和方法2）要点：）要点：A、围岩体和支护视作统一的承载结构体系，岩体、

5、围岩体和支护视作统一的承载结构体系，岩体是主要的承载单元；是主要的承载单元；B、允许围岩产生局部应力松弛，也允许作为承载、允许围岩产生局部应力松弛，也允许作为承载环的支护结构有限制的变形；环的支护结构有限制的变形；第4页/共118页第一节 喷锚支护的概况C、通过试验、量测决定围岩体和支护结构的承载、通过试验、量测决定围岩体和支护结构的承载变形时间特性；变形时间特性；D、按、按“预计的预计的”围岩局部应力松弛选择开挖方法围岩局部应力松弛选择开挖方法和支护结构；和支护结构；E、在施工中，通过对支护的量测、监视、修改设、在施工中，通过对支护的量测、监视、修改设计，决定支护措施或第二次衬砌。计，决定支

6、护措施或第二次衬砌。5、控制爆破技术：、控制爆破技术：第5页/共118页第一节 喷锚支护的概况6、喷锚支护的适用条件、喷锚支护的适用条件围岩的自立能力差、有涌水及大面积淋水处、地围岩的自立能力差、有涌水及大面积淋水处、地层松软处就很难成型层松软处就很难成型第6页/共118页第二节 喷锚支护受力分析与结构计算1、锚杆支护结构、锚杆支护结构2、喷混凝土支护结构、喷混凝土支护结构3、新奥法中锚喷联合支护的应用、新奥法中锚喷联合支护的应用第7页/共118页锚喷支护的设计步骤l分析围岩稳定条件分析围岩稳定条件l围岩分类，选择支护类型和设计参数，对喷锚支护进行受力分析和结构计算，围岩分类，选择支护类型和设

7、计参数，对喷锚支护进行受力分析和结构计算，并提出施工注意事项并提出施工注意事项l动态施工：根据地质情况，及时修改设计参数，变更施工工序动态施工：根据地质情况，及时修改设计参数，变更施工工序l施工完成后的隧道稳定性评价，必要时包括施工阶段的监测施工完成后的隧道稳定性评价，必要时包括施工阶段的监测l总结经验，改进设计和施工。掌握岩体变形、坍塌的规律之后，在恰当的时总结经验，改进设计和施工。掌握岩体变形、坍塌的规律之后，在恰当的时间，采用适当的办法，把支护做好。间，采用适当的办法，把支护做好。第8页/共118页锚杆支护结构 锚杆类型 锚杆的力学作用 锚杆的设计与计算 支护块状围岩 加固裂隙围岩第9页

8、/共118页 全长粘结型全长粘结型 锚杆类型 主要有普通水泥砂浆锚杆、树脂锚固锚杆、早强水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。自钻式注浆锚杆等。第10页/共118页 端头锚固型端头锚固型 锚杆类型 主要有机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水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。泥卷端头锚杆等。 第11页/共118页 端头锚固型端头锚固型 锚杆类型第12页/共118页 端头锚固型端头锚固型 锚杆类型第13页/共118页 摩察型摩察型锚杆类型主要有缝管锚杆、楔管

9、锚杆和水胀锚杆等主要有缝管锚杆、楔管锚杆和水胀锚杆等第14页/共118页 摩察型摩察型锚杆类型第15页/共118页 悬吊作用悬吊作用 组合梁作用组合梁作用 整体加固作用整体加固作用锚杆的力学作用第16页/共118页 悬吊作用：悬吊作用：将不稳定岩层悬吊在坚将不稳定岩层悬吊在坚固岩层上，阻止围岩移动滑落固岩层上，阻止围岩移动滑落。 第17页/共118页 组合梁作用：组合梁作用：在岩层中打入锚杆，将在岩层中打入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在一起，类似将叠合若干薄弱岩层锚固在一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力。 第18页/共118页 整体加固作用：整体加

10、固作用：锚杆群锚入围岩后，其锚杆群锚入围岩后，其两端附近岩体形成圆锥形压缩区，按照一两端附近岩体形成圆锥形压缩区，按照一定间距排列的锚杆在锚固力作用下构成一定间距排列的锚杆在锚固力作用下构成一个均匀的压缩带，即承载环。个均匀的压缩带，即承载环。第19页/共118页 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 锚杆锚固长度确定锚杆锚固长度确定 锚杆直径的确定锚杆直径的确定 锚杆间距的确定锚杆间距的确定第20页/共118页 锚杆承载力计算锚杆承载力计算GG1锚杆11-1N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，当块体危石坠落时，除使锚杆受拉外，还对锚杆产生剪切作

