地下洞室锚杆喷支护设计岩石地下设计与施工课程设计

0《岩石地下设计与施工》 1(一)设计依据 4(二)设计要求 4(三)洞室断面图 4 2l01 2 9一、设计的目的与要求3行该门课程的课程设计。二、设计题目地下洞室锚杆喷支护设计三、课程设计资料某地下洞室围岩完整性差，裂隙发育良好，存在明显的地质构造，围岩渗透性强。洞室为，直墙高5m，洞室沿轴线方向的长度为20m，离地表距离为10m。拱顶喷射混凝土厚度dmdd5m，喷混凝土均采用C25号混凝土，混凝土容0nc重=2.4103kg/m3，混凝土弹模E=2.6104MPa。h(kg/m3)弹性模量系数fIII部分锚杆设计参数为：直墙段锚杆沿洞室轴线方向的间距为2m，锚杆的层间距为1m；m5书3四、课程设计要求2、锚杆类型的确定与选取3、锚杆施工工艺的流程4、混凝土参数的确定及工艺流程5、锚喷支护施工的作业组织和循环图表4五、课程设计时间安排课程设计时间：一、工程概述(一)设计依据0ncC，混凝土容重=2.4103kg/m3，混凝土弹模E=2.6104MPa。h(二)设计要求(1)、确保地下洞室的顺利开挖，控制地下水，减少对围岩的扰动，尽量保持围岩原有的结构和强度，防止围岩的松动和破坏；(3)、贯彻安全生产的方针，提出可靠的安全技术措施，确保施工安全。(4)、采用先进的科学技术，合理的选择参数，以达到良好的支护效果。(5)、锚杆布置按照确保支护效果为先导，以经济、安全的锚杆布置达到支护的目的。(三)洞室断面图(见图1)0005、锚喷支护概念锚喷支护方法是将岩体作为结构材料，通过调动和增加岩体自身强度实现岩体自身支撑，是一种符合现代岩石力学理论的岩层控制方法。为了区别于依靠人工材料和构建支撑岩块重量的传统支护方法，国际岩石力学界常称之为岩石加固技术。锚喷支护是锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。锚杆与喷射混凝土都可以独立使用。锚杆是用金属或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。经使用某些机械装置，粘结介质，并通过一定的施工操作，将其安设在地下工程的围岩或其他工程体中，即能形成承受荷载、阻止变形的围岩拱结构或其他复合结构物的锚杆支护。通常认为，锚杆具有悬吊作用，减跨作用，组合作用，加固作用，改善围岩周边应力状3、几种主要锚杆介绍(1)楔缝式锚杆楔缝式锚杆主要由杆体、楔块、垫板和螺母等组成。其工作原理如下：楔缝式锚杆安装到位后，在外锤击和风枪冲击作用下，楔块劈进杆体楔缝，使杆体楔缝凉意嵌入围岩钻孔孔壁，产生锚固力。当拧紧螺母后，锚杆即进入工作状态，能增强围岩的稳定和阻止围岩的变形。(2)、胀壳式锚杆胀壳式锚杆主要由胀壳、锥形螺帽、杆体、垫块和螺母组成。其工作原理如下：胀壳式锚杆的工作原理与楔缝式锚杆的工作原理不同。它是靠旋转杆体，使锥形螺帽向下滑动，迫使胀壳向左右张开，楔嵌入钻孔岩壁，且杆体的继续转动，越楔越牢，锚杆所穿越的围岩受到挤压，自稳能力增加，变形受到控制。(3)、树脂内锚头锚杆树脂内锚头锚杆由药包式高分子合成树脂(通用型和不饱和聚脂树脂)为粘结的锚固剂，和具有反麻花头的杆体以及垫板、螺母组成。其工作原理如下：树脂内锚头锚杆的工作原理是当药包式高分子合成树脂锚固剂被麻花状杆体端搅破后，锚固剂中的不饱和聚脂树脂，加速剂和固化剂，在告诉旋转的杆体搅拌下，立即起化学反应，一般在五分钟左右的时间，很快就固化，把锚杆麻花状内端与岩体钻孔壁紧密地粘在6一起，形成高锚固力内锚头。通过垫板的安装和拧紧螺母，对围岩起到支护作用。(4)、快硬水泥卷内锚头锚杆快硬水泥卷内锚头锚杆主要由快硬水泥和杆体、垫板和螺母组成，除快硬水泥卷泥卷的水泥净浆，被锚杆杆体内端旋转挤进，钻孔岩壁裂隙，并将锚杆杆体与钻孔周边快速地胶结固结起来，且产生一定的体积膨胀，因而对围岩产生较大的锚固力，达的。(5)、早强砂浆内锚头锚杆配比搅拌均匀，用聚酯薄膜包装成药包。当钻眼内水多时，药包内要加入水泥重量旋转挤进，钻孔岩壁裂隙，并将锚杆杆体与钻孔周边快速地胶结固结起来，且产生一定的体积膨胀，因而对围岩产生较大的锚固力，达到支护围岩的目的。