7-《隧道工程》（第二版）第七章-隧道喷锚支护

1隧道衬砌支护类型2隧道支护理论的发展3支护与围岩共同作用的力学原理第七章隧道锚喷支护4喷锚支护的优点5喷锚支护的力学作用6喷锚支护设计与施工的原则学习要求及重点难点内容及要求：隧道衬砌支护类型,隧道支护理论发展历程,支护与围岩共同作用的力学原理,喷锚支护的优点及力学作用,喷锚支护的设计方法,喷锚支护各支护类型性能特点、设计要点及施工要点,喷锚支护设计与施工的原则。通过本章的学习,应了解隧道衬砌支护类型和隧道支护理论发展历程,熟悉支护与围岩共同作用的力学原理,掌握喷锚支护的特点及力学作用、喷锚支护的主要设计方法、喷锚支护设计与施工的原则。重点：隧道施工的新奥法原理,支护与围岩的共同作用机理,喷锚支护的施工原则。难点：如何应用新奥法原理确定合理的支护类型和支护时机。隧道衬砌支护类型7.17.1隧道衬砌支护类型支护结构的作用在于:保护洞室断面的使用净空,防止岩质的进一步恶化,承受可能出现的各种荷载,保证支护的安全。有些支护还要求向围岩提供足够的抗力、维持围岩的稳定。（1）刚性支护结构：具有足够大的刚性和断面尺寸，一般用来承受大的松动围岩压力。刚性支护多采用现浇混凝土做成整体式衬砌；有的采用石砌块或混凝土砌块。7.1隧道衬砌支护类型（2）柔性支护结构：根据现代支护原理提出，既能及时进行支护、限制围岩过大变形而出现松动，又能允许围岩出现一定变形。喷锚支护是一种主要的柔性支护类型,其他支护如预制的薄型混凝土支护、硬塑性材料支护及钢支撑等也属于柔性支护。7.1隧道衬砌支护类型喷锚支护是以喷射混凝土为主，必要时联合锚杆、钢筋网、钢架等支护形式中的一种或多种而形成的加固围岩、控制围岩变形、充分利用和发挥围岩自承能力的支护衬砌形式，是喷混凝土支护、喷混凝土+锚杆支护、喷混凝土+锚杆支护+钢筋网支护、喷混凝土+锚杆支护+钢筋网支护+钢架支护的统称。7.1隧道衬砌支护类型喷锚支护中的“喷”指的是喷射混凝土。喷射混凝土是一种利用高压风作动力，将混凝土混合料通过喷射机、输料管及喷头直接高速喷射到隧道围岩壁上的支护形式。7.1隧道衬砌支护类型

喷锚支护中的“锚”主要指的是锚杆，也包含钢筋网和钢架等构件。锚杆支护是锚固在岩体内部的杆状体，这种支护形式是锚喷衬砌的重要组成部分。7.1隧道衬砌支护类型（3）

复合式衬砌结构：由多层衬砌结构在不同的时间先后施作组合而成的一种隧道衬砌结构,可以由两层、三层或更多层衬砌组成。实际隧道工程中，复合式衬砌多由内外两层衬砌组合而成，第一层称为初期支护，即喷锚支护，第二层为二次衬砌，通常采用模筑混凝土，在初期支护变形基本稳定后施作；初期支护与二次衬砌之间夹防水层（土工织物+防水板），解决衬砌渗漏水问题。7.1隧道衬砌支护类型

复合式衬砌有以下特点：复合式衬砌中的锚喷衬砌具有稳定围岩、封闭围岩、避免暴露岩面风化的作用，能充分发挥围岩的自身承载力。复合式衬砌采用先后两次支护，对衬砌受力非常有利。围岩在柔度较大的锚喷支护条件下，可产生较大的形变，释放了大部分的变形能，因而能减小二次衬砌受力。二次衬砌施作后，由刚性支护承受余下的围岩变形和压力。在塑性流变地层，隧道变形往往难以完全稳定，复合式衬砌一般都是承载结构，具有“先柔后刚”的支护效果。7.1隧道衬砌支护类型

