地下工程施工工藝之隧道支護(hù)技術(shù)

1、地下工程施工之隧道支護(hù)技術(shù)西南交通大學(xué)土木學(xué)院第四章 隧道支護(hù)技術(shù) 概 述 坑道支護(hù)體系是由巖體和支護(hù)結(jié)構(gòu)兩部分組成的，在通常情況下，巖體是主要的承載單元，而支護(hù)結(jié)構(gòu)是輔助性的，但也是不可缺少的。在某些特殊情況下，支護(hù)結(jié)構(gòu)也是主要的承載單元， 支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本作用： 保持坑道斷面的使用凈空； 防止巖體質(zhì)量的進(jìn)一步惡化； 承受可能出現(xiàn)的各種荷載； 使坑道支護(hù)體系有足夠的安全度。第一節(jié) 概述 一個(gè)理想的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足如下基本要求： 1、必須能與周圍巖體大面積地牢固接觸，即保證支護(hù)圍巖體系作為一個(gè)統(tǒng)一的整體工作。接觸狀態(tài)的好壞，不僅改變了荷載的分布圖形，也改變了兩者之間相互作用的性質(zhì)。 由于施工方法、

2、支護(hù)類型的不同，兩者的接觸狀態(tài)也是不同的。根據(jù)不同的開挖和支護(hù)方法，兩者的接觸狀態(tài)可作如下分類：第一節(jié) 概述分為A、B、C、D四類。 由于接觸狀態(tài)的不同，對(duì)圍巖應(yīng)力分布，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)等都有著重要的影響。 第一節(jié) 概述四類接觸狀態(tài)的力學(xué)聯(lián)系大致如圖所示。 接觸不同，在支護(hù)一圍巖體系中發(fā)生的力學(xué)過程也是不同的，這在建立某種計(jì)算方法時(shí)是必須解決的， 現(xiàn)代支護(hù)理論的研究多數(shù)是以全面接觸為出發(fā)點(diǎn)的。因此在施工作業(yè)時(shí)必須盡量實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 第一節(jié) 概述2、重視早期支護(hù)的作用，并使早期支護(hù)與永久支護(hù)相互配合，協(xié)調(diào)一致地工作。 過去在支護(hù)處理上，常分為臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)兩種，臨時(shí)支護(hù)的主要目的是為了暫時(shí)

3、地、迅速地控制坑道圍巖的力學(xué)過程，為永久支護(hù)創(chuàng)造有利條件。只把永久支護(hù)作為基本的承載的支護(hù)結(jié)構(gòu)，完全忽視了臨時(shí)支護(hù)的作用。隨著支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，逐步把臨時(shí)支護(hù)與永久支護(hù)合并考慮，臨時(shí)支護(hù)亦作為永久支護(hù)的一個(gè)重要部分。 如： 噴射混凝土 錨桿支護(hù)、薄板混凝土支護(hù)、鋼纖維噴混凝土。第一節(jié) 概述3、要允許坑道支護(hù)體系產(chǎn)生有限制的變形，以充分協(xié)調(diào)地發(fā)揮兩者的共同作用。 要求支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度小，構(gòu)造具有一定的柔性或可縮件。 允許坑道支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變形，充分發(fā)揮圍巖的承載作用而減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用， 綜合來說，使兩者協(xié)調(diào)工作。 目前的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其剛度相對(duì)地降低很多，即以采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)為主。與過去的剛性支護(hù)結(jié)

4、構(gòu)現(xiàn)灌混凝土襯砌相比，厚度有了大幅度減小。柔性結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生一定的變形，使支護(hù)圍巖中的應(yīng)力重新調(diào)整。第一節(jié) 概述4、必須保證支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)及時(shí) 前已指出，支護(hù)過晚會(huì)使圍巖暴露，產(chǎn)生過度的位移而瀕臨破壞（極限平衡），因此，應(yīng)在坑道圍巖達(dá)到極限平衡之前開始發(fā)揮作用。 坑道開挖后要及時(shí)地、盡快地加以支護(hù)，其目的在于控制圍巖的初始位移，這一點(diǎn)在埋深小、圍巖差的情況下，尤其重要。 第一節(jié) 概述5、作為支護(hù)結(jié)構(gòu)要根據(jù)坑道圍巖的動(dòng)態(tài)（位移、應(yīng)力），及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整和修改 適應(yīng)不斷變化的圍巖狀態(tài)。這一點(diǎn)在傳統(tǒng)的木支撐條件下，也是較難實(shí)的，而用現(xiàn)代支護(hù)技術(shù)，則可采取分次噴射，增設(shè)錨桿或調(diào)整其參數(shù)（間距、錨桿直徑和長(zhǎng)度）