(6)、砂浆锚杆砂浆锚杆由水泥砂浆、杆体、垫板和螺母组成。其工作原理如下：砂浆锚杆借助水泥砂浆凝固后的强度，将杆体与钻孔壁牢牢地连接在一起，让杆体牵制围岩的变形，以达到增强围岩稳定性的减少围岩变形的目的。(7)、缝管式锚杆缝管式锚杆由前端冠部制成锥体的开缝钢管杆体、挡环以及垫板组成。其工作原理如下：由于缝管式锚杆的外径一般比软弱围岩钻孔直径大2~3mm，比硬质围岩钻孔直径大1~3mm，当缝管式锚杆被强行推入围岩钻孔后，管体受到挤压，对围岩钻孔壁产生弹性抗力，从而使钻孔岩壁与锚杆杆体之间产生轴向静摩擦力，阻止围岩的松动、变形，围岩增加稳定性；其次，由于安装推进锚杆时，垫板紧压孔口岩石，使锚杆下锚杆类型的确定与选取根据本洞室高强度支护的要求，结合市场锚杆行情，经综合分析考虑，决定在本工7nSi杆，螺纹段强度大于杆体的强度，螺纹段抗弯抗剪性能良好，是井巷高强度支护的新型锚杆。左旋无纵肋螺纹钢式树脂锚杆锚杆强度高，结构合理，预紧力大，能够自动调整受力方向，增大对围岩的约束力，能实现机械化快速安装。可端锚、加长锚和全锚，主要用于高地压矿井大变形巷道的高强度支护，同时也可用于铁路、水电等各类工程的高强度，永久性巷道支护。其表面有凹凸纹理，不需要作任何处理即能保证锚杆与锚固剂(Mpa)(KN/m)(Mpa)(℅)规格(KG/m)①如果能调查清楚易碎直接顶时，则m≥易碎直接顶厚度；②按冒落拱的高度~倍为基础；锚固岩层厚度的计算公式如下：k为安全系数，取k＝~(本工程安全系数k取)B2ff为岩石坚固性系数。B62f26.43、直墙部分锚杆计算时，锚固力计算简图如下：8Q4、直墙部分锚杆锚固力Q计算固Q＝KG=ka2m固cos35ocos35o式中：K为安全系数，取K=；Q＝KG=ka2m固cos35ocos35o＝5、锚杆直径的确定各种锚杆的锚固力必须与杆体本身的抗拉强度相适应；即锚杆的实际锚固力要等于杆体的抗拉极限，这样才能充分发挥锚杆材料的作用。因此，锚杆体直径，按照杆体的抗拉力等于锚杆实际锚固力的原则确定。拉4拉P=Q拉固9Q得得拉拉P为锚杆杆体材料的抗拉力；拉为锚杆杆体材料的设计抗拉强度；拉Q为锚杆的锚固力；固＝2简图如下：①按经验公式取l2≥~；几几4拉2粘l=拉4T粘；T砂浆的粘结强度，对于螺纹钢，取T＝。粘粘m201118、直墙部分锚杆的总长度219、拱顶部分锚杆间距计算km10、拱顶部分锚杆长度计算l=拉24T粘故有本工程中：l=220拱顶采用故厚喷射混凝土支护，故拱顶部分锚杆的总长度21根据摩尔——库伦公式，岩石的抗剪强度为：=钢钢度规范规定：树脂锚杆和快硬水泥卷锚杆孔径宜为42~50mm小直径锚杆孔直径宜(1)洞室横断面锚杆布置图见图1：土层(2)洞室纵断面锚杆布置图见图2：段顶拱段墙直段顶拱段墙直021、锚杆施工前，应对下列事实进行调查核实(1)工程计划、设计图等基础资料是否齐备；(2)洞室施工用水水质，地下水对钻孔、注浆的影响；(3)对巷道周边设物和设置物核实、复查；(4)调查锚固工程周边状态岩层的处理；(5)作业限制、环保规则、矿山法令等对工程的影响2、锚杆孔的施工应遵守下列规定(1)钻锚杆孔前，应根据设计要求和围岩情况，定出孔位，做出标记。(2)锚杆孔距允许偏差为150mm。(3)树脂锚杆和快硬水泥卷锚杆孔洞深度不应小于杆体有效长度，且不应大于杆体有效(4)锚杆原材料型号规格品种以及锚杆各部件质量和技术性能应符合设计要求。(5)锚杆孔位孔径孔深及布置形式应符合设计要求。(6)孔内积水和岩粉应吹洗干净。3、锚杆尾端的托板应紧贴壁面未接触部位必须楔紧锚杆杆体露出岩面的长度不应大于喷射混凝土的厚度。4、树脂锚杆的树脂卷贮存和使用应遵守下列规定(1)树脂卷宜存放在阴凉干燥和温度在+525的防火仓库中(2)树脂卷应在规定的贮存期内使用使用前应检查树脂卷质量变质者不得使用超过使用期者应通过试验合格后方可使用。5、树脂锚杆的安装应遵守下列规定(1)锚杆安装前应先用杆体量测孔深做出标记然后用锚杆杆体将树脂卷送至孔底。(2)搅拌树脂时应缓慢推进锚杆杆体。(3)树脂搅拌完毕后应立即在孔口处将锚杆杆体临时固定。(4)安装托板应在搅拌完毕15min后进行当现场温度低于5时安装托板的时间可。