复合式衬砌中的内衬表面光洁平整，有利于隧道通风和防水，并保护外层支护，使喷层内钢筋网和锚杆端部免于锈蚀。复合式衬砌由于在外衬与内衬之间设置了防水板，其结构体系的整体防水性能得到了很大的提高。复合式衬砌优点突出，但也存在造价较高、工艺复杂、工期长等缺点。隧道支护理论的发展7.27.2隧道支护理论的发展隧道及地下洞室工程，其核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护：若需支护时，又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。这是隧道及地下工程中两个相互促进又相互制约的问题。隧道支护理论的发展历程实际就是人们对隧道结构受力规律的认知过程。在不同的时期，人们提出了不同的理论并逐步建立了不同的理论体系。一种理论是二十世纪20年代提出的传统的“散体压力理论”。其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。这种理论又称为传统支护理论，其代表人物有泰沙基和普氏等人。它类似于地面工程考虑问题的思想，至今仍被广泛应用。7.2隧道支护理论的发展另一种理论是二十世纪50年代提出的“岩承理论”。其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。这种理论又称为现代支护理论，其代表性人物有拉布西维兹、米勒-菲切尔、芬纳-塔罗勃和卡斯特奈等人。它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，半个世纪以来已被广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。7.2隧道支护理论的发展1松弛荷载理论散体压力（松散荷载）理论是最早应用于隧道工程设计的理论工具，也是19世纪初隧道工程领域专家和学者们借鉴地上结构计算理论而创立的隧道结构设计理论，这种理论把研究的焦点放在支护结构上，重点是确定荷载，然后按照静力学的方法进行计算。基于松散荷载理论建立的荷载-结构模型由于概念清晰、计算方便，易于被隧道工程技术人员理解和掌握，计算的结果也能较好地满足工程需要，目前仍被广泛应用于隧道工程设计中。7.2隧道支护理论的发展松弛荷载理论的发展主要经历了以下两个阶段：第一阶段完全沿用了地上结构的计算原理，将支护结构作为结构，将围岩处理为荷载（主动荷载），该阶段最大的特点是不考虑围岩对衬砌的约束作用（弹性抗力）。该阶段重点研究内容是如何确定荷载。从19世纪开始，荷载的确定方法出现了多种理论，如：以松弛高度决定的荷载；根据围岩平衡决定的荷载；松弛围岩和结构物下沉之差决定的荷载；考虑侧压、底鼓决定的荷载；围岩分级决定的荷载。目前，我国相关规范在涉及荷载-结构理论时，荷载的确定推荐的都是基于围岩分级的计算方法。7.2隧道支护理论的发展第二阶段考虑了围岩对衬砌的被动约束作用（弹性抗力）。第一阶段的松弛荷载理论应用于工程实践时，人们发现其结果与实际工程有一定的偏差。后续研究证实，围岩对支护结构的变形有约束作用，换言之，地上结构在荷载作用是自由变形的，而地下结构在荷载作用下受围岩的约束，这种因支护结构变形而受到围岩约束的作用力，被称为弹性抗力。在应用荷载-结构理论进行隧道工程设计时，弹性抗力体现了围岩与支护相互作用关系。从20世纪60年代开始，隧道衬砌结构设计不仅考虑主动的围岩压力，也开始考虑由于围岩限制支护结构变形而产生的被动的弹性抗力，这也是松弛荷载理论在现代隧道结构计算理论中仍能继续沿用的重要原因。7.2隧道支护理论的发展2岩承理论

从19世纪开始，随着结构力学、弹塑性力学、岩石力学、岩体力学、地质力学及相关数值计算方法的发展，对隧道结构受力机理的认识也发生了本质变化。稳定的隧道结构承受的不是松弛荷载，而是支护结构与围岩相互作用产生的形变荷载。形变荷载的大小及其分布、历时变化等与围岩与支护间相互作用息息相关，这种变化受开挖方法、支护时机等因素影响非常明显。虽然这种变化具有很大的不确定性，但通过设计适当的开挖方法和支护措施可以进行有效控制。

在上述理论的支撑下，岩承理论逐步建立并迅速发展起来，该理论颠覆了传统隧道结构设计理论以支护结构为核心的设计思路，转而将重点放在了围岩自身上，认为围岩才是隧道结构承载的主体，重点研究隧道开挖后围岩的动态变化和围岩-支护间相互作用关系。7.2隧道支护理论的发展岩承理论的关键问题是如何处理围岩问题，即对围岩模式化的研究。围岩具有不确定性、不连续性、各向异性等特点，因此，想要精确地描述围岩的力学异常复杂。岩承理论的发展历程实际就是围绕围岩的处理问题逐步发展起来的。从理论上讲，围岩可以模式化为弹性体、塑性体、弹塑性体、弹黏性体等连续介质或非连续介质。对围岩性质的认知不同，则表述的围岩本构方程也不同，比如Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则、Mises准则等。

目前，常用的围岩本构关系是弹塑性本构关系，可以应用该模型分析隧道施工过程中隧道结构受力的动态变化，特别是变形控制及支护效果验证等方面。Mohr-Coulomb准则Mises屈服面静水压力轴π平面Tresca屈服面静水压力轴π平面7.2隧道支护理论的发展

传统支护理论(散体压力理论)现代支护理论(岩承理论)认识围岩虽然有一定的承载能力,但极有可能因松弛的发展而致失稳,结果是对支护结构产生荷载作用,即视围岩为荷载的来源围岩虽然可能产生松弛破坏而致失稳,但在松弛的过程中围岩仍有一定的承载能力,对其承载能力不仅要尽可能地利用,而且应当保护和增强,即视围岩为承载的主体,具有三位一体特性力学原理土力学,视围岩为散粒体,计算其对支撑结构产生的荷载大小和分布;结构力学,视支撑和衬砌为承载结构,检算其内力并使之合理;建立的是“荷载-结构”力学体系，以最不利荷载组合作为结构设计荷载岩体力学,视围岩为应力岩体,分析计算应力-应变状态及变化过程,并视支护为应力岩体的边界条件,起控制围岩的应力-应变作用,检验作用的效果并使之优化;建立的是“围岩-支护”力学体系，以实际的应力-应变状态作为支护的设计状态工程措施支护

