隧道錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錨噴支護(hù)的概況1錨噴支護(hù)的受力分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算2錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)§1錨噴支護(hù)的概況§1錨噴支護(hù)的概況1.錨噴支護(hù)（ShotcreteandBolting)

是采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、錨桿噴射混凝土或錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等在毛洞開(kāi)挖后及時(shí)的對(duì)對(duì)地層進(jìn)行加固的結(jié)構(gòu)?？梢愿鶕?jù)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。2.噴射混凝土(Shotcrete)：

利用高壓氣，將摻有速凝劑的混凝土混合料通過(guò)混凝土噴射機(jī)與高壓水混合，噴射到巖面上，迅速凝結(jié)而成。§1錨噴支護(hù)的概況封閉性靈活性柔性深入性及時(shí)性密貼性錨噴支護(hù)的特點(diǎn)3.錨噴支護(hù)的特點(diǎn)§1錨噴支護(hù)的概況4.錨噴支護(hù)修建隧道的基本概念錨桿是深層加固圍巖，噴射混凝土是表層及局部加固圍巖●圍巖是隧道穩(wěn)定的基本部分，盡量維護(hù)圍巖體的強(qiáng)度特性●支護(hù)結(jié)構(gòu)要薄而具有柔性，并與圍巖密貼，使因產(chǎn)生彎矩而破壞的可能性達(dá)到最小，當(dāng)需要增加支護(hù)襯砌強(qiáng)度時(shí)，宜采用錨桿、鋼筋網(wǎng)以及鋼支撐等加固，而不宜大幅度增加噴層或襯砌厚度。●設(shè)計(jì)施工中要正確估計(jì)圍巖特性及其隨時(shí)間的變化，以便采取最合適的支護(hù)措施和支護(hù)時(shí)間?！?錨噴支護(hù)的概況5.圍巖支護(hù)特性曲線§1錨噴支護(hù)的概況6.新奧法1)產(chǎn)生背景（1）錨桿支護(hù)在20世紀(jì)初出現(xiàn)。（2）噴射混凝土機(jī)在1940年末研制成功。（3）巖體理論的發(fā)展為新奧法提供了科學(xué)的依據(jù)。2）新奧法的概念