5、等方法來實(shí)現(xiàn)。 顯然，某一種支護(hù)結(jié)構(gòu)要完全滿足上述技術(shù)要求是很困難的，這就要求我們對(duì)各種類型的支護(hù)結(jié)構(gòu)有一正確的評(píng)價(jià)，以便根據(jù)變化的地質(zhì)條件進(jìn)行合理的選擇。第二節(jié) 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分類及基本參數(shù)一、根據(jù)其使用目的分類防護(hù)型支護(hù) 頂部防護(hù)，支護(hù)中最輕型者，不能阻止和承受巖體壓力，僅用以封閉巖面，防止坑道圍巖進(jìn)一步惡化。通常是噴漿、噴混凝土或單獨(dú)錨桿來完成的。構(gòu)造型支護(hù) 基本穩(wěn)定的巖體，長(zhǎng)時(shí)間坑道不會(huì)失穩(wěn)或破壞。此時(shí)力學(xué)行為是彈性的，支護(hù)構(gòu)造參數(shù)只滿足施工要求，如混凝土最小厚度、錨桿的最小直徑及長(zhǎng)度等。在這種情況下支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造參數(shù)，不由計(jì)算決定，是由施工構(gòu)造決定。常用噴混凝土、錨桿和金屬網(wǎng)、模筑混凝

6、土等支護(hù)構(gòu)件。承載型支護(hù) 是坑道支護(hù)的主要類型。視坑道圍巖的力學(xué)動(dòng)態(tài)，分為輕、中、重型。視頂壓力和側(cè)壓力大小，采用頂部支護(hù)和完全支護(hù)。 第二節(jié) 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分類及基本參數(shù)二、根據(jù)采用的材料分類1、木支撐2、鋼支撐3、錨桿和金屬網(wǎng)支護(hù)4、混凝土和噴混凝土支護(hù)（1）混凝土支護(hù)、包括混凝土預(yù)制塊支護(hù)（2）噴混凝土支護(hù)5、組合支護(hù)（1）鋼支撐加背板（2）噴混凝土與錨桿（3）噴混凝土、鋼支撐和錨桿等第二節(jié) 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分類及基本參數(shù)三、各類支護(hù)結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征及其存在的問題木支撐：多數(shù)采用立柱或支架形式，直到不久之前（至少在歐洲、美國(guó)和亞洲）它還是廣泛采用的，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是開挖支護(hù)的唯一手段。鋼支撐：可迅速

7、架設(shè)并有足夠的阻力，能變換支撐剛度，與圍巖接觸條件比木支撐好。在美國(guó)、歐洲等地，這種鋼支撐大多數(shù)是不拆除的，作為永久襯砌的一部分。錨桿支護(hù)：是支護(hù)技術(shù)的一大進(jìn)展，基本作用是從內(nèi)部提高巖體的承載能力。預(yù)應(yīng)力的錨桿更易形成主動(dòng)的支護(hù)力，阻止巖體強(qiáng)度降低。一般說錨桿的支護(hù)阻力是不充分的，但可隨時(shí)給以加強(qiáng)。第二節(jié) 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分類及基本參數(shù)模筑混凝土支護(hù)：模筑混凝土支護(hù)能起到迅速有效地支護(hù)暴露巖體這樣的目的。但模筑混凝土的厚度幾乎不會(huì)小于0.300.40m，由此會(huì)使開挖成本增加。噴漿：是一種噴射3cm厚的水泥砂漿的方法，在50年代初代替了頂部防護(hù)木支撐，現(xiàn)在用來防止暴露巖面的風(fēng)化，它的進(jìn)一步發(fā)展是噴混