11、用。还对锚杆产生剪切作用。第21页/共118页 锚杆承载力计算锚杆承载力计算GG1锚杆11-1N裂隙面锚杆锚杆裂隙面如图所示，根据静力平衡如图所示，根据静力平衡及正弦定理有：及正弦定理有： sinsin1GQ sin)sin(1GN式中：式中：N N是锚杆所受拉力；是锚杆所受拉力；Q Q是锚杆所受剪力；是锚杆所受剪力；G G是危是危石重量或一根锚杆承担的岩石重量；是锚杆与地质结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；是锚杆与垂直线夹角。构面的夹角；是锚杆与垂直线夹角。 1第22页/共118页 锚固长度确定锚固长度确定 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

12、则，可确定锚杆的锚固深度L1： kDRdLg421第23页/共118页 其中：其中：d d是锚杆直径，是锚杆直径， 螺纹钢筋；螺纹钢筋；D D是钻孔直径；是钻孔直径；k k安全系数，安全系数，3-53-5； 是砂浆是砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 大大于于3030厘米；厘米； 22161LkDRdLg421第24页/共118页 锚杆长总度锚杆长总度L L： 式中：式中：L L1 1是锚固深度；是锚固深度；L L2 2为不稳为不稳定岩层厚度；定岩层厚度；L L3 3是外露长度（约小于是外露长度（约小于喷射混凝土厚度）；喷射混凝土厚度）； 321LLLL第25

13、页/共118页 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 gRkNd2 式中：式中：K K是安全系数，可取是安全系数，可取2 2；RgRg是锚杆抗拉强度；是锚杆抗拉强度；N N是锚杆所受拉力；是锚杆所受拉力；d d是锚杆直径。是锚杆直径。第26页/共118页giRdbLkP422222LkRdbg 锚杆间距的确定锚杆间距的确定 若等间距布置，每根锚杆所负担的若等间距布置，每根锚杆所负担的岩体重量即为所受荷载。岩体重量即为所受荷载。其中，其中，是岩体容重；是岩体容重；b锚杆间距，锚杆间距，一般一般L12b；k安全系数安全系数2-3。第27页/共118页 支护块状围岩支护块状围

14、岩 围岩塌落总是从危石开始，可能围岩塌落总是从危石开始，可能形成形成 连锁反应。连锁反应。第28页/共118页砂浆锚杆的承砂浆锚杆的承载力：载力： )tan(1stsscDLP第29页/共118页 加固裂隙围岩加固裂隙围岩 若在隧道顶部出现裂隙，为防止进若在隧道顶部出现裂隙，为防止进一步扩展危及顶部岩体稳定，可采用预一步扩展危及顶部岩体稳定，可采用预应力锚杆加固。应力锚杆加固。第30页/共118页第31页/共118页 假设裂隙受到预加力假设裂隙受到预加力T T和水平方向压力和水平方向压力P P，则裂隙法向力和抗滑力分别为：，则裂隙法向力和抗滑力分别为：sinPTNtan)sin(PTF 是裂隙

15、面内摩察角，沿裂隙面的下滑力是裂隙面内摩察角，沿裂隙面的下滑力必须满足的条件：必须满足的条件：tan)sin(cosPTP)sintan(sin PT第32页/共118页一般规定一般规定1 1、永久支护的锚杆应为全长粘结型锚杆或预应力注浆、永久支护的锚杆应为全长粘结型锚杆或预应力注浆锚杆。其他类型的锚杆不能作为永久支护，当需作永锚杆。其他类型的锚杆不能作为永久支护，当需作永久支护时，锚孔内必须注满砂浆或树脂。久支护时，锚孔内必须注满砂浆或树脂。2 2、自稳时间短的围岩，宜采用全长粘结式锚杆或早强、自稳时间短的围岩，宜采用全长粘结式锚杆或早强水泥砂浆锚杆。水泥砂浆锚杆。3 3、在、在、级围岩条件

16、下，锚杆应按系统锚级围岩条件下，锚杆应按系统锚杆设计，并符合下列规定：杆设计，并符合下列规定：（1 1）锚杆一般应沿隧道周边径向布置，当结构面或岩）锚杆一般应沿隧道周边径向布置，当结构面或岩层层面明显时，锚杆应与岩体主结构面或岩层层面呈层层面明显时，锚杆应与岩体主结构面或岩层层面呈大角度布置。大角度布置。第33页/共118页一般规定一般规定（2 2）锚杆应按矩形排列或梅花形排列）锚杆应按矩形排列或梅花形排列（3 3）锚杆间距不得大于）锚杆间距不得大于1.5m1.5m。间距较小时，可采用。间距较小时，可采用长短锚杆交错布置。长短锚杆交错布置。（4 4）两车道隧道系统锚杆长度一般不小于）两车道隧道

