新奥法隧道结构设计隧道工程(5)新奥法锚喷结构设计.ppt

新奥法隧道结构设计隧道工程(5)新奥法锚喷结构设计
轴
锚喷支护结构的受力与计算
1、锚杆支护结构
⑴ 锚杆类型
① 全长粘结型
② 端头锚固型
全长粘结型
计的力学原理：采用的是围岩体和柔性支护共同变形的弹塑性理论。
② 弹塑性理论的基本概念：基于材料试验弹塑性曲线
③ 对于圆形隧道，作如下假定：
● 围岩为均质、各向同性的连续弹塑性体；
● 初始应力为自重应力场；
● 隧道视为无限体中的孔洞问题；
● 采用莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则为塑性屈服判据。
④ 均质围岩中圆形隧道的弹性解
⑤ 均质围岩中圆形隧道的塑性解
● 基本方程：
● 边界条件：
● 塑性解：
⑥ 弹性区与塑性区边界上的连续条件
当r=R时，
⑦ 塑性区半径与支护抗力的关系
⑧ 由洞周位移计算围岩压力
● 弹性区引起的应力增量：
● 围岩引起的径向应变：
● 由以上关系得：
● 弹塑性边界上的径向位移：
● 据弹性区应力和摩尔库仑关系得：
● 变形过程中假设塑性区体积不变：
● 用洞周位移 表达的围岩压力
⑨ 围岩支护特性曲线
⑶ 锚喷支护结构承载力计算
① 初期支护（外拱）设计与计算
●初选喷层厚度t，可按照经验公式：t=， r0是隧道半径
●确定锚杆直径、长度和间距
●喷层支护抗力：
●承载环内岩体的抗力：
●锚杆的抗力：
●其它支护提供的抗力：
●总支护抗力：
② 二次支护（内拱）设计与计算
●内拱的承载力常是一种安全储备，安全系数
●内拱承载力： K=~
●内拱厚度：
(4) 隧道围岩位移量的容许值
① 影响隧道周边最终位移量的因素
● 岩体的物理力学性质
● 原始地应力大小
● 开挖方式（全断面开挖小）
● 掘进速度（速度越快位移越小）
● 支护时机
● 支护方式
② 隧道周边容许位移量的确定原则
● 城市地下隧道的下沉量尽量小，一般不能超过5~10毫米；
● 浅埋山岭隧道容许位移量可以大些，一般小于30毫米；
● 深埋隧道洞周的位移不致引起有害松动为原则，一般30毫米左右；
埋深
围岩
<50m
50~300m
>300m
IV
~
~
~
III
~
~
~
II
~
~
~
相对位移值指实测位移值与两测点距离之比；
脆性围岩取小值，塑性围岩取大值；
I、V、VI类围岩可按工程类比选定容许值范围；
表中数据可在施工中做调整；
③ 一些容许位移量控制标准
● 我国《公路隧道施工技术规范》JTJ042-94规定容许位移；
● 法国工业部规定地下工程拱顶处围岩最大容许位移量
隧道埋深/m
硬质岩/cm
塑性地层/cm
10~50
1~2
2~5
50~500
2~6
10~20
>500
6~12
20~40
● 国外隧道工程师根据现场量测数据大小制定的危险警戒标准
等级
标 准
措施
三级警戒
任一点位移大于10mm
报告管理人员
二级警戒
两相邻测点位移均大于15mm或任一测点位移速度超过15mm/月
口头报告，召开会议，写书面报告及建议
一级警戒
位移大于15mm，且多处测点位移均在加速
主管工程师立即现场调查，召开现场会议，研究应急措施
⑸ 二次衬砌支护时间选择原则
● 各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；
● 已产生的各项位移已达预计总位移量的80%~90%；
● ~，或拱顶下沉速率小于 ~
锚喷支护施工原则
实施锚喷支护施工原则，是为了达到技术上可靠和经济上合理的目的
1、采取各种措施，确保围岩不出现有害松动
⑴ 洞形及侧压系数的选择问题，即在洞室的布置和造型上应适应原岩应力状态和岩体的地质、力学特征，尽量争取一个较好的受力条件。
⑵ 采用控制爆破技术：减少对围岩的扰动强度
⑶ 减少对围岩的扰动次数：尽可能采用全断面一次开挖
⑷ 初期支护及时快速：及时是抑制围岩变形的有害发展
⑸ 合理利用开挖面空间效应抑制围岩变形
● 开挖面的“空间效应”，是指洞室在掘进过程中，由于受到开挖面的约束，使开挖面附近的围岩不能立即释放其全部位移，这种现象称为开挖面的“空间效应”
⑹ 尽量减少其他