8、凝土，即把摻有速凝劑和骨料的混凝土噴射在暴露巖面上（厚度5-15cm），使巖體在松弛之前得到加強(qiáng)和支護(hù)。 噴混凝土：支護(hù)方法最好，尤其在圍巖緊密結(jié)合和迅速施噴方面。在巖體條件和坑道形狀的適應(yīng)性上，噴混凝土支護(hù)方法也是突出的，它的支護(hù)能力很高，并可隨時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)。第二節(jié) 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分類及基本參數(shù)四、隧道支護(hù)類型的選擇 隧道支護(hù)類型的選擇主要根據(jù)下述條件決定：（1）對(duì)預(yù)計(jì)的主要巖體類型的評(píng)價(jià)；（2）對(duì)巖體類別變化的適應(yīng)性；（3）對(duì)很大的或特殊地壓的適應(yīng)性；（4）對(duì)地下水性質(zhì)的適應(yīng)性；（5）經(jīng)濟(jì)性；（6）作業(yè)時(shí)間消耗。第二節(jié) 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分類及基本參數(shù) 支護(hù) 類型要求木支撐鋼支撐錨桿加金屬網(wǎng)混凝土支

9、護(hù) 混合支護(hù)防護(hù)混凝土噴漿噴混凝土鋼支撐木噴混凝土鋼支撐短錨桿噴混凝土鋼支撐鋼背板緊密接觸1203-31 3 2全面接觸1103-31 3 2迅速施設(shè)0130-31 2 2支護(hù)阻力小1213-22 3 3預(yù)加應(yīng)力的可能性1120-01 2 1以后加強(qiáng)的可能性2231-32 3 2頂替造成的危害1-33-21 - -對(duì)巖體性質(zhì)的適應(yīng)性2211-32 3 3對(duì)坑道形狀的適應(yīng)性0131-31 3 2排水條件3132-33 3 1第二節(jié) 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分類及基本參數(shù) 支護(hù)方法地質(zhì)數(shù) 據(jù) 木支撐鋼支撐錨桿加金屬網(wǎng)防護(hù)混凝土噴漿噴混凝土鋼支撐木背板噴混凝土鋼支撐短錨桿噴混凝土鋼支撐鋼背板巖石強(qiáng)度高12303

10、22 1 0巖石強(qiáng)度中等1212022 3 2粘性土1202012 3 3松散土0200001 1 3高巖壓或較小巖石強(qiáng)度22-301-2002-33-4 2裂隙間距小1202131 3 2裂隙間距大2131121 2 1很小分離度2132332 3 0很高分離度1212031 2 0張開裂隙1112021 3 0粘土充填裂隙1212031 3 3構(gòu)造非對(duì)稱1213031 3 2潮濕2322022 2 2擠入壓力或強(qiáng)烈水流入1201001 2 3第二節(jié) 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)分類及基本參數(shù) 0不可用的；1可用的；2合適的；3很好的第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式一、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算的特點(diǎn)拱涵靜

11、力學(xué)模式（結(jié)構(gòu)荷載）：長(zhǎng)期以來，地下結(jié)構(gòu)的計(jì)算一直采取拱涵靜力學(xué)的力學(xué)模式。即支護(hù)結(jié)構(gòu)為拱形推力結(jié)構(gòu)，承受巖體的主動(dòng)和被動(dòng)荷載，這種簡(jiǎn)化與地下結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)相差很大。但對(duì)有支護(hù)的坑道，如明挖隧道（淺埋地鐵、明洞），采用拱涵力學(xué)模式，承受回填材料重量的結(jié)構(gòu)與拱涵的工作狀態(tài)是一致的。圓管（孔洞）靜力學(xué)模式（巖體力學(xué)）：現(xiàn)代巖體力學(xué)理論證實(shí)，在無支護(hù)坑道中，坑道本身是承載結(jié)構(gòu)，工作狀態(tài)接近于半無限或無限介質(zhì)中的孔洞。其荷載效應(yīng)不存在，是由巖體承載能力來負(fù)擔(dān)，與拱涵力學(xué)模式完全不同。采用圓管靜力學(xué)模式或半無限及無限介質(zhì)的孔洞力學(xué)模式更為接近。 第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式 拱涵模式 圓