考虑到隧道开挖后,围岩很可能松弛坍塌,故分部开挖后及时用刚度较大的构件进行临时支撑;待隧道开挖成形后逐步将临时支撑撤换下来,而用整体式厚衬砌作为永久性支护需要时,用锚杆和喷射混凝土等柔性构件组合起来进行初期支护,以控制围岩松弛变形的过程,维护和增强围岩的自承能力;初期支护作为承载结构的一部分,与二次衬砌(也包括围岩)共同构成复合式承载结构体系开挖隧道开挖常采用分部开挖,以便于构件支撑的施作。钻爆法或中小型机械掘进隧道开挖常采用大断面开挖,以减少对围岩的扰动。钻爆法或大中型机械掘进优缺点构件临时支撑直观,容易理解,工艺较简单,易于操作;围岩松散破碎甚至有水时,需满铺背材,也能奏效;拆除临时支撑既麻烦、又不安全,不能拆除时,既浪费、又使衬砌受力条件不好喷锚初期支护按需设置,适应性强,工艺较复杂,对围岩的动态量测要求较高;围岩松散破碎甚至有水时,需采用辅助工法(如注浆等)来支持,才能继续施工;初期支护无需拆除,施工较安全,支护结构受力状态较好理论要求开挖隧道后,围岩产生松弛是必然的,但产生坍塌却是偶然的,故应准确判断各级围岩产生坍塌的可能性大小;即使围岩不产生坍塌,但松弛同样向支护结构施加荷载,故应准确确定荷载的大小、分布;为保证围岩稳定,应根据荷载的大小和分布,设计临时支撑和永久衬砌作为承载结构,并使结构受力合理;尽管承载结构是按最不利组合荷载来设计的,但施工时应尽量避免松弛的发展和坍塌的产生围岩是主要承载部分,故在施工中尽可能地保护围岩,减少扰动;初期支护和永久衬砌仅对围岩起约束作用,它应既允许围岩产生有限变形,以发挥其承载能力,又阻止围岩变形过度而产生失稳,故初期支护宜采用薄壁柔性结构;围岩的应力-应变动态预示着它是否能进入稳定状态,因此以量测作为手段掌握围岩动态进行施工监控和修改设计,以便适时提供适当支护,且先柔后刚,按需提供;整体失稳通常是由局部破坏发展所致,故支护结构应尽早封闭,全面约束围岩,尤其是围岩破碎软弱时,应及时修仰拱,使支护和围岩共同构成一个封闭的承载环7.2隧道支护理论的发展现代支护理论的形成与发展,首先是由于喷锚支护等现代支护结构的大量使用,给人们积累了丰富的经验,新奥法是典型的代表。尤其是现场监控量测的应用,至20世纪80年代又将现场监控量测与理论分析结合起来,发展成为一种适应隧道工程特点的和当前技术水平的新的设计方法—现场监控设计方法(也称为信息化设计方法)。从发展趋势看,新奥法开创的理论—经验—量测三者结合的“信息化设计”体现了隧道工程支护结构设计理论的发展方向。借助工程类比和理论计算进行初步设计，施工中根据现场监控量测及地质预报结果及时调整支护参数，实行施工过程动态设计。支护与围岩共同作用的力学原理7.37.3支护与围岩共同作用的力学原理随着岩石力学的发展和喷锚支护的应用,逐渐形成了以岩石力学理论为基础的,支护与围岩共同作用的现代支护结构原理,应用这一原理就能充分发挥围岩的自承力,从而能获得好的经济效果。当前国际上广泛流行的新奥地利隧道设计施工方法,就是基于现代支护结构原理基础之上的。归纳起来,现代支护结构原理包含的主要内容有以下几方面:（1）把围岩与支护看成是由两种材料组成的复合体，使围岩成为结构的一部分。（2）允许围岩产生一定塑性,充分发挥围岩自承能力,降低围岩压力以改善支护受力性能。（3）尽量发挥支护材料本身的承载力，如采用柔性薄型支护、分次支护或封闭支护,以及深入到围岩内部进行加固的锚杆支护。（4）借现场监控测试手段指导设计和施工,并由此确定最佳的支护结构形式、参数和最佳的施工方法与施工时机。（5）考虑岩体的不同地质、力学特征,选用不同的支护方式,力学模型和相应的计算方法以及不同的施工方法,如稳定地层、松散软弱地层、塑性流变地层、膨胀地层都应当分别采用不同的设计原则和施工方法。喷锚支护的优点7.47.4喷锚支护的优点喷锚支护自20世纪50年度问世以来，在地下工程中得到了广泛应用。从本质上是一种完全不同的支护类型。具有以下特点：灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。先柔后刚，按需提供；及时性：喷射混凝土和锚杆具有早强性能，能迅速给围岩提供支护抗力；密贴性：喷射混凝土与围岩能全面密贴粘结，可抵抗岩块之间沿节理的剪切和张裂；深入性：锚杆可深入围岩一定深度加固围岩，形成承载圈；柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展，发挥围岩自承能力；封闭性：喷射混凝土能全面及时地封闭围岩，可阻止水对围岩的侵蚀，能及时有效阻止围岩变形。7.4喷锚支护的优点相对于其他衬砌形式，喷锚支护从本质上是一种完全不同的支护类型。具有以下优点：①从作用原理来看，喷锚支护的作用机理不是以一个大刚度结构物来抵抗围岩施加于它的压力荷载，而是采取柔性支护措施，可以比传统支护更好地调控围岩变形，以充分发挥围岩自承能力，与围岩合成一体，共同作用。喷锚支护具有支护及时、柔性、紧贴围岩、与围岩共同变形等特点，能保证围岩的长期稳定，在受力条件上比整体式衬砌优越。②从施工方法上来看，它不需要临时支撑，也不用模板或模板台车进行混凝土灌注，而是直接将混凝土喷射到隧道岩壁之上，径向凝结成衬砌层，而且可以做到喷得很薄，因此，喷锚支护对加快施工进度、节约劳力及原材料、降低工程成本等效果显著。7.4喷锚支护的优点喷锚支护具有以下缺点：喷锚支护刚度较小，在围岩自承能力较差的Ⅳ~Ⅵ级围岩中，长期稳定性和防止水侵蚀能力方面有一定的局限性，耐久性值得商榷，且材料及施工工艺还有待进一步提高。因此，在Ⅳ~Ⅵ级围岩中应采用复合式衬砌或整体式衬砌，不宜单独采用锚喷衬砌作为永久衬砌。喷锚支护的力学作用7.57.5喷锚支护的力学作用喷混凝土的作用