1963年，由奧地利學(xué)者L·臘布茲維奇教授命名為“新奧地利隧道施工法(NewAustriaTunnellingMethod)”，簡(jiǎn)稱“新奧法(NATM)”正式出臺(tái)。它是以控制爆破或機(jī)械開(kāi)挖為主要掘進(jìn)手段，以錨桿、噴射混凝土為主要支護(hù)方法，理論、量測(cè)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的一種施工方法。同時(shí)又是一系列指導(dǎo)隧道設(shè)計(jì)和施工的原則?！?錨噴支護(hù)的概況3）要點(diǎn)：(一)因?yàn)閲鷰r是隧道的主要承載單元，所以要在施工中充分保護(hù)和愛(ài)護(hù)圍巖。(二)為了充分發(fā)揮圍巖的結(jié)構(gòu)作用，應(yīng)容許圍巖有可控制的變形。(三)變形的控制主要是通過(guò)支護(hù)阻力(即各種支護(hù)結(jié)構(gòu))的效應(yīng)達(dá)到的。(四)在施工中，必須進(jìn)行實(shí)地量測(cè)監(jiān)控，及時(shí)提出可靠的、足夠數(shù)量的量測(cè)信息，以指導(dǎo)施工和設(shè)計(jì)。這是“新奧法”的重要組成部分。§1錨噴支護(hù)的概況3）要點(diǎn)：(五)在選擇支護(hù)手段時(shí)，一般應(yīng)選擇能大面積的、牢固的與圍巖緊密接觸的、能及時(shí)施設(shè)和應(yīng)變能力強(qiáng)的支護(hù)手段。(六)要特別注意，隧道施工過(guò)程是圍巖力學(xué)狀態(tài)不斷變化的過(guò)程。(七)在任何情況下，使隧道斷面能在較短時(shí)間內(nèi)閉合是極為重要的。。(八)在隧道施工過(guò)程中，必須建立設(shè)計(jì)—施工檢驗(yàn)—地質(zhì)預(yù)測(cè)—量測(cè)反饋—修正設(shè)計(jì)的一體化的施工管理系統(tǒng)，以不斷地提高和完善隧道施工技術(shù)。上述隧道施工的基本原則可扼要地概括為：“少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉”。§1錨噴支支護(hù)的的概況況控制爆爆破錨噴支支護(hù)監(jiān)控量量測(cè)新奧法法三大要素素§1錨噴支支護(hù)的的概況況開(kāi)挖初期支護(hù)二次支護(hù)三項(xiàng)作作業(yè)§1錨噴支支護(hù)的的概況況4）新奧奧法設(shè)設(shè)計(jì)程程序§1錨噴支支護(hù)的的概況況5）新奧奧法與與錨噴噴支護(hù)護(hù)新奧法法不等等同于于錨噴噴支護(hù)護(hù)，錨錨噴支支護(hù)與與新奧奧法既既有密密切的的聯(lián)系系又有有原則則的區(qū)區(qū)別。。正是是由于于發(fā)展展了利利用錨錨噴支支護(hù)的的快速速有效效的支支護(hù)施施工手手段，，才有有可能能使新新奧法法的基基本原原則得得以實(shí)實(shí)現(xiàn)。。若不不按照照新奧奧法的的要求求適時(shí)時(shí)進(jìn)行行錨噴噴支護(hù)護(hù)，不不把圍圍巖看看成自自承結(jié)結(jié)構(gòu)，，不充充分發(fā)發(fā)揮圍圍巖的的自承承作用用，即即使大大量采采用錨錨噴支支護(hù)，，也不不能認(rèn)認(rèn)為是是應(yīng)用用了新新奧法法。§1錨噴支支護(hù)的的概況況7.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)與與施工工的基基本原原則1.采取各各種措措施，，確保保圍巖巖不出出現(xiàn)有有害松松動(dòng)2.調(diào)節(jié)控控制圍圍巖變變形，，在不不進(jìn)入入有害害的松松動(dòng)的的條件件下適適度發(fā)發(fā)展，，以便便最大大程度度的發(fā)發(fā)揮圍圍巖的的自承承能力力。3.保證錨錨噴支支護(hù)與與圍巖巖形成成共同同體。。4.選擇合合理的的支護(hù)護(hù)類型型與參參數(shù)并并充分分發(fā)揮揮其功功效。。5.采取正正確的的施工工方法法。6.依據(jù)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)監(jiān)測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)指指導(dǎo)設(shè)設(shè)計(jì)施施工。。錨噴支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的的設(shè)計(jì)計(jì)§2錨噴支支護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)錨桿的作用和效果概念圖①支承圍巖錨桿能限制約束圍巖變形，并向圍巖施加壓力，從而使處于二軸應(yīng)力狀態(tài)的洞室內(nèi)表面附近的圍巖保持三軸應(yīng)力狀態(tài)，因而能制止圍巖強(qiáng)度惡化。②加固圍巖

由于系統(tǒng)錨桿的加固作用，使圍巖中，尤其是松動(dòng)區(qū)中的節(jié)理裂隙、破裂面等得以聯(lián)結(jié)，因?yàn)樵龃罅隋^固區(qū)圍巖的強(qiáng)度（即c、φ值）；錨桿對(duì)加固節(jié)理發(fā)育的巖體和圍巖松動(dòng)區(qū)十分有效，有助于裂隙巖體和松動(dòng)區(qū)形成整體，成為“加固帶”。1.錨桿的的作用用和效效果§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)錨桿的作用和效果概念圖③提高層間阻力，形成“組合梁”

對(duì)于水平或緩傾斜的層狀圍巖，用錨桿群能把數(shù)層巖層連在一起，增大層理間摩阻力，從結(jié)構(gòu)力學(xué)觀點(diǎn)看就是形成“組合梁”④“懸吊”作用