12、管模式明挖隧道 無限介質(zhì)中的孔洞模式第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式 這兩種力學(xué)模式具有重要影響是支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖之間的接觸狀態(tài)和受力狀態(tài)。第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式 地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)模式必須符合下述條件：（1）與實(shí)際工作狀態(tài)一致，能反映巖體的實(shí)際狀態(tài)以及圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的接觸狀態(tài)；（2）荷載假定應(yīng)與在修建洞室過程（各作業(yè)階段）中荷載發(fā)生的情況一致；（3）決定出的應(yīng)力狀態(tài)要與經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用的結(jié)構(gòu)所發(fā)生的事故和破壞情況一致：（4）材料性質(zhì)和數(shù)學(xué)表達(dá)要等價(jià)；只要符合上述條仲，任何計(jì)算方法都會(huì)獲得合理的結(jié)果。第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式二、地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式 地下結(jié)構(gòu)靜力

13、學(xué)與地面工程結(jié)構(gòu)的差異，（1）地面工程結(jié)構(gòu)是抵抗荷載的。而隧道工程，巖體同時(shí)是工程材料、承載結(jié)構(gòu)和荷載。（2）地面結(jié)構(gòu)有大自由空間，構(gòu)件是事先根據(jù)荷載決定的，并用公認(rèn)的方法計(jì)算、驗(yàn)證。地下洞室的荷載是不明確的和變化的。（3）在地面建筑中，設(shè)計(jì)者能夠計(jì)算與荷載假定相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，在隧道工程中不能準(zhǔn)確地計(jì)算出開挖巖體應(yīng)力和變形的變化狀態(tài)。（4）地面工程是根據(jù)計(jì)算、構(gòu)造、經(jīng)濟(jì)考慮工程的材料，而洞室工程的重要構(gòu)件巖體本身就是建筑材料。 依上所述，在隧道設(shè)計(jì)及計(jì)算中，有如下四種模式：第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式（一）結(jié)構(gòu)荷載模式 即傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法。它是把支護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍巖體分割開來，把

14、巖體作為給定荷載，結(jié)構(gòu)作為承載結(jié)構(gòu)，巖體的承載能力既考慮在給定荷載中，也考慮在支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖之間的相互作用上（以抗力形式出現(xiàn)）。這種方法概念清晰、計(jì)算筒便，易為工程師們所接受，目前都是作為設(shè)計(jì)方法而被廣泛采用的。該模式中，把隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)在力學(xué)上和構(gòu)造上作為拱形結(jié)構(gòu)來處理，這個(gè)思想是否合適和合理到何種程度要根據(jù)現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)去判斷。第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式 用荷載結(jié)構(gòu)模式計(jì)算隧道方法的發(fā)展，主要表現(xiàn)在，“荷載”處理上，它大致經(jīng)歷了下述三個(gè)階段： 主動(dòng)荷載模式 主動(dòng)荷載十被動(dòng)荷載模式 實(shí)際荷載模式 第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式 前兩種模式是目前通常采用的，例如在沒有抗力

15、的土體中常采用第一種模式，而在大多數(shù)情況下都采取了第二種模式，第二種模式考慮了結(jié)構(gòu)和巖體之間的相互作用，即局部地體現(xiàn)了隧道作為地下結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，因此它是第一種模式的進(jìn)一步發(fā)展。為了保證抗力的存在，就必須保證結(jié)構(gòu)與圍巖之間的緊密接觸。第三種模式是當(dāng)前正在發(fā)展著的，實(shí)際上它與第一種模式是一致的，只不過荷載是實(shí)地量測(cè)的。 第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式（二）巖體結(jié)構(gòu)模式 即近代的巖體力學(xué)方法，它是把結(jié)構(gòu)和周圍巖體視為一體，作為共同的承載體系 即相互作用模式。這是我們目前在隧道設(shè)計(jì)中力求采用的或正在發(fā)展中的方法。這種方法不再依靠任何一種荷載假定，而是依靠結(jié)構(gòu)與巖體之間的相互作用，在這類方法