支撑围岩

喷层能给围岩表面抗力和剪力，从而使围岩处于三向受力的有利状态。“卸载”作用

由于喷层的柔性，可使围岩在不出现有害变形的前提下，进行一定程度的变形，从而使围岩“卸载”。承载圈NN7.5喷锚支护的力学作用填平补强围岩

喷射混凝土可填充围岩表面凹穴，能保护岩块间的咬合、镶嵌作用，并提高粘结力，摩阻力。覆盖围岩表面

喷层直接粘帖岩面，形成风化和止水的保护层，并阻止节理裂隙中充填物流失。粘结粘结剪切剪切潮气裂隙水7.5喷锚支护的力学作用阻止围岩松动

喷层能紧跟掘进过程及时对围岩进行支护，早期强度较高，可阻止围岩松动。覆盖围岩表面

可通过喷层把外力传给锚杆、钢拱架等，使支护结构受力均匀分担。ττ7.5喷锚支护的力学作用锚杆的作用锚杆(索)是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。

支承围岩使处于二轴应力状态的洞室内表面附近的围岩保持三轴应力状态。

加固围岩可使围岩松动区中的节理裂隙，破裂面等得以联结，从而增大锚固区围岩的强度(即c、φ值)。锚杆喷射混凝土轴力承载拱7.5喷锚支护的力学作用

提高层间摩阻力，形成“组合梁”

锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，从结构力学观点来看就是形成“组合梁”。

“悬吊”作用

指防止个别危岩的掉落或滑落，主要表现在加固局部失稳的岩体。PPσσ7.5喷锚支护的力学作用钢架的作用

在围岩强度低和在松散、颗粒状地层条件下,或在外界压力较大时,

钢架与喷射混凝土、锚杆、钢筋网一起,构成钢筋混凝土支护结构—初期支护,以提高支护结构强度和刚度、稳定围岩、抑制围岩变形。作为顶部保护。在采用超前支护的场合，还作为超前小导管等的支点，支撑掌子面前方的围岩和荷载，抑制围岩松弛和崩塌。作为喷射混凝土的环形构造钢筋，提高喷射混凝土的承载力，即对喷射混凝土形成补强。作为保证横截面几何形状的模板。7.5喷锚支护的力学作用钢筋网的作用

防止喷射混凝土因塌落、收缩、振动和位移而导致裂缝的作用,以及作为改善喷混凝土受力的构造钢筋。当支护结构由钢架、钢筋网和喷混凝土构成时,可将钢筋网的部分视为受力钢筋，可提高喷射混凝土的抗剪、抗弯强度及整体性，减少喷射混凝土的收缩裂纹，防止局部掉块。喷锚支护设计与施工的原则7.67.6.1喷锚支护的设计锚喷支护的设计应做到勘测、设计、施工紧密配合，不分离，多种方法并用、互相补充、互相验证。三种主要设计方法工程类比法

是当前锚喷支护设计中应用最广泛的方法。是在编制围岩分类表的基础上，结合拟建工程的围岩等级与工程尺寸等条件，比照已建类似工程的经验，直接确定锚喷支护参数与施工方法。

理论计算法

理论计算设计法是在测得岩体和支护力学参数的前提下，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。围岩—支护共同工作力学模型7.6.1喷锚支护的设计

理论计算法在支护阻力Pi作用下，保证围岩不至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和相应的支护参数。其数学表达式为：

围岩—支护共同工作Pi-u关系示意图7.6.1喷锚支护的设计

现场监控法

现场监控设计法又称信息设计法，是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。这种方法比工程类比法和理论计算法更为实用可靠。

7.6.1喷锚支护的设计

锚喷支护设计程序和三种方法各自的作用程序设计用工程类比法先行初步设计；再根据工程实际情况，选择适当的理论计算方法，分析洞室稳定性，验算初步设计的支护参数；然后在施工中对“围岩一支护”结构体系的力学动态进行必要而有效的现场监控量测，以其提供的信息和围岩地质详勘结果，把原设计和施工中与实际不符部分立即予以变更，使之与实际情况相符。各自的作用

