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新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计.ppt


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新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
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新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
概述
1、支护结构理论的发展
⑴ 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上增加了支点,使隧道跨度减小,从而使顶板岩体应力减小。
③ 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。
减跨作用
组合梁作用
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
④ 挤压加固作用(整体加固作用):预应力锚杆群锚入围岩后,其两端附近岩体形成圆锥形压缩区,按照一定间距排列的锚杆在预应力作用下构成一个均匀的压缩带,即承载环。压缩带中的岩体处于三向应力状态,显著提高围岩强度。
整体加固作用
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
⑶ 锚杆的设计与计算
① 锚杆承载力计算
当块体危石坠落时,除使锚杆受拉外,还对锚杆产生剪切作用,如图所示,根据静力平衡及正弦定理有:
式中:N是锚杆所受拉力;Q是锚杆所受剪力;G是危石重量或一根锚杆承担的岩石重量;是锚杆与地质结构面的夹角;是锚杆与垂直线夹角。
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
② 砂浆锚杆所需锚固长度
● 锚杆直径d:
以抗拉为例,锚杆直径可用下式计算:
式中:K是安全系数,可取2;Rg是锚杆抗拉强度;N是锚杆所受拉力;d是锚杆直径。
● 锚固深度L1:
根据锚杆抗拉强度与砂浆粘结力相等的等强度原则,可确定锚杆的锚固深度L1:
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
其中:d是锚杆直径, 螺纹钢筋;D是钻孔直径;k安全系数,3-5; 是砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 大于30厘米;
● 锚杆长总度L:
式中:L1是锚固深度;L2为不稳定岩层厚度;L3是外露长度(约小于喷射混凝土厚度);
⑶ 锚杆间距的确定:若等间距布置,每根锚杆所负担的岩体重量即为所受荷载。
其中,γ是岩体容重;b锚杆间距,一般L1>2b;k安全系数2-3。
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
砂浆锚杆的承载力:
⑸ 加固裂隙围岩:若在隧道顶部出现裂隙,为防止进一步扩展危及顶部岩体稳定,可采用预应力锚杆加固。
⑷ 支护块状围岩:围岩塌落总是从危石开始,可能形成连锁反应。
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
假设裂隙受到预加力T和水平方向压力P,则裂隙法向力和抗滑力分别为:
是裂隙面内摩察角,沿裂隙面的下滑力必须满足的条件:
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
2、喷混凝土支护结构
喷射砼(干喷)是将水泥、砂子、石子、速凝剂按一定的比例均匀的搅拌后送入喷射机,借助压缩空气将干混合料通过管道压送到喷头与高压水混合,以很高的速度喷射到岩壁表面凝结而成的砼。它是通过局部稳定围岩和整体稳定围岩起支护作用。
⑴ 喷射砼的作用
① 充填裂隙加固围岩;
② 找平,封闭围岩表面防止风化;
③ 喷砼与围岩组成共同承载结构。
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
⑵ 局部稳定原理
危石除用锚杆支护外,也可用喷射混凝土层支护。在危石重力作用下混凝土喷层可能出现冲切破坏和撕裂破坏。
① 抗冲切计算
喷层厚度必须满足:
其中: 为喷射混凝土抗拉强度(理论上应是抗剪强度,因抗剪强度较大,计算不安全);u为危石底面周长,k是安全系数3~5。
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② 抗撕裂计算
其中: 是喷层和岩石之间的计算粘结强度。
为此,需求出危石自重作用下在喷层与岩石之间的拉应力q的大小,利用弹性半地基上的半无限长梁公式: ; 其中 ;K岩体弹性系数;E是混凝土弹性模量。当x=0端点时,有最大值:
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
⑶ 整体稳定原理
喷混凝土层与围岩体表面紧密粘结、咬合、使洞室表面岩体形成较平顺的整体,依靠结合面处的抗拉、抗压、抗剪能力,与岩体密贴组成“组合结构”或“整体结构物”共同工作。
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3、锚喷联合支护
⑴、锚喷联合支护修建隧道的基本概念
锚杆是深层加固围岩,喷射混凝土是表层及局部加固围岩
锚喷支护不单纯是一种施工方法,而且是一种指导原则和思路
● 围岩是隧道稳定的基本部分,尽量维护围岩体的强度特性
● 支护结构要薄而具有柔性,并与围岩密贴,使因产生弯矩而破坏的可能性达到最小

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  • 时间2022-07-27