(1)安装工具：电钻一部，12寸和14寸扳手一把，连接头数个；或采用“TJ—9型”风动搅拌器，连接器采用短钎断面打磨平后，对中焊上螺母；(2)检查锚固剂出厂日期，若锚固剂包装袋破裂、内部结块发硬等情况均不能使用。杆体内端麻花状结构应去锈、擦刷干净；(3)安装时先需用杆体插入锚孔量眼深，合格后，拔出杆体，将锚固剂放进钻孔，用杆体徐徐推送至眼底。为30S。搅拌完毕后将孔口处杆树脂锚固剂左旋无纵筋钢筋垫板不饱和聚酯树脂+加速剂+填料左旋无纵筋螺纹钢树脂内锚头锚杆图参数的确定及工艺流程1、混凝土层厚度验算取单位宽度的的喷射混凝土层进行计算，喷射混凝土层可视为以锚杆为支撑的梁，梁上的荷载为洞室上岩层自重压力和两锚杆之间不稳定岩层的重量以及喷射混凝土层的重量。则单位面积上的荷载为：岩h中：为岩石容重；岩m为锚固岩层厚度即不稳定岩层厚度；h为喷射混凝土容重；hH为喷射混凝土厚度。单位面积上的喷射混凝土层按四周固定的板计算，跨中最大弯矩为：的断面抗弯矩为：6喷射混凝土层的弯曲应力为M=maxW=抗拉本工程采用C25混凝土，轴心抗压强度=；1弯曲抗压强度=MPa；2抗拉强度=MPa。31232、钢筋网的选择喷射混凝土能有效控制锚杆间的活石，但其本身性脆，当岩体变形量大时，易开裂6~8mm的细圆钢制成150mm×150mm或200mm×200mm的网格，喷后成钢筋混凝土层，改善了喷层的抗拉性能，这称之为“锚喷网”联合支护。片网片，运输车运至工作面现场安装。3、喷射混凝土的施工工艺(1)原材料的选择要求①应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥也可选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥必要时采用特种水泥水泥强度等级不应低于；②应采用坚硬耐久的中砂或粗砂细度模数宜大于干法喷射时砂的含水率宜控制在5%7%当采用防粘料喷射机时砂含水率可为7%10%；③应采用坚硬耐久的卵石或碎石粒径不宜大于15mm当使用碱性速凝剂时不得使用含④应采用符合质量要求的外加剂掺外加剂后的喷射混凝土性能必须满足设计要求，在使用速凝剂前应做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验初凝不应大于min，终凝不应大于10min在采用其他类型的外加剂或几种外加剂复合使用时也应做相应的性能试验和使用效果检验。⑤当工程需要采用外掺料时掺量应通过试验确定加外掺料后的喷射混凝土性能必须满⑥混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质不得使用污水及pH值小于4的酸性水和含硫酸盐量按SO-4计算超过混合用水重量1%的水。(2)施工机具的要求干法喷射混凝土机的性能应符合下列要求:①密封性能良好输料连续均匀；②生产能力(混合料)为35m3/h允许输送的骨料最大粒径为25mm；③输送距离(混合料)水平不小于100m垂直不小于30m。湿法喷射混凝土机的性能应符合下列要求:①密封性能良好输料连续均匀；大于5m3/h允许骨料最大粒径为15mm；③混凝土输料距离水平不小于30m垂直不小于20m；④机旁粉尘小于10mg/m3。①选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求当工程需要选用单台空压②工作时其排风量不应小于9m3/min压风进入喷射机前必须进行油水分离；③混合料的搅拌宜采用强制式搅拌机；④输料管应能承受以上的压力并应有良好的耐磨性能；⑤干法喷射混凝土施工供水设施应保证喷头处的水压为。(3)混合料配合比及拌制②外掺料的添加量应符合有关技术标准的要求并通过试验确定。③原材料按重量计称量的允许偏差为：水泥和速凝剂均为2%，砂石均为3%。④混合料搅拌时间应遵守下列规定:采用容量小于400L的强制式搅拌机时搅拌时间不得少于60；采用自落式或滚筒式搅拌机时搅拌时间不得少于120s；采用人工搅拌时搅拌次数不得少于3次；混合料掺有外加剂或外掺料时搅拌时间应适当延长。⑤混合料在运输存放过程中应严防雨淋及大块石等杂物混入装入喷射机前应过筛；⑥干混合料宜随拌随用无速凝剂掺入的混合料存放时间不应超过2