工程类比法所确定的支护参数作为理论验算和现场监控设计的初选值，同时也作为编制工程预算和制订施工方案的初步依据；

理论计算法作为对工程类比设计方案的理论论证，同时为分析支护的作用提供一些定性的或半定量的理论依据；

现场监控量测作为对原设计和施工的现场检验和调整，使之更合理、可靠、经济。7.6.1喷锚支护的设计两车道隧道复合式衬砌的初期支护设计参数围岩级别喷射混凝土厚度/cm锚杆/m钢筋网钢架拱部、边墙仰拱位置长度间距间距/m截面高/cmⅠ5—局部2.0~3.0————Ⅱ5~8—局部2.0~3.0————Ⅲ8~12—拱、墙2.0~3.01.0~1.2局部@25×25——Ⅳ12~20—拱、墙2.5~3.00.8~1.2拱、墙@25×25拱、墙0.8~1.20或14~16Ⅴ18~28—拱、墙3.0~3.50.6~1.0拱、墙@20×20拱、墙、仰拱0.6~1.014~22Ⅵ通过试验或计算确定

7.6.1喷锚支护的设计三车道隧道复合式衬砌的初期支护设计参数围岩级别喷射混凝土厚度/cm)锚杆/m)钢筋网钢架拱部、边墙仰拱位置长度间距间距/m截面高/cmⅠ5~8—局部2.5~3.5—局部——Ⅱ8~12—局部2.5~3.5—局部——Ⅲ12~20—拱、墙2.5~3.51.0~1.2拱、墙@25×25拱、墙1.0~1.20或14~16Ⅳ16~24—拱、墙3.0~3.50.8~1.2拱、墙@20×20拱、墙0.8~1.216~20Ⅴ20~30—拱、墙3.5~4.00.5~1.0拱、墙@20×20拱、墙、仰拱0.5~1.018~22Ⅵ通过试验或计算确定

7.6.1喷锚支护的设计暂不宜直接使用喷锚支护的几种情况：膨胀性岩体；未胶结的松散岩体；严重湿陷性黄土层；大面积淋水地段；能引起严重腐蚀的地段；严寒地区的冻胀岩体。7.6.2喷锚支护类型的介绍1

喷射混凝土

喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。7.6.2喷锚支护类型的介绍（1）

喷射工艺种类喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种。喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种。1）干喷和潮喷干喷是将骨料、水泥和速凝剂按一定比例干拌均匀，然后装入喷射机，用压缩空气使干集料在软管内呈悬浮状态压送到喷枪，再与喷嘴处的高压水混合，喷射到岩面上。干喷的优缺点优点：使用的机械较简单，机械清洗和故障处理容易。缺点：产生的粉尘量大，回弹量大，加水是由喷嘴处的阀门控制的，水灰比的控制程度与喷射手操作的熟练程度有关。潮喷是将骨料预加少量水，使之呈潮湿状，再加水泥拌和，从而降低上料、拌和和喷射时的粉尘。但大量的水仍是在喷头处加入和喷出的。

7.6.2喷锚支护类型的介绍（1）

喷射工艺种类干喷、潮喷工艺流程7.6.2喷锚支护类型的介绍（1）

喷射工艺种类2)湿喷骨料、水泥和水按设计比例拌合均匀，用湿式喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出。湿喷的优缺点湿喷混凝土质量容易控制，喷射过程中的粉尘和回弹量很少。但对喷射机械要求较高，机械清洗和故障处理较麻烦。对于喷层较厚的软岩和渗水隧道，则不易使用湿喷。

湿喷工艺流程7.6.2喷锚支护类型的介绍（1）

喷射工艺种类2)混合喷射

将一部分砂加第一次水拌湿，再投入全部水泥强制搅拌造壳；然后加第二次水和减水剂拌和成SEC砂浆；将另一部分砂和石、速凝剂强制搅拌均匀。然后分别用砂浆泵和干式喷射机压送到混合管混合后喷出。混合喷射的优缺点混合喷射混凝土的质量较干喷混凝土质量好，且粉尘和回弹率有大幅度降低。但使用机械数量较多，工艺较复杂，机械清洗和故障处理很麻烦。

混合喷射工艺流程7.6.2喷锚支护类型的介绍喷射混凝土分为普通喷射混凝土、纤维喷射混凝土和钢筋网喷射混凝土三大类。7.6.2喷锚支护类型的介绍（2）

素喷射混凝土

喷射混凝土机械设备

1）

喷射机，有干式喷射机和湿式喷射机。

干式喷射机7.6.2喷锚支护类型的介绍

喷射混凝土机械设备

2)机械手。喷头的移动和喷射方向、距离的控制，可采用人力直接控制或机械手控制。3)喷射混凝土的拌制宜用强制式搅拌机。

喷射机械手湿喷台车7.6.2喷锚支护类型的介绍（2）

素喷射混凝土

喷射混凝土工艺流程7.6.2喷锚支护类型的介绍（2）

素喷射混凝土

喷前检查及准备开挖断面尺寸检查，清除松动危岩，欠挖超标严重的应予处理。根据石质情况，用高压风或水清洗受喷面。受喷岩面有集中渗水时，作好排水引流处理，无集中水时，根据岩面潮湿程度，适当调整水灰比。埋设喷层厚度检查标志，一般是在石缝处钉铁钉，或用快硬水泥安设钢筋头，并记录其外露长度。检查调试好各机械设备的工作状态。7.6.2喷锚支护类型的介绍（2）