17、系统锚杆长度一般不小于2.0m2.0m，三，三车道隧道系统锚杆一般不小于车道隧道系统锚杆一般不小于2.5m2.5m。4 4、局部不稳定的岩块宜设置局部锚杆，可采用全长粘、局部不稳定的岩块宜设置局部锚杆，可采用全长粘结型锚杆、端头锚固型锚杆、预应力锚杆，锚固端应结型锚杆、端头锚固型锚杆、预应力锚杆，锚固端应置于稳定岩体内，锚杆参数应通过计算确定。置于稳定岩体内，锚杆参数应通过计算确定。第34页/共118页一般规定一般规定5 5、软岩、收敛变形较大的围岩地段，可采用预应力、软岩、收敛变形较大的围岩地段，可采用预应力锚杆，预应力锚杆的预应力应不小于锚杆，预应力锚杆的预应力应不小于100kPa100k

18、Pa。预应。预应力锚杆的锚固端必须锚固在稳定岩层内。力锚杆的锚固端必须锚固在稳定岩层内。6 6、岩体破碎、成孔困难的围岩，宜采用自进式锚杆。、岩体破碎、成孔困难的围岩，宜采用自进式锚杆。第35页/共118页 1 1、锚杆支护结构、锚杆支护结构 2 2、喷混凝土支护结构、喷混凝土支护结构 3 3、锚喷联合支护结构、锚喷联合支护结构 第36页/共118页2 2、喷混凝土支护结构、喷混凝土支护结构 喷射砼喷射砼是将水泥、砂子、石子、是将水泥、砂子、石子、速凝剂按一定的比例均匀的搅拌后送速凝剂按一定的比例均匀的搅拌后送入喷射机，借助压缩空气将干混合料入喷射机，借助压缩空气将干混合料通过管道压送到喷头与

19、高压水混合，通过管道压送到喷头与高压水混合，以高速喷射到岩壁表面凝结而成的砼。以高速喷射到岩壁表面凝结而成的砼。它是通过它是通过局部稳定围岩和整体稳定围局部稳定围岩和整体稳定围岩岩起支护作用。起支护作用。 第37页/共118页 喷射砼的作用喷射砼的作用 充填裂隙加固围岩；充填裂隙加固围岩； 找平，封闭围岩表面防止风化；找平，封闭围岩表面防止风化； 喷砼与围岩组成共同承载结构。喷砼与围岩组成共同承载结构。第38页/共118页 局部稳定原理局部稳定原理 危石除用锚杆支护外，也可用喷危石除用锚杆支护外，也可用喷射混凝土层支护。在危石重力作用射混凝土层支护。在危石重力作用下混凝土喷层可能出现下混凝土喷

20、层可能出现冲切破坏和冲切破坏和撕裂破坏。撕裂破坏。 第39页/共118页 抗冲切计算抗冲切计算 喷层厚度必须满足：喷层厚度必须满足：uRkGdL 其中：其中： 为喷射混凝土抗拉强度；为喷射混凝土抗拉强度；u u为危石底面周为危石底面周长，长，k k是安全系数是安全系数3 35 5。 LR第40页/共118页 抗撕裂计算抗撕裂计算 uRkGdLu 其中：其中： 是喷层和岩石之间的粘是喷层和岩石之间的粘结强度。结强度。LuR第41页/共118页为此，需求出危石自重作用下在喷层与岩为此，需求出危石自重作用下在喷层与岩石之间的拉应力石之间的拉应力q q的大小，利用弹性半地的大小，利用弹性半地基上的半无

21、限长梁公式：基上的半无限长梁公式： ； 其中其中 ；K K岩体弹性系数；岩体弹性系数；E E是是混凝土弹性模量。当混凝土弹性模量。当x=0 x=0端点时，有最大端点时，有最大值：值： sxesPqsxcos243476. 04KEdbKEIsLuRKEdPsPq43max63. 22313463. 3EKuRGdLu第42页/共118页 整体稳定原理整体稳定原理第43页/共118页 整体稳定原理整体稳定原理 喷混凝土层与围岩体表面紧密粘喷混凝土层与围岩体表面紧密粘结、咬合、使洞室表面岩体形成较结、咬合、使洞室表面岩体形成较平顺的整体，依靠结合面处的抗拉、平顺的整体，依靠结合面处的抗拉、抗压、抗

