第十二章錨噴支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工

1、第十二章 錨噴支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工主講教師 張 子 新 教 授、博導(dǎo) 同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系，上海，200092Tel（Fax)-mail:zxzhang§1 錨噴支護(hù)的概況一、定義錨噴支護(hù)是噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等結(jié)構(gòu)組合起來的支護(hù)形式?？梢愿鶕?jù)不同圍巖的穩(wěn)定狀況，采用錨噴支護(hù)的一種或幾種結(jié)構(gòu)的組合。二、特點(diǎn)1）、由于錨噴結(jié)構(gòu)能及時(shí)支護(hù)， 有效地控制圍巖的變形，防止巖塊墜落和坍塌的產(chǎn)生，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，所以錨噴結(jié)構(gòu)比模注混凝土襯砌的受力更為合理。 2）、錨噴支護(hù)能大量節(jié)省混凝土、木料、勞動力，加快施工進(jìn)度，工程造價(jià)可降低40-50%，并

2、有利于施工機(jī)械化和改善勞動條件等三、種類1）粘結(jié)型的錨桿：金屬砂漿錨桿，金屬樹脂錨桿等。 l2）機(jī)械型的錨桿：楔縫式、脹殼式和滑楔式錨桿等。 l3）錨桿的材料有：鋼桿的、木桿的、鋼絲的 4）錨桿的受力有：預(yù)應(yīng)力錨桿、普通受力錨桿§2 錨噴支護(hù)的結(jié)構(gòu)計(jì)算2.1 錨噴支護(hù)材料性能 l 2.2 錨噴加固作用 l 2.3 錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算 l 2.4 錨噴支護(hù)的適用場合2.1 錨噴支護(hù)的材料性能噴混凝土能在10min 內(nèi)終凝，一般2h即具有強(qiáng)度，4d為28d強(qiáng)度的70%左右，28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)2530MPa；抗拉強(qiáng)度為22.2MPa. 一般設(shè)計(jì)中,可采用噴混凝土標(biāo)號為20號,抗壓強(qiáng)度為14M

3、Pa,抗拉強(qiáng)度為1.2MPa. 彈性模量為2.0×104MPa錨噴支護(hù)的材料性能-粘結(jié)力l 與類及以上圍巖的粘結(jié)力不低于0.8MPa, 類圍巖的粘結(jié)力不低于0.5MPa. l為了提高混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度,不宜選用過粗的鋼筋來制作鋼筋網(wǎng),細(xì)一點(diǎn)為好;同時(shí)第一層噴混凝土表面或巖面與鋼筋之間的空隙也不宜過大. 設(shè)計(jì)時(shí)可視施工情況采用2.55MPa. 試驗(yàn)表明,分層噴射時(shí)對噴射混凝土力學(xué)性能幾乎沒有影響. l 噴射混凝土的收縮變形比普通混凝土大2.2 錨噴支護(hù)加固作用一、錨桿的加固作用 二、噴混凝土的加固作用 一、錨桿的加固作用1）、聯(lián)結(jié)作用 l 當(dāng)洞室圍巖被裂隙、斷層等切割，使局部巖塊不

4、穩(wěn)定時(shí)，可用錨桿將它們聯(lián)結(jié)起來，并盡可能將錨桿打入穩(wěn)定巖體一定深度。 2）、組合梁或拱作用 l 依靠錨桿將一定厚度的巖層，尤其是成層的巖層組合在一起，增加了層理間的抗剪強(qiáng)度，提高巖層的抗彎性能，使圍巖得以穩(wěn)定。 3）、整體加固過用 用錨桿群可將節(jié)理裂隙較發(fā)育的圍巖錨固起來，通過有規(guī)律布置的錨桿群，將隧道四周一定深度的圍巖進(jìn)行擠壓、粘結(jié)加固，組成一個(gè)承載環(huán)二、噴混凝土加固作用1）、局部穩(wěn)定原理 l 噴混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)通過及時(shí)的封閉巖層表面的節(jié)理、裂隙，只要支護(hù)住最先掉落的危石，封閉加固附近的巖體，則洞室就能穩(wěn)定。而噴混凝土層在危石自重力作用下，可能出現(xiàn)沖切破壞和撕開破壞。 l 2）、整體穩(wěn)定原理