16、中目前得到應(yīng)用的有：特征曲線法（收斂約束法）；剪切滑移破壞法；數(shù)值分析法（有限元法）。第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式1、特征曲線法 其的實(shí)質(zhì)是；（1）決定隧道襯砌變形特征曲線；（2）決定巖體的變形特征曲線；（3）建立和求解隧道在巖體產(chǎn)生的荷載作用下變形和巖體在襯砌反作用的阻止下變形之間的協(xié)調(diào)平衡，決定于兩個(gè)特征曲線，一是圍巖收斂曲線（a線），確定與巖體的強(qiáng)度性質(zhì)，應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)等有關(guān)。二是支護(hù)結(jié)構(gòu)的約束曲線（b線），決定于支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、材料性質(zhì)及支護(hù)類型。第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式2、剪切滑移破壞法 以構(gòu)造巖體破壞形態(tài)決定支護(hù)體系承載能力的，方法極其簡(jiǎn)單。但這種簡(jiǎn)化不是

17、從空洞的推理來取得的，而是通過對(duì)工程破壞的考察及模型試驗(yàn)結(jié)果提出的，它在實(shí)踐中獲得較廣泛的應(yīng)用。 這個(gè)方法的實(shí)質(zhì)是：通過試驗(yàn)認(rèn)為支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞很少是由于彎曲而造成的，一般是由于側(cè)壁的剪切破壞，然后按側(cè)壁荷載和剪切破壞阻力之間的平衡進(jìn)行計(jì)算。第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式3、數(shù)值分析法 考慮較多的初始條件和巖體及支護(hù)結(jié)構(gòu)的特征，同時(shí)可以用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，如無拉分析、粘彈性分析、三維的空間效應(yīng)分析等，但這些分析都是在一定的前提下進(jìn)行的，只有前提是正確的或者是可以接受的，計(jì)算結(jié)果才可能是值得信賴的。第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式（三）信息反饋設(shè)計(jì)模式最近幾年由于量測(cè)技術(shù)、計(jì)算

18、機(jī)技術(shù)的發(fā)展和滲透，地下工程結(jié)構(gòu)體系的信息設(shè)計(jì)和施工方法有了很大的發(fā)展。所謂的信息設(shè)計(jì)和施工，實(shí)質(zhì)上是通過施工前和施工過程中的大量信息（情報(bào)）來指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工，以期獲得最優(yōu)地下結(jié)構(gòu)物的一種方法，日本把這種方法叫做情報(bào)化設(shè)計(jì)和施工。也有的叫“現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)設(shè)計(jì)方法”，隧道工程的信息設(shè)計(jì)和施工，其流程如圖所示。第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式第三節(jié) 支護(hù)與圍巖相互作用特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式（四）經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式從當(dāng)前地下工程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀來看，多數(shù)情況是依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的，甚至有的提出“在隧道力學(xué)中不可能進(jìn)行計(jì)算，只能給以必要的假設(shè)”，并指出“首先是提出一個(gè)大致簡(jiǎn)化的力學(xué)模型，然后根據(jù)某些經(jīng)驗(yàn)和工程師的直觀來判斷”，

19、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則大致是：（1）對(duì)圍巖要有一個(gè)分級(jí)，根據(jù)隧道的地質(zhì)調(diào)查結(jié)果編制。（2）編制適合各級(jí)圍巖的支護(hù)體系參數(shù)；（3）編制適合各級(jí)圍巖的施工流程；（4）進(jìn)行施工量測(cè)，掌握巖體動(dòng)態(tài)，及時(shí)修改支護(hù)參數(shù)及施工流程。第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理一、 噴錨支護(hù)與傳統(tǒng)支護(hù)的區(qū)別（一）對(duì)圍巖和圍巖壓力的認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)支護(hù)設(shè)計(jì)是建立在圍巖“松散壓力”基礎(chǔ)上。 錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)是建立在圍巖變形而形成的形變壓力。（二）圍巖與支護(hù)間相互關(guān)系上 傳統(tǒng)支護(hù)把圍巖與支護(hù)分開去考慮，形成“荷載結(jié)構(gòu)”體系。 錨噴支護(hù)把圍巖與支護(hù)視作統(tǒng)一體，組成“圍巖支護(hù)”體系。（三）支護(hù)功能與作用原理上傳統(tǒng)支護(hù)是產(chǎn)生的荷載而存在，是防止圍巖

