隧道工程支护结构设计方法

1、支护结构的基本作用在于：与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，能承受可能出现的各种荷载；保持隧道断面的使用净空；防止围岩质量的进一步恶化；提供空气流通的光滑表面。因此，任何一种类型的支护结构都应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性。支护有：超前支护，初期支护，二次衬砌支护。隧道支护设计隧道支护设计 根据新奥法原理，软弱围岩隧道支护一般采用复合衬砌。 复合衬砌由初期支护、二次衬砌两部分组成。 隧道开挖后先实施喷射混凝土、锚杆、钢拱架等与围岩密贴的初期支护，约束围岩变形，并根据变形监控量测结果，适时施作二次衬砌。初期支护设计初期支护设计 初期支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架组成

2、的联合支护体系，是复合衬砌隧道的主要承载结构。初期支护设计初期支护设计 - - 喷射混凝土喷射混凝土 喷射混凝土的作用 喷混凝土能及时、有效地防止开挖面岩层的松散、离层和掉落，是有效地保护围岩、防止坍方的重要手段。填充裂隙 界面附着防掉块 喷混凝土与围岩的粘附是发挥喷混凝土支护效果的保证，也是喷混凝土最主要的力学作用。喷混凝土设计及施工要点:喷混凝土应具有必要的早期强度，以尽快对围岩提拱支承力，24小时抗压强度不应低于10MPa。喷混凝土应有足够的后期强度，强度等级不应低于C25。与围岩应具有足够的粘附强度，使喷混凝土与围岩尽快形成整体，阻止围岩松动下滑，与围岩的粘结强度不应低于0.5MPa。

3、软弱围岩采用钢筋网喷混凝土，增强喷混凝土的抗剪强度、提高粘附性。喷混凝土施工要求做到：喷混凝土应采用湿喷工艺 湿喷法其喷射混合料进入喷射机前已经按规定加入水拌合均匀，因此较干喷工艺具有水灰比能准确控制，利于水泥的水化，施工粉尘小，回弹少，混凝土均质性好，强度高的优点。喷混凝土必须与岩面密贴，不可有空洞，以保证良好的共同受力状态喷混凝土必须快速、及时施作。初期支护设计初期支护设计 - - 锚杆锚杆 锚杆作为初期支护的另一主要构件，设计施工中是必不可少的，特别是在软弱围岩中，其对围岩的加固作用十分明显。1）围岩中锚杆的作用 在围岩中单凭喷射混凝土往往难以抵抗围岩的巨大形变压力，不能有效地保证支护的

4、可靠性。在这种情况下，需要将喷射混凝土与锚杆联合使用，并把锚杆作为主要的支护措施。 围岩中锚杆的主要作用是通过形成具有一定厚度的“加固圈”来“加固围岩”。 “加固圈”承担外层围岩传来的荷载，使得最后传到喷射混凝土层的荷载大为减小。2）围岩锚杆设计与施工要点：锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置，必要时底部也要加锚杆；为保证加固带有一定厚度，锚杆的长度与间距之比一般为2:1；为防止锚杆间围岩坍落，还应配合网喷混凝土，喷层主要承担锚杆间的局部坍塌荷载； 为达到设计目的，软弱围岩锚杆施工中要求做到：锚杆锚固可靠，全长粘结；要用垫板，且垫板要求与岩面紧贴。初期支护设计初期支护设计 - -钢架钢架 钢架

5、分型钢钢架型钢钢架与格栅钢架格栅钢架两种，一般应与锚杆、喷混凝土共同使用。钢架断面图1）钢架的作用钢架的作用有四点： 一是喷混凝土发挥作用前支撑围岩； 二是对喷射混凝土进行补强； 三是作为超前支护的支点； 四是与锚杆、喷射混凝土共同发挥初期支护的作用。2）钢架适用范围 钢架的最大特点是刚度大，架设后能够立即承载受力。因此，多用于软弱破碎或土质围岩中，需要控制围岩变形迅速发展的场合。如浅埋、偏压及土层隧道等。钢架的设计与施工要点： 一般采用工字钢，或“八字结”形联系钢筋的格栅钢架； 钢架间距一般为0.61.0m。 为增加钢架的整体性，每榀钢架间应设纵向连接构件； 钢架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和

6、下沉的措施。 为达到设计目的，钢架的施工要求做到： 接头是整个钢架的薄弱环节，必须加强; 钢架应直立安装，并用混凝土预制块与围岩顶紧； 型钢钢架应预留注浆孔，及时对喷混凝土层后回填注浆，保证与围岩密贴； 分部开挖钢架落底接长时，要注意防止失稳。2 2、二次衬砌设计、二次衬砌设计 隧道围岩中二次衬砌也是主要承载结构，二次衬砌与初期支护共同承担较大的后期围岩变形压力，应适时施作。二次衬砌设计二次衬砌设计 （1）二次衬砌的作用二次衬砌的主要作用：一是承载，二是安全储备，保障运营的安全。（2）二次衬砌的设计与施工要点 二次衬砌原则上应适时施做。 软弱围岩二次衬砌应带仰拱，与边墙应圆顺连接，减少应力集中

7、。 为达到设计目的，软弱围岩二次衬砌施工要求做到： 二次衬砌应先施工仰拱，分段整体浇注 。 二次衬砌背后空洞应回填密实。3 3、超前支护、超前支护 超前支护时保证隧道安全进洞，进洞后保证安全出洞。超前支护又叫预支护，对保证我们的安全尤其重要。 超前支护包括：超前大管棚、中管棚、超前小导管、超前锚杆。超前支护超前支护 超前大管棚超前大管棚隧道中心线C 20砼 导 向 墙3 #4 #5 #6 #7 #8 #2 5#2 4#2 3#2 2#2 1#2 0#长 管 棚C20砼 套 拱明 洞 衬 砌 管棚是利用导向架，沿着开挖外轮廓线，以较小的外插角，向开挖前方打入钢管，形成对开挖前方围岩的预支护。管棚施工工序有开挖管棚钻机工作室，导向墙施工，搭设平台，安装钻机，安装管棚钢管，注浆。套拱施工图管棚施工施工图超前支护超前支护 超前小导管超前小导管小导管施工施工图超前支护超前