5、噴混凝土層與圍巖體表面緊密粘結(jié)、咬合，它與巖體密貼組成“組合結(jié)構(gòu)”或“整體結(jié)構(gòu)物”共同工作。薄的噴層支護(hù)柔性大，變形能力強(qiáng)，使圍巖變形得到控制，應(yīng)力得以調(diào)整，從而使圍巖體獲得穩(wěn)定。作為“整體結(jié)構(gòu)物”一部分的噴層也同時(shí)受到因圍巖的變形引起的形變壓力。2.3 錨噴支護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)算錨桿噴混凝土(或加鋼筋網(wǎng))聯(lián)合加固的結(jié)構(gòu)作用,實(shí)際上是錨桿加固和噴混凝土加固圍巖結(jié)構(gòu)作用時(shí)的有機(jī)組合. 其受力狀況與圍巖的應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān),其影響因素比較復(fù)雜, 其受力分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算尚處于半經(jīng)驗(yàn)半理論階段.目前,錨噴支護(hù)的常用設(shè)計(jì)方法是按懸吊原理計(jì)算一、錨桿參數(shù)的確定一）、錨桿長度 二）、錨桿的布置一）、錨桿長度l 1）錨固

6、長度L1， 需同時(shí)滿足 l l 2）加固長度L2 可按不穩(wěn)定巖層厚度或圍巖的荷載高度取。 l 3）外露長度L3 l 考慮設(shè)置托板，鋼筋網(wǎng)等要求，可取5-15cm，但不應(yīng)超過噴射混凝土的厚度，此外，拱腳處可取拱頂處錨桿長度的1.2倍 l 二)、錨桿的布置系統(tǒng)錨桿布置原則 l 在隧道斷面上，系統(tǒng)錨桿宜按垂直隧道周邊輪廓布置，當(dāng)遇層狀巖層時(shí)，應(yīng)增設(shè)與主結(jié)構(gòu)面成最大角度的錨桿。在掩面上，錨桿宜成菱形排列。 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)錨桿間距不宜大于錨桿長度的二分之一，在軟弱的、類圍巖中，錨桿間距不得大于1.25m,以為0.5-1.2m二)、錨桿的布置局部錨桿的布置原則 局部錨桿的主要作用是阻止部分不穩(wěn)定巖塊塌

7、落或滑移,通過錨桿將巖塊固定在穩(wěn)定巖體上. 拱腰以上的局部錨桿布置方向應(yīng)有利于錨桿受拉,拱腰以下及邊墻部分的局部錨桿宜逆著不穩(wěn)定巖塊滑動方向布置.二)、錨桿的布置在軟弱的、類圍巖中,處設(shè)置進(jìn)項(xiàng)錨桿外,還應(yīng)在縱向的毛洞周邊設(shè)置超前錨桿或超前小鋼管二、噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)l 一）、噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)厚度的確定 l 二）、噴射混凝土支護(hù)厚度的計(jì)算 l 三）、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)一）、噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)厚度的確定l l噴射混凝土支護(hù)厚度有最小噴層厚度和平均噴層厚度兩種指標(biāo) l考慮到噴射混凝土收縮較大，其厚度不應(yīng)小于50mm。 l為了發(fā)揮圍巖的自承作用，噴層最大設(shè)計(jì)厚度不宜超過250mm。 在含水地層

8、中，為了保證噴層的抗?jié)B能力，其最小厚度不應(yīng)小于80mm。二）、噴射混凝土支護(hù)厚度的計(jì)算l 錨桿之間不穩(wěn)定巖層的重量由噴射混凝土層承受，最大值可取 ，一般可取均布荷載作用下的彈性固端梁進(jìn)行計(jì)算。 l 校核噴射混凝土的抗拉強(qiáng)度 l l 噴射混凝土支護(hù)厚度三）、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)l l設(shè)置鋼筋網(wǎng)能提高噴層的整體性，使其應(yīng)力分布均勻，從而較少混凝土的收縮和噴層裂縫。 在變形大而自穩(wěn)性差的軟弱圍巖的混凝土噴層中，應(yīng)設(shè)置12層鋼筋網(wǎng)。在強(qiáng)度低的土砂地層中（尤其是粉砂層）中，可安設(shè)防剝落的網(wǎng)眼較密的鋼筋網(wǎng)三）、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)l l鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的厚度不應(yīng)小于 100 mm，也不宜大于250mm。鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度不應(yīng)小于20mm l鋼筋網(wǎng)按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，鋼筋直徑一般為6-10mm，鋼筋間距宜為150-300mm 采用雙層鋼筋網(wǎng)時(shí)，第二層鋼筋網(wǎng)應(yīng)在第一層鋼筋網(wǎng)被混凝土覆蓋后鋪設(shè)，在噴層厚度內(nèi)所設(shè)的兩層鋼筋網(wǎng)的間距應(yīng)盡量大些 1、隧道洞周收斂達(dá)2m 2、錨桿伸入軟弱層太短，僅2m§3 噴射混