20、崩塌，作用是被動(dòng)消極的。 錨噴支護(hù)是以圍巖穩(wěn)定為目的，立點(diǎn)是及時(shí)加固圍巖。作用是主動(dòng)積極。（四）設(shè)計(jì)計(jì)算方法上傳統(tǒng)支護(hù)設(shè)計(jì)與一般結(jié)構(gòu)物沒有本質(zhì)差異，不同處是荷載確定要分析復(fù)雜的圍巖，考慮圍巖“抗力”作用。 錨噴支護(hù)是把圍巖與支護(hù)視作共同作用的統(tǒng)一體。荷載是巖體地應(yīng)力，圍巖與支護(hù)共同受載。第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理二、錨噴支護(hù)的特點(diǎn)比傳統(tǒng)支護(hù)優(yōu)越，主要是在機(jī)理和工藝上具有獨(dú)特的工作特性。 （一）及時(shí)性由于工藝本身的原因，能做到支護(hù)及時(shí)迅速，可在挖掘前超前支護(hù)，噴混凝土早強(qiáng)和全面密貼性能，保證支護(hù)及時(shí)和有效性。 （二）粘貼 性 噴混凝土同圍巖能密貼粘結(jié)。產(chǎn)生三種作用： 1、“聯(lián)鎖”：將被

21、裂隙分割的巖塊粘聯(lián)在一起，使巖塊咬合鑲嵌 2、“復(fù)合”：圍巖與支護(hù)結(jié)成一個(gè)復(fù)合體，保證二者徑向和切向上都共同工作。、“增強(qiáng)”：由于噴射混凝土充填圍巖凹穴，提高了圍巖的強(qiáng)度，同時(shí)減少了圍巖應(yīng)力集中。第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理（三）柔 性錨噴支護(hù)屬于柔性薄型支護(hù)。雖然噴混凝土是一種脆性材料，但其施工工藝上的特點(diǎn)，與巖體密貼粘結(jié)，使它有可能噴得很薄，所以呈現(xiàn)一定柔性，這種柔性可通過分次噴層的方法進(jìn)一步發(fā)揮。錨桿也屬柔性支護(hù)，因其加固的巖體，可以允許巖體有較大的變形而不破壞，甚至能同被加固的巖體作整體移動(dòng)，仍能保持相當(dāng)大的支撐抗力。（四）深入性所謂深入性指錨桿能深入巖體內(nèi)一定深度加固圍巖的。

22、按一定方式、間距布置的錨桿群，可以提高圍巖錨固區(qū)的強(qiáng)度和整體性，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)。 第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理（五）靈活性是錨噴支護(hù)十分重要的工藝恃點(diǎn)，其主要如下方面：(1)錨噴支護(hù)的類型和參數(shù)可根據(jù)各段不同的地質(zhì)條件而隨時(shí)調(diào)整。(2)施作工藝的可分性(3)廣泛的適用性（六）封閉性噴混凝土能及時(shí)施作，全面密貼，能及時(shí)阻止洞內(nèi)水對(duì)圍巖的侵蝕，并阻止地下水的滲流。三、錨噴支護(hù)各支護(hù)類型的功能（）噴射混凝土第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理 噴射混凝土的作用與效果 概念圖（1）支承圍巖噴層與圍巖密貼粘結(jié)，防止圍巖強(qiáng)度惡化阻止不穩(wěn)定塊體的塌滑。（2）“卸載”作用能有控制使圍巖在不出現(xiàn)有害變

23、的前提下，進(jìn)入一定的塑性：從而使圍巖“卸載”。(3)填平補(bǔ)強(qiáng)圍巖填充表面凹穴，使裂隙分割的巖塊層面粘聯(lián)，保持巖塊間的咬合、鑲嵌作用。(4)復(fù)蓋圍巖表面噴層直接粘貼巖面，形成防風(fēng)化和止水的防護(hù)層：并阻止節(jié)理裂隙中充填物流失。(5)阻止圍巖松動(dòng)緊跟掘進(jìn)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，早期強(qiáng)度較高，能及時(shí)向圍巖提供抗力，阻止圍巖松動(dòng)（6）分配外力通過噴層把外力傳給錨桿、網(wǎng)架等，使支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻分擔(dān)。第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理 錨桿的作用效果 概念圖（1）支承圍巖限制約束圍巖變形，并向圍巖施加壓力，洞室內(nèi)表面附近的圍巖保持三軸應(yīng)力狀態(tài)，制止圍巖強(qiáng)度的惡化。（2）加固圍巖系統(tǒng)錨桿的加固，使圍巖中松動(dòng)區(qū)的節(jié)理裂