22、剪能力，与岩体密贴组成抗压、抗剪能力，与岩体密贴组成“组合结构组合结构”或或“整体结构物整体结构物”共共同工作。同工作。 第44页/共118页一般规定一般规定1 1、喷射混凝土厚度不应小于喷射混凝土厚度不应小于50mm50mm，不宜大于，不宜大于300mm300mm。2 2、钢筋网喷射混凝土设计应符合下列规定、钢筋网喷射混凝土设计应符合下列规定（1 1）钢筋网网格应按矩形布置，钢筋间距宜为）钢筋网网格应按矩形布置，钢筋间距宜为150150300mm300mm。（2 2）钢筋网钢筋的搭接长度应不小于）钢筋网钢筋的搭接长度应不小于30d30d（d d为钢筋直径）为钢筋直径）（3 3）钢筋网喷射混凝

23、土保护层厚度应不小于）钢筋网喷射混凝土保护层厚度应不小于20mm20mm，当采用双层钢筋网时，两层钢筋，当采用双层钢筋网时，两层钢筋网之间的间隔距离应不小于网之间的间隔距离应不小于60mm60mm。（4 4）单层钢筋网喷射混凝土厚度不得小于）单层钢筋网喷射混凝土厚度不得小于80mm80mm，双层钢筋网喷射混凝土厚度不得小，双层钢筋网喷射混凝土厚度不得小于于150mm150mm。（5 5）钢筋网应配合锚杆一起使用）钢筋网应配合锚杆一起使用第45页/共118页一般规定一般规定3 3、钢纤维喷射混凝土设计应符合下列规定：、钢纤维喷射混凝土设计应符合下列规定：（1 1）钢纤维掺量宜为干混合料质量的）钢

24、纤维掺量宜为干混合料质量的1.5%1.5%4%4%（2 2）钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于）钢纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于C25C254 4、为提高喷射混凝土的抗裂性能，可采用合成纤维喷射混凝土，合成纤维喷射混凝土、为提高喷射混凝土的抗裂性能，可采用合成纤维喷射混凝土，合成纤维喷射混凝土的设计强度等级不应低于的设计强度等级不应低于C20C20，合成纤维喷射混凝土应根据实验确定其掺量。，合成纤维喷射混凝土应根据实验确定其掺量。 当防水要求较高时，可采用强度等级大于当防水要求较高时，可采用强度等级大于C30C30的高性能喷射混凝土。的高性能喷射混凝土。第46页/共118页 1 1、

25、锚杆支护结构、锚杆支护结构 2 2、喷混凝土支护结构、喷混凝土支护结构 3 3、锚喷联合支护结构、锚喷联合支护结构 第47页/共118页3 3、锚喷联合支护结构、锚喷联合支护结构 锚喷联合支护修建隧道的锚喷联合支护修建隧道的基本概念基本概念 支护与围岩共同作用的支护与围岩共同作用的力学原理力学原理 锚喷支护结构承载力计算锚喷支护结构承载力计算(4) (4) 隧道围岩位移量的容许值隧道围岩位移量的容许值 二次衬砌支护时间选择原则二次衬砌支护时间选择原则第48页/共118页喷联合支护修建隧道的基本概念喷联合支护修建隧道的基本概念 锚杆是深层加固围岩，喷射混锚杆是深层加固围岩，喷射混凝土是表层及局部

26、加固围岩凝土是表层及局部加固围岩第49页/共118页 围岩是隧道稳定的基本部围岩是隧道稳定的基本部分，尽量维护围岩体的强分，尽量维护围岩体的强度特性度特性第50页/共118页 支护结构要薄而具有柔性，支护结构要薄而具有柔性，并与围岩密贴，使因产生弯矩并与围岩密贴，使因产生弯矩而破坏的可能性达到最小，当而破坏的可能性达到最小，当需要增加支护衬砌强度时，宜需要增加支护衬砌强度时，宜采用锚杆、钢筋网以及钢支撑采用锚杆、钢筋网以及钢支撑等加固，而不宜大幅度增加喷等加固，而不宜大幅度增加喷层或衬砌厚度。层或衬砌厚度。第51页/共118页 设计施工中要正确估计围设计施工中要正确估计围岩特性及其随时间的变化

27、，岩特性及其随时间的变化，以便采取最合适的支护措施以便采取最合适的支护措施和支护时间。和支护时间。第52页/共118页 支护与围岩共同作用支护与围岩共同作用 的力学原理的力学原理 第53页/共118页 锚喷支护结构设计的力学原锚喷支护结构设计的力学原理：理： 采用的是围岩体和柔性支护采用的是围岩体和柔性支护共同变形的弹塑性理论。共同变形的弹塑性理论。 第54页/共118页 弹塑性理论的基本概念：弹塑性理论的基本概念： 基于材料试验弹塑性曲线基于材料试验弹塑性曲线 第55页/共118页 对于圆形隧道，作如下假定：对于圆形隧道，作如下假定： 围岩为均质、各向同性的连续弹塑性体；围岩为均质、各向同性

