新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计.docx

第七章锚喷支护结构的设计与施工



7・1概述
支护结构理论的发展
1920年以前的古典压力理论阶段:
•特点：作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重量yH
•代表:海姆()、朗肯()和金尼克等理论
随着开挖深度的增加,人们越来越多的发现,古典压力理论 不符合实际情况,于是出现了散体压力理论。
⑵1920〜1960年代的松散体理论阶段:
•特点:当地下工程埋深较大时，作用在支护结构上的压力, 不是上覆岩层的重量，而只是围岩坍落拱内的松散岩体的重量。
•代表:太沙基()和普氏理论
⑶60年代后发展期来的现代支护理论阶段:
•特点:围岩和支护结构共同组成了承载的支护体系,其中围岩 是主要的承载结构,而支护结构是辅助性的，但也不可缺少。
•代表：新奥法理论是其典型代表。
2、现代支护理论与设计要点
(1)现代支护理论
一切方法、手段和措施都围绕围岩稳定为目的;
支护与围岩视作统一的复合体,支护合围岩共同作用；
在复合体中，围岩是承载主体，最大限度的发挥围岩的自承 能力,同时也要发挥支护结构的承载能力；
凭借现场试验和监测手段，划定围岩级别,获得力学参数, 指导设计施工；
对不同的地质条件,力学特征的围岩,灵活采用不同支护方 式,力学计算模型。如荷载-结构模型、经验类比模型等;
（2）基本要求
支护必须与周围岩体大面积的牢固接触,即保证支护■围岩 作为一个统一的支护体系而共同工作；
重视初期支护的作用，并使初期支护与二次支护相互配合， 协调一致的工作；
要允许围岩及支护结构产生有限的变形,以允许发挥围岩的 承载作用而减少支护结构的受力。为此要求对支护结构的刚度、 构造给予充分的注意；
必须保证支护结构及时施作。如支护施作过晚，会使围岩暴 露时间过长,产生过渡的位移而濒临破坏,所以应在坑道围岩 达到极限平衡之前发挥其承载作用；
支护结构要根据坑道围岩的实际动态，及时进行调整和修改 以适应不断变化的围岩状态;
3、锚喷支护与传统支护的区别
对围岩和围岩压力的认识上:
•传统支护理论:围岩压力由洞室塌落的围岩”松散压力”造成 的；
•锚喷支护理论:围岩具有自承能力，围岩作用在支护上的压力 不是松散压力，而是阻止围岩变形的形变压力。
⑵在围岩和支护间的相互关系上：
•传统支护理论：将围岩与支护分开考虑,视为”荷载-结构”体 系
•锚喷支护理论:将围岩和支护视为统一体,二者组成”围岩-支 护”体系共同参与工作。
（3） 在支护功能和作用原理上:
•传统支护理论:支护只是为了承受荷载；
•锚喷支护理论:支护是为了及时稳定和加固围岩。
（4） 在设计计算方法上：
•传统支护理论:主要是确定作用在支护上的荷载； •锚喷支护理论：设计的作用荷载是岩体的地应力,围岩和支护 共同承载；
⑸在支护形式和工艺上
•传统支护理论:模注混凝土 ； •锚喷支护理论:施工方法简单，灵活，不需模板,无需回填, 在围岩松动之前能及时加固围岩。
4、锚喷支护的特点（主要在机理和工艺上）
（1）及时性：喷射碇，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力
⑵ 粘贴性:喷射召仝与围岩能全面密贴粘结,粘结力一般可达 70kg/cm3;
粘结有三种作用：
连锁作用；②复合作用；③增强作用（填充凹隙穴）
⑶柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展, 发挥自承能力；
⑷深入性:锚杆可深入围岩一定深度加固围岩,形成承载圈
⑸灵活性:支护类型、参数、数量可灵活调整。
⑹封闭性：可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。

1、锚杆支护结构
⑴锚杆类型
①全长粘结型
全长粘结型
端头锚
型
2
〔」+(9〜2—告
S
③摩察型
杆体
上楔 刁楔 开賛径管 j
/J6板
— J
庶焊 定位销 g
- 1
- '
N挡环
捋环
》垫板 r
④预应力型
（2）锚杆的力学作用
锚杆是利用围岩自身强度来支护围岩，属于内部支护，其对围 岩的力学效应主要有以下作用:
悬吊作用:将不稳定岩层 悬吊在坚固岩层上,阻止围岩 移动滑落。
减跨作用:在隧道顶板岩层中大入锚杆,相当于在顶板上增 加了支点，使隧道跨度减小,从而使顶板岩体应力减小。
减跨作用
组合梁作用:在岩层中大入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在 一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力。