所謂“懸吊”作用是指為防止個(gè)別危巖的掉落或滑落，用錨桿將其同穩(wěn)定的圍巖聯(lián)結(jié)起來(lái)，這種作用主要表現(xiàn)在加固局部失穩(wěn)的巖體。1.錨桿的的作用用和效效果§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)2.錨桿類類型①全長(zhǎng)粘粘結(jié)型型主要有有普通通水泥泥砂漿漿錨桿桿、樹(shù)樹(shù)脂錨錨固錨錨桿、、早強(qiáng)強(qiáng)水泥泥砂漿漿錨桿桿、樹(shù)樹(shù)脂錨錨桿、、水泥泥卷錨錨桿、、中空空注漿漿錨桿桿和自自鉆式式注漿漿錨桿桿等。。§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)2.錨桿類類型②端頭錨錨固型型主要有有機(jī)械械錨固固錨桿桿、樹(shù)樹(shù)脂錨錨固錨錨桿、、快硬硬水泥泥卷端端頭錨錨桿等等?！?.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)2.錨桿類類型②端頭錨錨固型型主要有有機(jī)械械錨固固錨桿桿、樹(shù)樹(shù)脂錨錨固錨錨桿、、快硬硬水泥泥卷端端頭錨錨桿等等?！?.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)②端頭錨錨固型型§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)②端頭錨錨固型型§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)②摩擦型型主要有有縫管管錨桿桿、楔楔管錨錨桿和和水脹脹錨桿桿等§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)②摩擦型型§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)3.錨桿的的設(shè)計(jì)計(jì)與計(jì)計(jì)算①錨錨桿承承載力力計(jì)算算②錨錨桿錨錨固長(zhǎng)長(zhǎng)度確確定③錨錨桿直直徑的的確定定④錨錨桿間間距的的確定定§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)3.錨桿的的設(shè)計(jì)計(jì)與計(jì)計(jì)算①錨錨桿承承載力力計(jì)算算當(dāng)塊體體危石石墜落落時(shí)，，除使使錨桿桿受拉拉外，，還對(duì)對(duì)錨桿桿產(chǎn)生生剪切切作用用。§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)3.錨桿的的設(shè)計(jì)計(jì)與計(jì)計(jì)算①錨錨桿承承載力力計(jì)算算如圖所所示，，根據(jù)據(jù)靜力力平衡衡及正正弦定定理有有：式中：：N是錨桿桿所受受拉力力；Q是錨桿桿所受受剪力力；G是危石石重量量或一一根錨錨桿承承擔(dān)的的巖石石重量量；ξ是錨桿桿與地地質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)面面的夾夾角；；φ1是錨桿桿與垂垂直線線夾角角?！?.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)3.錨桿的的設(shè)計(jì)計(jì)與計(jì)計(jì)算②錨錨桿錨錨固長(zhǎng)長(zhǎng)度確確定◆錨固固深度度L1根據(jù)錨錨桿抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度與與砂漿漿粘結(jié)結(jié)力相相等的的等強(qiáng)強(qiáng)度原原則，，可確確定錨錨桿的的錨固固深度度L1：其中：：d是錨桿桿直徑徑，φ16~22螺紋鋼鋼筋；；D是鉆孔孔直徑徑；k安全系系數(shù)，，3-5；τ是砂漿漿與巖巖孔之之間的的抗剪剪強(qiáng)度度。實(shí)實(shí)踐中中要求求L1大于30厘米；；§2.錨噴支支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)3.錨桿的的設(shè)計(jì)計(jì)與計(jì)計(jì)算②錨錨桿錨錨固長(zhǎng)長(zhǎng)度確確定錨桿長(zhǎng)長(zhǎng)總度度L：L=L1+L2+L3式中：L1是錨固深度度；L2為不穩(wěn)定巖巖層厚度；；L3是外露長(zhǎng)度度（約小于于噴射混凝凝土厚度））.§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)3.錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)與計(jì)算③錨桿直直徑的確定定以抗拉為例例，錨桿直直徑可用下下式計(jì)算:式中：K是安全系數(shù)數(shù)，可取2；Rg是錨桿抗拉拉強(qiáng)度；N是錨桿所受受拉力；d是錨桿直徑徑?！?.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)3.錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)與計(jì)算④錨桿間間距的確定定若等間距布布置，每根根錨桿所負(fù)負(fù)擔(dān)的巖體體重量即為為所受荷載載。其中：γ是巖體容重重；b錨桿間距，，一般L2>2b；k安全系數(shù)2-3。§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)噴射混凝土的作用和效果概念圖①支承圍巖

由于噴層能與圍巖密貼，并給圍巖表面以抗力和剪力，從而使圍巖處于三向受力的有利狀態(tài)，防止圍巖強(qiáng)度惡化；噴層本身的抗沖切能力阻止不穩(wěn)定塊體的滑塌②“卸載”作用

由于噴層屬柔性，能有控制地使圍巖在不出現(xiàn)有害變形的前提下，進(jìn)行一定程度的變形，從而使圍巖“卸載”，同時(shí)噴層忠的彎曲應(yīng)力減小，有利于混凝土承載力的發(fā)揮4.噴射混凝土土的作用和和效果§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)噴射混凝土的作用和效果概念圖③填平補(bǔ)強(qiáng)圍巖

