第十二章锚喷支护的设计与施工

1、第十二章 锚喷支护的设计与施工主讲教师 张 子 新 教 授、博导 同济大学地下建筑与工程系，上海，200092Tel（Fax)-mail:zxzhang§1 锚喷支护的概况一、定义锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式。可以根据不同围岩的稳定状况，采用锚喷支护的一种或几种结构的组合。二、特点1）、由于锚喷结构能及时支护， 有效地控制围岩的变形，防止岩块坠落和坍塌的产生，充分发挥围岩的自承能力，所以锚喷结构比模注混凝土衬砌的受力更为合理。 2）、锚喷支护能大量节省混凝土、木料、劳动力，加快施工进度，工程造价可降低40-50%，并

2、有利于施工机械化和改善劳动条件等三、种类1）粘结型的锚杆：金属砂浆锚杆，金属树脂锚杆等。 l2）机械型的锚杆：楔缝式、胀壳式和滑楔式锚杆等。 l3）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§2 锚喷支护的结构计算2.1 锚喷支护材料性能 l 2.2 锚喷加固作用 l 2.3 锚喷支护设计计算 l 2.4 锚喷支护的适用场合2.1 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14M

3、Pa,抗拉强度为1.2MPa. 弹性模量为2.0×104MPa锚喷支护的材料性能-粘结力l 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. l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. 设计时可视施工情况采用2.55MPa. 试验表明,分层喷射时对喷射混凝土力学性能几乎没有影响. l 喷射混凝土的收缩变形比普通混凝土大2.2 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 l 当洞室围岩被裂隙、断层等切割，使局部岩块不

4、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 l 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 l 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。 l 2）、整体稳定原理

5、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。2.3 锚喷支护的设计计算锚杆喷混凝土(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.目前,锚喷支护的常用设计方法是按悬吊原理计算一、锚杆参数的确定一）、锚杆长度 二）、锚杆的布置一）、锚杆长度l 1）锚固

6、长度L1， 需同时满足 l l 2）加固长度L2 可按不稳定岩层厚度或围岩的荷载高度取。 l 3）外露长度L3 l 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 l 二)、锚杆的布置系统锚杆布置原则 l 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二)、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

7、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.二)、锚杆的布置在软弱的、类围岩中,处设置进项锚杆外,还应在纵向的毛洞周边设置超前锚杆或超前小钢管二、喷射混凝土支护设计l 一）、喷射混凝土支护设计厚度的确定 l 二）、喷射混凝土支护厚度的计算 l 三）、钢筋网喷射混凝土支护设计一）、喷射混凝土支护设计厚度的确定l l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 l考虑到喷射混凝土收缩较大，其厚度不应小于50mm。 l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

8、中，为了保证喷层的抗渗能力，其最小厚度不应小于80mm。二）、喷射混凝土支护厚度的计算l 锚杆之间不稳定岩层的重量由喷射混凝土层承受，最大值可取 ，一般可取均布荷载作用下的弹性固端梁进行计算。 l 校核喷射混凝土的抗拉强度 l l 喷射混凝土支护厚度三）、钢筋网喷射混凝土支护设计l l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三）、钢筋网喷射混凝土支护设计l l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 l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量大些 1、隧道洞周收敛达2m 2、锚杆伸入软弱层太短，仅2m§3 喷射混