素喷射混凝土

喷射作业注意事项喷射时应分段(不超过6m)、分部(先下后上)、分块(2.0m×2.0m)，严格按先墙后拱，先下后上的顺序进行，以减少混凝土因重力作用而引起的滑动或脱落现象发生。喷射时喷射嘴边旋转边移动可以采用S形往返移动前进，也可以采用螺旋形移动前进。1237896542m2m2m1.5m边墙喷射分区及喷射顺序1.5m1.5m拱脚线拱顶中心线2m2m2m23654131078911121415拱圈喷射分区及喷射顺序17.6.2喷锚支护类型的介绍（2）

素喷射混凝土

喷射作业注意事项喷射时喷嘴要垂直于受喷面，倾斜角不大于10°，距离0.8~1.2m。7.6.2喷锚支护类型的介绍（2）

素喷射混凝土

喷射作业注意事项对于岩面凹陷处应先喷多喷，凸出处应后喷少喷。喷射时一次喷射厚度不得太薄或太厚，它主要与混凝土的粘结力和受喷部位及回弹情况等有关。设计喷层较厚，应分层喷射，一般分2~3层喷射；一般要在初喷混凝土终凝以后再进行复喷。间隔时间较长时，复喷应将初喷混凝土表面清洗干净，复喷应将凹陷处进一步找平。7.6.2喷锚支护类型的介绍（2）

素喷射混凝土

喷射作业注意事项应在其终凝2h后进行水养护，养护时间一般不少于14d。冬季施工时作业区的气温不得低于5℃；若气温低于5℃，亦不得洒水；未达到设计强度的50%时，若气温降低到5℃以下，则应注意采取保温防冻措施。回弹物料的利用。实测表明，采用干法喷射混凝土时，一般边墙的回弹率为10%~20%，拱部为20%~35%，回弹量相当大。应设法减少回弹，将回弹物料回收利用。7.6.2喷锚支护类型的介绍（3）

钢纤维喷射混凝土

钢纤维喷射混凝土是在喷射混凝土中加入钢纤维，弥补喷射混凝土的脆性破坏缺陷，改善喷射混凝土的物理力学性能。

混凝土增强纤维钢纤维非钢纤维高弹纤维低弹纤维7.6.2喷锚支护类型的介绍（3）

钢纤维喷射混凝土性能特点钢纤维喷射混凝土中的钢纤维主要在喷射平面内呈两维分布，且相当均匀。钢纤维喷射混凝土的破坏呈塑性破坏，容许有较大的变形，裂缝出现后仍有一定的承载能力。在一般掺量情况下比普通喷射混凝土的抗压强度提高30%~60%，抗拉强度提高50%~80%，抗弯强度提高40%~70%。当钢纤维掺量大于1.5%时，钢纤维喷射混凝土的韧性为普通喷射混凝土的20~50倍，抗冲击性能提高8%~30%，抗磨损性能能提高30%。

钢纤维及其在喷射混凝土中分布7.6.2喷锚支护类型的介绍（3）

钢纤维喷射混凝土应用范围可用于承受强烈震动，冲击动荷载的结构物的构筑，也适用于要求耐磨或不便配置钢筋但又要求有较高强度的韧性的工程中。在软弱破碎围岩的隧道中，采用钢纤维喷射混凝土的支护效果，优于采用挂钢筋网喷射混凝土的支护效果。

7.6.2喷锚支护类型的介绍（4）

钢筋网喷射混凝土钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前,在岩面上挂设钢筋网,然后再喷射混凝土。主要用于软弱破碎围岩,而更多的是与锚杆或钢架构成联合支护。构造组成

钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受力筋，由设计确定，直径φ12左右；纵向筋一般为构造筋，直径φ6~φ10。

7.6.2喷锚支护类型的介绍（4）

钢筋网喷射混凝土施工要点应在初喷混凝土后进行钢筋网铺设。钢筋网应随受喷面起伏铺设。钢筋与岩面或与初喷混凝土面的间隙应不小于3~5cm,钢筋网保护层厚度不小于3cm,有水部位不小于4cm。采用双层钢筋网时，两层钢筋网间距应满足设计要求，

第二层钢筋网应在第一层钢筋网被喷射混凝土全部覆盖

后铺挂。

7.6.2喷锚支护类型的介绍（4）

钢筋网喷射混凝土施工要点

为便于挂网安装,常将钢筋网先加工成网片,长、宽可为100~200cm，钢筋搭接长度不应小于30倍钢筋直径。

钢筋网每个交点和搭接段均应绑扎或焊接。

钢筋网应与锚杆或其他固定装置联结牢固,并应尽可能地多点连接,以减少喷射混凝土时使钢筋发生晃动。

开始喷射时,应缩短喷头至受喷面之间的距离,并适当调整喷射角度,使钢筋网背面混凝土密实。对于干燥土质

隧道,第一次喷射不能太厚,以防起鼓剥落。

7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（1）钢架的分类

当围岩软弱破碎严重时,其自稳性差,开挖后要求早期支护具有较大的刚度,以阻止围岩的过度变形和承受部分松弛荷载,钢架就具有这样的力学性能。钢架主要有型钢钢架和钢筋格栅钢架两大类。7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（1）钢架的组成