噴射混凝土可射入圍巖張開(kāi)的裂縫，填充表面凹穴，使裂隙分割的巖層面粘聯(lián)在一起，保護(hù)巖塊之間的咬合、鑲嵌作用，提高其間的粘結(jié)力，摩阻力，有利于防止圍巖松動(dòng)，并避免或緩和圍巖應(yīng)力集中④覆蓋圍巖表面

噴層直接粘貼巖面，形成風(fēng)化和止水的防護(hù)層，并阻止節(jié)理裂隙中填充物流失4.噴射混凝土土的作用和和效果§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)噴射混凝土的作用和效果概念圖⑤阻止圍巖松動(dòng)

噴層能緊跟掘進(jìn)進(jìn)程后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，早期強(qiáng)度較高，因而能及時(shí)向圍巖提供抗力，阻止圍巖松動(dòng)⑥分配外力

通過(guò)噴層把外力傳給錨桿、鋼拱架等，使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻分擔(dān)4.噴射混凝土土的作用和和效果§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)5.鋼筋網(wǎng)及鋼纖維的作用及效果概念圖①減少裂縫數(shù)量和限制裂縫寬度②提高支護(hù)抗震能力③使噴層應(yīng)力得到均勻分布，改善變形性能，增強(qiáng)錨噴支護(hù)的整體性④增強(qiáng)噴層的柔性⑤提高噴層承載力6.鋼拱架的作用及效果概念圖①加強(qiáng)限制圍巖變形

因鋼拱架剛度較大，它對(duì)圍巖松弛變形的限制更強(qiáng)硬②作為超前支護(hù)的后支點(diǎn)③承載部分松弛荷載

因鋼拱架的強(qiáng)度較大，它可以承受已發(fā)生的松弛荷載，保證坑道穩(wěn)定和安全按§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)7.錨噴支護(hù)的的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介介1.工程類比法法工程類比法法主要是在在編制圍巖巖分級(jí)表的的基礎(chǔ)上，，結(jié)合擬建建工程的圍圍巖等級(jí)與與工程尺寸寸等條件，，比照已建建類似工程程經(jīng)驗(yàn)，直直接確定錨錨噴支護(hù)參參數(shù)與施工工方法。①確定支護(hù)參參數(shù)圍巖分五類類：穩(wěn)定、基本本穩(wěn)定、穩(wěn)穩(wěn)定性差、、不穩(wěn)定、、極不穩(wěn)定定。國(guó)內(nèi)：噴噴錨厚度5—20cm§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)7.錨噴支護(hù)的的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介介1.工程類比法法①確定支護(hù)參參數(shù)錨桿：

直徑：16—25mm長(zhǎng)度：2—4m間距：不大于錨桿長(zhǎng)度的二分之一（不良圍巖不大于1.25m）錨桿：一般與周邊垂直，能找到主結(jié)構(gòu)面應(yīng)盡量與之垂直。噴混凝土力學(xué)指標(biāo)：（0.5MPa）標(biāo)號(hào)≥C20抗拉強(qiáng)度≥15抗?jié)B指標(biāo)≥黏結(jié)強(qiáng)度≥5（1.5MPa）§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)②選定適宜的的支護(hù)時(shí)間間（時(shí)間）徑向位移32324#5#支護(hù)抗力最小點(diǎn)圍巖變形大則作用在支護(hù)上的壓力愈小3—3線表明比2—2線支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度大，則穩(wěn)定平衡時(shí)傳到支護(hù)上的壓力也越大。穩(wěn)定圍巖所要的支護(hù)抗力適宜支護(hù)時(shí)間圍巖與支護(hù)護(hù)共同作用用下的變形形曲線§2.錨噴支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)7.錨噴支護(hù)的的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介介2.理論計(jì)算法法理論計(jì)算設(shè)設(shè)計(jì)法是在在測(cè)得巖體體和支護(hù)參參數(shù)的前提提下，根據(jù)據(jù)圍巖力學(xué)學(xué)特征建立立力學(xué)模型型，通過(guò)計(jì)計(jì)算確定支支護(hù)參數(shù)的的方法。力學(xué)關(guān)系為為：在支護(hù)護(hù)阻力