28、的连续弹塑性体； 初始应力为自重应力场；初始应力为自重应力场； 隧道视为无限体中的孔洞问题；隧道视为无限体中的孔洞问题； 采用莫尔采用莫尔- -库仑库仑(Mohr-Coulomb)(Mohr-Coulomb)准则为塑性准则为塑性屈服判据屈服判据: :cot2sincrr第56页/共118页 均质围岩中圆形隧道的弹性解均质围岩中圆形隧道的弹性解22220)1 (rRrRpRr22220)1 (rRrRpR第57页/共118页 均质围岩中圆形隧道的塑性解均质围岩中圆形隧道的塑性解 基本方程：基本方程： 边界条件：边界条件： 塑性解：塑性解： 0rdrdrrcot2sincrrirprr,0cot)

29、sin1sin1()(cot(cot)(cot(sin1sin20sin1sin20crrcpcrrcpiir第58页/共118页 弹性区与塑性区边界上的连续条件弹性区与塑性区边界上的连续条件 当当r=Rr=R时，时， peprer,rr12Rrrr塑性区弹性区第59页/共118页 塑性区半径与支护抗力的关系塑性区半径与支护抗力的关系cot)(sin1)(cot()sin1 (cotcotsin1sin200sin2sin100cRrcppcpcprRiirr12Rrrr塑性区弹性区第60页/共118页 由洞周位移计算围岩压力由洞周位移计算围岩压力 弹性区引起的应力增量：弹性区引起的应力增量：

30、 围岩引起的径向应变：围岩引起的径向应变： 220220)()(rRprRpReRer)1(12eerrrrEru第61页/共118页 由以上关系得：由以上关系得： 弹塑性边界上的径向位移：弹塑性边界上的径向位移： 2021)(2rpGRruRr)(2)(20202RRRRpGRrdrpGRu第62页/共118页 据弹性区应力和摩尔库仑关系得：据弹性区应力和摩尔库仑关系得： 变形过程中假设塑性区体积不变：变形过程中假设塑性区体积不变：cos)sin1 (0cpRRaaRurRuuruRrR)()()(202202sinsin1000cot)cot)(sin1 (2)cossin(cpcpGcp

31、rurRuiRa第63页/共118页 用洞周位移用洞周位移 表达的围岩压力表达的围岩压力 aucot2)cossin()cot)(sin1 (sin1sin000cGucprcppai第64页/共118页 围岩支护特性曲线围岩支护特性曲线umaxuruEBPuKcEDPu=f(P1)AmaxPmaxP0PKP1u0PcPEPminP0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0PcPP0PE锚喷初喷 锚 二次喷P1锚喷支护模注衬砌第65页/共118页 锚喷支护结构承载力计算锚喷支护结构承载力计算 初期支护（外拱）设计与计算初期支护（外拱）设计与计算初选喷层厚度初选喷层厚度t

32、 t，按照经验公式：，按照经验公式：t=0.017rt=0.017r0 0， r r0 0是隧道半径是隧道半径确定锚杆直径、长度和间距确定锚杆直径、长度和间距喷层支护抗力：喷层支护抗力：承载环内岩体的抗力：承载环内岩体的抗力：锚杆的抗力：锚杆的抗力：其它支护提供的抗力：其它支护提供的抗力：总支护抗力：总支护抗力： sssibdpsin2bSbSpRnRisin2cos2cos)cos(cos0AiAiqpststststibFpsin2抗力阻止剪切体滑移的最小minpppppiAistisii第66页/共118页 二次支护（内拱）设计与计算二次支护（内拱）设计与计算内拱的承载力常是一种安全储备

33、，安全内拱的承载力常是一种安全储备，安全系数系数 内拱承载力：内拱承载力： K K=1.52.0 =1.52.0 内拱厚度：内拱厚度：121/ )(pppK12) 1(pKpBbpKt2sin) 1(12第67页/共118页 (4) (4) 隧道围岩位移量的容许值隧道围岩位移量的容许值 影响隧道周边最终位移量的因素影响隧道周边最终位移量的因素 岩体的物理力学性质岩体的物理力学性质 原始地应力大小原始地应力大小 开挖方式（全断面开挖小）开挖方式（全断面开挖小） 掘进速度（速度越快位移越小）掘进速度（速度越快位移越小） 支护时机支护时机 及支护方式及支护方式第68页/共118页 隧道周边容许位移量