型钢钢架可以采用工字钢、H型钢、钢管等通过冷弯加工制成。工字钢钢架钢管钢架7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（2）构造组成

隧道中线拱部A单元拱部B单元开挖轮廓线边墙C单元边墙D单元内轨顶面仰拱E单元竖向网构架立筋水平网构架立筋主筋7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（2）构造组成

格栅钢架的断面接头示意图7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（3）性能特点钢架的整体刚度较大，可以提供较大的早期支护刚度；型钢拱架较格栅钢架能更早承载。钢架可以很好地与锁脚锚管（杆）、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，增强支护的有效性，且受力条件较好。尤以格栅钢架结合最好。格栅钢架采用钢筋现场加工制作，技术难度和要求并不高；对隧道断面变化适应性好。钢拱架的安装架设方便。

7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（4）设计要点

钢架的设计可按其单独承受早期松弛荷载来设计。式中：q′——钢架承受的早期松弛荷载；

q——围岩松弛荷载，按松弛荷载统计公式计算；

μ——钢架的荷载系数，一般取0.1~0.4。

q′＝μq

7.6.2喷锚支护类型的介绍载荷系数μ建议值围岩级别荷载系数μ钢架类型每榀轴线间距/mⅣ0.25三肢格栅钢架1.00.4三肢格栅钢架+喷射混凝土0.3工字钢架0.35工字钢架+喷射混凝土Ⅴ0.2

四肢格栅钢架0.80.6四肢格栅钢架+喷射混凝土0.4工字钢架0.45工字钢架+喷射混凝土Ⅵ0.1

四肢格栅钢架0.60.15四肢格栅钢架+喷射混凝土0.1工字钢架0.1工字钢架+喷射混凝土7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（4）设计要点

拟定钢拱架尺寸后，进行强度、刚度和稳定性检算。钢架的截面高度应与喷射混凝土厚度相适应,一般为16~22cm,最大不超过25cm,且要有一定保护层。在设置超前支护的地段，钢架作为超前支护的尾端支点，钢架截面高度不宜小于160mm。钢架间距宜为0.5~1.2m，间距太小时难以保证钢架背后的喷射混凝土密实，间距太大时两榀钢架之间的岩块容易坍塌，支护作用减弱。

7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（4）设计要点为架设方便,每榀钢架应分节段制作,并保证接头刚度。接头处连接钢板平面应与钢架轴线垂直。钢架节数应与断面大小及开挖方法相适应。每榀钢架之间应设置不小于φ22的纵向连接筋。当围岩变形量较小或只允许围岩有少量变形时,钢架可以设计为固定型。当围岩流动性强、变形量大,且允许围岩有较大变形时,宜将钢架设计为可缩型,其可缩节点位置宜设置在拱顶节点处。当围岩极其破碎，自稳时间短且需要及时支撑时，不宜设置格栅钢架，此时需要采用型钢钢架。对于超大跨度隧道，一般很少采用格栅钢架，以采用型钢钢架为主。

7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（5）钢架施工步骤

施工准备开挖面超欠挖处理初喷混凝土测定钢架位置清除拱(柱)脚底浮渣锚杆固定、打锁脚锚杆原材料检验安装质量检查合格不合格铺设钢筋网、架立钢架安装纵向连接钢筋运入洞内拼装喷混凝土结束校正处理钢构件加工钢架试拼、检验校正处理不合格合格7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（6）钢架施工要点钢架应在初喷混凝土后安装；钢架应安装在隧道横向竖直平面内,竖向不倾斜，平面不错位、不扭曲，上、下、左、右允许偏差为±50mm，其垂直度允许误差为±2°；钢架的拱脚应有一定的埋置深度,以保证拱架脚的稳定(少沉降、少挤入)。可采取的措施有混凝土垫块、垫石、垫板、纵向托梁、锁脚锚杆（管）等。锁脚锚杆（管）采用螺纹钢筋或钢管，应在钢架安装就位后立即施作；采用型钢钢架时，锁脚锚杆（管）设于钢架两侧或两榀钢架之间；采用格栅钢架时，锁脚锚杆（管）设于钢架主筋之间；

7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（6）钢架施工要点锁脚锚杆（管）安装角度应符合设计要求，为有效控制拱脚下沉，一般相对水平面应尽量大角度斜向下打设为宜，外露头应与钢架连接牢固；

必要时，可增设小孔径树脂锚固预应力锁脚锚索，对拱脚变形特别是拱脚水平收敛变形起到快速、主动抑制作用。

7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（6）钢架施工要点钢架节段与节段之间应通过连接钢板用螺栓连接。相邻两榀钢架之间应采用钢筋或型钢连接，增强钢架侧向稳定性。可缩型钢架的可缩性节点不宜过早喷射混凝土。应待其收缩合拢后,再补喷射混凝土。喷射混凝土时,应注意将钢架与岩面之间的间隙喷射密实。钢架与岩面之间的混凝土保护层厚度不应小于40mm，临空一侧的混凝土保护层厚度不应小于20mm。当采用喷锚单层衬砌时，临空一侧的混凝土保护层厚度不应小于40mm。