34、的确定原则隧道周边容许位移量的确定原则 城市地下隧道的下沉量尽量小，一般不城市地下隧道的下沉量尽量小，一般不能超过能超过510510毫米；毫米； 浅埋山岭隧道容许位移量可以大些，一浅埋山岭隧道容许位移量可以大些，一般小于般小于3030毫米；毫米； 深埋隧道洞周的位移不致引起有害松动深埋隧道洞周的位移不致引起有害松动为原则，一般不超过为原则，一般不超过3030毫米；毫米； 一些容许位移量控制标准一些容许位移量控制标准第69页/共118页 埋深埋深围岩围岩50m300m300mIIIIII0.100.300.100.300.20.500.20.500.401.200.401.20IVIV0.150

35、.500.150.500.401.200.401.200.802.00.802.0V V0.200.800.200.800.601.600.601.601.03.01.03.01)1) 相对位移值指实测位移值与两测点距离之比；相对位移值指实测位移值与两测点距离之比；2)2) 脆性围岩取小值，塑性围岩取大值；脆性围岩取小值，塑性围岩取大值；3)3) I I、II II、VIVI级围岩可按工程类比选定容许值范围；级围岩可按工程类比选定容许值范围；4)4) 表中数据可在施工中做调整；表中数据可在施工中做调整； 我国我国公路隧道施工技术规范公路隧道施工技术规范JTJ042-94JTJ042-94规定容

36、许相对位移值（）规定容许相对位移值（）第70页/共118页 法国工业部规定地下工程拱顶处围岩最法国工业部规定地下工程拱顶处围岩最大容许位移量大容许位移量 隧道埋深隧道埋深/m/m硬质岩硬质岩/cm/cm塑性地层塑性地层/cm/cm1050105012122525505005050026261020102050050061261220402040第71页/共118页 国外隧道工程师根据现场量测数据大小国外隧道工程师根据现场量测数据大小制定的危险警戒标准制定的危险警戒标准等级等级标标 准准措施措施三级警戒三级警戒任一点位移大于任一点位移大于10mm10mm报告管理人员报告管理人员二级警戒二级警戒两

37、相邻测点位移均大于两相邻测点位移均大于15mm15mm或任一测点位移或任一测点位移速度超过速度超过15mm/15mm/月月口头报告，召开会议，写书口头报告，召开会议，写书面报告及建议面报告及建议一级警戒一级警戒位移大于位移大于15mm15mm，且多，且多处测点位移均在加速处测点位移均在加速主管工程师立即现场调查，主管工程师立即现场调查，召开现场会议，研究应急召开现场会议，研究应急措施措施第72页/共118页 二次衬砌支护时间选择原则二次衬砌支护时间选择原则 各测试项目的位移速率明显收敛，各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；围岩基本稳定； 已产生的各项位移已达预计总位已产生的各项位移已达

38、预计总位移量的移量的80%90%80%90%； 周边位移速率小于周边位移速率小于0.10.2mm/d0.10.2mm/d，或拱顶下沉速，或拱顶下沉速率小于率小于 0.070.15mm/d0.070.15mm/d第73页/共118页9.3 9.3 锚喷支护的施工锚喷支护的施工 实施锚喷支护施工原则，实施锚喷支护施工原则，是为了达到以下的目的：是为了达到以下的目的： （1 1）技术上可靠）技术上可靠（2 2）经济上合理）经济上合理第74页/共118页1 1、采取各种措施，确保、采取各种措施，确保围岩不出现有害松动围岩不出现有害松动第75页/共118页 洞形及侧压系数的选择洞形及侧压系数的选择问题，

39、即在洞室的布置和造型上问题，即在洞室的布置和造型上应适应原岩应力状态和岩体的地应适应原岩应力状态和岩体的地质、力学特征，尽量争取一个较质、力学特征，尽量争取一个较好的受力条件。好的受力条件。第76页/共118页 采用控制爆破技术：减少对采用控制爆破技术：减少对围岩的扰动强度围岩的扰动强度第77页/共118页 减少对围岩的扰动次数：尽减少对围岩的扰动次数：尽可能采用全断面一次开挖可能采用全断面一次开挖第78页/共118页 初期支护及时快速：及时初期支护及时快速：及时是抑制围岩变形的有害发展是抑制围岩变形的有害发展 第79页/共118页 合理利用开挖面空间效应合理利用开挖面空间效应抑制围岩变形抑制

40、围岩变形 开挖面的开挖面的“空间效应空间效应”，是指洞室，是指洞室在掘进过程中，由于受到开挖面的约在掘进过程中，由于受到开挖面的约束，使开挖面附近的围岩不能立即释束，使开挖面附近的围岩不能立即释放其全部位移，这种现象称为开挖面放其全部位移，这种现象称为开挖面的的“空间效应空间效应”第80页/共118页 尽量减少其他外界因素尽量减少其他外界因素（水、潮）对围岩的影响：对（水、潮）对围岩的影响：对有地下水的裂隙岩体，要防止有地下水的裂隙岩体，要防止大的渗透压力大的渗透压力 第81页/共118页2 2、使围岩变形适度发展，、使围岩变形适度发展，合理利用围岩自承能力合理利用围岩自承能力第82页/共11

41、8页 初期支护采用分次施作的方法初期支护采用分次施作的方法 初期支护必须保证围岩达到稳定初期支护必须保证围岩达到稳定状态，其作用主要是在有控制的条状态，其作用主要是在有控制的条件下实现件下实现“卸压卸压”。 二次支护主要是提高支护的安全二次支护主要是提高支护的安全度，其作用主要是限制变形过量，度，其作用主要是限制变形过量，使围岩进入稳定。使围岩进入稳定。 第83页/共118页 调节支护封底时间，控制围调节支护封底时间，控制围岩变形岩变形 第84页/共118页 适当延迟支护时间，控制围岩适当延迟支护时间，控制围岩变形变形 原则上，可以通过延迟支护时原则上，可以通过延迟支护时间来控制围岩变形，不过

42、这个时间来控制围岩变形，不过这个时机很难掌握，因此，常常不宜采机很难掌握，因此，常常不宜采取这种方法。取这种方法。第85页/共118页3 3、保证锚喷支护与围岩、保证锚喷支护与围岩形成共同体形成共同体 第86页/共118页 施工方法和施工措施上保证施工方法和施工措施上保证 列入施工质量检测项目列入施工质量检测项目( (喷层与喷层与岩石的粘结力、锚杆的锚固力岩石的粘结力、锚杆的锚固力) )第87页/共118页4 4、选择合理支护类型和参、选择合理支护类型和参数，并充分发挥其功效数，并充分发挥其功效 第88页/共118页 综合考虑各种因素确定支护类型综合考虑各种因素确定支护类型( (围岩地质特点、

43、工程断面大小和使围岩地质特点、工程断面大小和使用条件要求等用条件要求等) ) 第89页/共118页 一般情况下，应优先考虑选用喷一般情况下，应优先考虑选用喷混凝土支护或锚喷联合支护混凝土支护或锚喷联合支护 坚硬裂隙岩体中的大断面隧道：坚硬裂隙岩体中的大断面隧道：通常在长锚杆之间还要加设短锚杆通常在长锚杆之间还要加设短锚杆以支承其间的岩体以支承其间的岩体 第90页/共118页 破碎软弱岩体破碎软弱岩体 ：通常要早支护、：通常要早支护、早封闭，设仰拱、加强支护。一般早封闭，设仰拱、加强支护。一般采用锚喷网联合支护采用锚喷网联合支护 塑性流变岩体塑性流变岩体 ：支护施作宜：支护施作宜“先柔后刚先柔后

44、刚”，设置仰拱，形成全，设置仰拱，形成全封闭环封闭环 第91页/共118页 选择合理的锚杆类型与参数，在围选择合理的锚杆类型与参数，在围岩中有效形成承载圈岩中有效形成承载圈 锚杆支护设计主要根据围岩地质、锚杆支护设计主要根据围岩地质、工程断面和使用条件等选定锚杆类型，工程断面和使用条件等选定锚杆类型，确定锚杆直径、长度、数量、间距和确定锚杆直径、长度、数量、间距和布置方式。布置方式。第92页/共118页 锚杆间距的选定：除考虑岩锚杆间距的选定：除考虑岩体稳定条件外，一般应能充分发挥体稳定条件外，一般应能充分发挥喷层作用和施工方便，即通过锚杆喷层作用和施工方便，即通过锚杆数量的变化使喷层始终具有

45、有利厚数量的变化使喷层始终具有有利厚度度 锚杆长度的选取：应当以能锚杆长度的选取：应当以能充分发挥锚杆的功能作用，并获得充分发挥锚杆的功能作用，并获得经济合理的锚固效果为原则经济合理的锚固效果为原则第93页/共118页 锚杆的布置：应当采用重点锚杆的布置：应当采用重点（局部）布置与整体（系统）布置（局部）布置与整体（系统）布置相结合相结合 锚杆的方向：应与岩体主结构锚杆的方向：应与岩体主结构面成较大角度，这样则能穿过更多面成较大角度，这样则能穿过更多的结构面，有利于提高结构面上的的结构面，有利于提高结构面上的抗剪强度，使锚杆间的岩块相互咬抗剪强度，使锚杆间的岩块相互咬合合第94页/共118页