7.6.2喷锚支护类型的介绍2钢架（6）机械化施工

传统采用人工进行钢架施工，不仅安全风险较高，而且施工效率低下，改善钢架施工工艺，引进机械化立架装备，是未来隧道钢架施工的发展趋势。

7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆（1）锚杆分类布置位置与范围，锚杆分为系统锚杆和局部锚杆。系统锚杆在隧道周边系统布置，而局部锚杆主要针对隧道周边局部不稳定块体进行局部打设。按施工工艺，锚杆分为普通水泥砂浆锚杆、药卷锚杆、中空注浆锚杆、自进式锚杆、树脂锚杆（索）等。7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆（1）常用锚杆介绍目前隧道施工中主要使用的有普通水泥砂浆锚杆、药卷式锚杆、中空注浆锚杆、自进式锚杆。普通水泥砂浆锚杆构造组成以普通水泥砂浆作为粘结剂的全长粘结式锚杆。砂浆杆体垫板螺母7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆普通水泥砂浆锚杆设计施工步骤施工准备初喷混凝土面上标注孔位钻孔清孔注入砂浆插入杆体结束固定杆体、待强原材料检验锚杆加工砂浆配比安装垫板质量检查补强处理合格不合格7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆（1）常用锚杆介绍药卷式锚杆构造组成锚杆杆体一般采用螺纹钢筋，水泥药卷一般用早强型水泥为原料，用特制的袋子灌装成圆筒状。1-不饱和聚脂树脂＋加速剂＋填料；2-纤维纸和塑料袋；3-固化剂＋填料；4-玻璃管；5-堵头(树脂胶泥封口)；6-快硬水泥；7-湿强度较大的滤纸筒；8-玻璃纤维纱网；9-树脂锚固剂；10-带麻花头杆体；11-垫板；12-螺母7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆药卷式锚杆设计施工步骤施工准备初喷混凝土面上标注孔位钻孔清孔浸湿药包孔内塞入药包结束顶入杆体、待强原材料检验锚杆加工安装垫板质量检查补强处理合格不合格7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆（1）常用锚杆介绍中空注浆锚杆构造组成

由中空锚杆杆体和垫板、螺母、排气管等附件组成，主要设在开挖断面的拱部及围岩较差地段的拱墙。7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆中空注浆锚杆设计施工步骤施工准备组装锚杆体、钻头、钎尾钻进、接长锚杆体钻至设计深度钻机与杆体分离连接注浆管、安装排气管、止浆塞结束原材料检验确定浆液配比浆液制备待强安装垫板质量检验加固处理合格不合格注浆作业至排气管返浆7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆（1）常用锚杆介绍自进式中空注浆锚杆构造组成

在中空注浆锚杆的基础上增加自进钻头，将注浆和锚固定功能合二为一。7.6.2喷锚支护类型的介绍3锚杆自进式中空注浆锚杆设计施工步骤施工准备组装锚杆体、钻头、钎尾钻进、接长锚杆体钻至设计深度钻机与杆体分离连接注浆管、安装排气管、止浆塞结束原材料检验确定浆液配比浆液制备待强安装垫板质量检验加固处理合格不合格注浆作业至排气管返浆7.6.2喷锚支护类型的介绍4联合支护在隧道工程中,为适应地质条件和结构条件的变化,常将各种单一支护方法进行恰当组合,共同构成较为合理、有效和经济的支护结构体系，称为联合支护钢筋网型钢钢架锚杆喷射混凝土锁脚锚管纵向连接筋7.6.2喷锚支护类型的介绍4联合支护钢筋网喷射混凝土格栅钢架锚杆纵向连接筋7.6.2喷锚支护类型的介绍4联合支护施工注意事项:联合支护宜连不宜散,彼此要直接地牢固相连,以充分发挥联合支护效应。锁脚锚杆（管）端头与钢架之间应确保连接可靠，可通过L或U形钢筋等辅助焊接。用于支护和加固围岩的系统锚杆、局部锚杆不应与钢架焊接，以发挥锚杆的独立作用。钢筋网及钢架要被喷射混凝土所包裹、覆盖,即喷射混凝土要将钢筋网和钢架包裹密实。分次施作的联合支护,应尽快将其相连,如超前锚杆与系统锚杆及钢架的连接。分次施作的联合支护要在量测指导下进行,以做到及时、有效,并作适当调整。7.6.3喷锚支护设计与施工的原则采取各种措施，确保围岩不出现有害松动为减少围岩松动,在洞室布置和结构造型方面应尽量合理支护应及时快速,采用速凝和早强喷混凝土支护利用开挖面的“空间效应”,抑制围岩变形尽可能地减少施工和其他外界因素(主要是水和潮气)对围岩的影响调节控制围岩变形：在不进入有害松动条件下，要求围岩有一定塑性变形，发挥围岩自承能力

采用两次喷层或两次锚固

调节支护封底时间

原则上可延迟支护时间,但一般不采用,支护晚容易出现有害松动保证喷锚支护与围岩形成共同体7.6.3喷锚支护设计与施工的原则锚杆支护相关的合理施工方法锚杆支护的施工方法与围岩自承力的利用关系十分密切,因此开挖方法、开挖次序、开挖段的掘进长度、初次支护时间、复喷时间和仰拱闭合时间等都严重影响支护效果。全断面法宜采用机械化作业，各种机械设备应合理配