46、合理选择喷层厚度，充分发挥喷合理选择喷层厚度，充分发挥喷层与围岩自身承载力层与围岩自身承载力第95页/共118页 合理喷层厚度（刚度）：既合理喷层厚度（刚度）：既能使围岩稳定又容许围岩有一定的能使围岩稳定又容许围岩有一定的塑性位移，实现卸压；经验表明合塑性位移，实现卸压；经验表明合理初始喷层厚度在理初始喷层厚度在515515厘米间；厘米间；喷层太厚和太薄都是不合理的喷层太厚和太薄都是不合理的 第96页/共118页 合理选择和配置钢筋网和钢支撑合理选择和配置钢筋网和钢支撑第97页/共118页 在下列情况下可考虑配置钢筋网在下列情况下可考虑配置钢筋网 在土砂等条件下，喷射混凝土从在土砂等条件下，喷

47、射混凝土从围岩表面可能剥落时围岩表面可能剥落时在破碎软弱流变岩体和膨胀性岩在破碎软弱流变岩体和膨胀性岩体条件下，喷层可能破坏剥落时，体条件下，喷层可能破坏剥落时，或需要提高喷混凝土抗剪强度时或需要提高喷混凝土抗剪强度时 地震区或有震动影响的隧道地震区或有震动影响的隧道 第98页/共118页 在下列场合应考虑使用钢支撑在下列场合应考虑使用钢支撑 喷射混凝土或锚杆发挥支护作用喷射混凝土或锚杆发挥支护作用前，需要使隧道岩面稳定时前，需要使隧道岩面稳定时 用钢管（棚架）、钢板桩进行超用钢管（棚架）、钢板桩进行超前支护需要支点时前支护需要支点时为抑制地表下沉，或由于压力大，为抑制地表下沉，或由于压力大，

48、需要提高初期支护的强度或刚性时需要提高初期支护的强度或刚性时 第99页/共118页5 5、 合理安排施工程序合理安排施工程序第100页/共118页 施工方法的正确性和合理性对施工方法的正确性和合理性对锚喷支护的成败和效果有重大影响，锚喷支护的成败和效果有重大影响，特别是开挖程序、掘进进尺、支护特别是开挖程序、掘进进尺、支护和闭合时机等至关重要和闭合时机等至关重要第101页/共118页 开挖台阶数开挖台阶数 围岩较好：应尽量采用全断面开围岩较好：应尽量采用全断面开挖法，减少对围岩的扰动次数；挖法，减少对围岩的扰动次数； 破碎围岩：分部开挖，减少对围破碎围岩：分部开挖，减少对围岩扰动的强度岩扰动的

49、强度 支护次数支护次数 第102页/共118页6 6、依据现场监测数据指导施工、依据现场监测数据指导施工 第103页/共118页 由于锚喷支护理论目前还不成由于锚喷支护理论目前还不成熟，故需依靠现场监控量测来掌握熟，故需依靠现场监控量测来掌握围岩动态、修正设计，指导施工以围岩动态、修正设计，指导施工以及对支护效果作出正确评价。及对支护效果作出正确评价。第104页/共118页现场量测内容：现场量测内容： 隧道内目测观察隧道内目测观察 隧道收敛量测隧道收敛量测 地表下沉量测地表下沉量测 位移反分析，指导施工位移反分析，指导施工第105页/共118页 隧道内目测观察隧道内目测观察 隧道目测观察的目的

50、隧道目测观察的目的 预测开挖面前方的地质条件预测开挖面前方的地质条件 为判断围岩稳定性提供地质依据为判断围岩稳定性提供地质依据 根据喷层表面状态及锚杆工作状根据喷层表面状态及锚杆工作状态分析支护结构可靠度态分析支护结构可靠度 第106页/共118页 隧道目测观察的主要内容隧道目测观察的主要内容 了解开挖工作面的工程地质，包了解开挖工作面的工程地质，包括地质种类及分布状态，岩石颜色、括地质种类及分布状态，岩石颜色、成分、结构等，节理状况，断层特成分、结构等，节理状况，断层特征等征等 水文地质条件：地下水类型，涌水文地质条件：地下水类型，涌水量大小，涌水位置，涌水压力，水量大小，涌水位置，涌水压力，水的化学成分等水的化学成分等第107页/共118页 绘制开挖工作面的素描剖面图绘制开挖工作面的素描剖面图 开挖支护后的观察：初期支护的开挖支护后的观察：初期支护的裂缝状况，锚杆端头情况，钢拱裂缝状况，锚杆端头情况，钢拱架是否被压曲，是否有底鼓现象架是否被压曲，是