24、隙、破裂面等得以聯(lián)結(jié)，有助于裂隙巖體和松動(dòng)區(qū)形成整體成為“加固帶”。(3)提高層間摩阻力形成“組合粱”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)來看，就是形成“組合粱”。（4）“懸吊”作用指防止個(gè)別危巖的掉落或滑落，用錨桿將其同穩(wěn)定圍巖聯(lián)結(jié)起來加固局部失穩(wěn)的巖體。（二）錨桿第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理 鋼筋網(wǎng)的作用效果 概念圖防止收縮裂縫，或減少裂縫數(shù)量和限制裂縫寬度（2）提高支護(hù)的抗震能力。（3）使噴層應(yīng)力得到均勻分布，改善其變形性能，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，承受剪力和拉力。（三）鋼筋網(wǎng)第四節(jié) 錨噴

25、支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理四、錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)與施工的基本原則 錨噴支護(hù)合理設(shè)計(jì)與施工原則應(yīng)從各方面體現(xiàn)代支護(hù)原理，以期達(dá)到技術(shù)上可靠和經(jīng)濟(jì)上合理的目的。下述的原則雖然目前還不能完全以定量的關(guān)系反映出來，然而它對(duì)指導(dǎo)錨噴支護(hù)的設(shè)計(jì)和施工卻是十分重要的。（一）采取各種措施，確保圍巖不出現(xiàn)有害松動(dòng) 1、在洞室的布置和造型上應(yīng)適應(yīng)原巖應(yīng)力狀態(tài)和巖體的地質(zhì)、力學(xué)特征，盡量爭(zhēng)取一個(gè)較好的受力條件。 2、施工過程中要盡量減少圍巖強(qiáng)度的惡化。 3、合理利用開挖面的“空間效應(yīng)”，抑制圍巖變形。 4、盡量減少其他外界因素（主要是水和潮氣）對(duì)圍巖的影響。 第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理（二）調(diào)節(jié)控制圍巖變形，在不

26、進(jìn)入有松動(dòng)的條件下適度發(fā)展，以便最大限度地發(fā)揮圍巖自承能力1、初期支護(hù)采用分次施作的方法。2、調(diào)節(jié)支護(hù)封底時(shí)間（三）保證錨噴支護(hù)與圍巖形成共同體由于計(jì)算模型中把支護(hù)和圍巖視作不可分割的共同體，因此在設(shè)計(jì)施工中要求保證實(shí)現(xiàn)圍巖、噴層和錨桿之間具有良好的粘結(jié)和接觸，使三者共同受力。（四）選擇合理的支護(hù)類型與參數(shù)并充分發(fā)揮其功效1、支護(hù)類型的確定應(yīng)根據(jù)圍巖地質(zhì)特點(diǎn)、工程斷面大小和使用條件要求等綜合考慮。 第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理2、支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹“等強(qiáng)度支護(hù)”的設(shè)計(jì)思想和整體加固與局部加強(qiáng)相結(jié)合的原則。3、選擇合理的錨桿類型與參數(shù)，在圍巖中有效形成承載圈。4、選擇合理的噴層厚度，充

27、分發(fā)揮圍巖和噴層自身的承載力。5、合理配置鋼筋網(wǎng)6、合理選擇鋼支撐（五）采取正確的施工方法（六）依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工第四節(jié) 錨噴支護(hù)的力學(xué)作用及錨固機(jī)理五、錨噴支護(hù)的設(shè)計(jì)方法 一般采用類比、分析、監(jiān)控相結(jié)合的設(shè)計(jì)法。 基本思想是：以現(xiàn)代支護(hù)理論為基本原理，圍巖勘測(cè)分類先行，貫徹設(shè)計(jì)和施工全過程，現(xiàn)場(chǎng)工程監(jiān)控量測(cè)為初步與最終兩個(gè)設(shè)計(jì)階段的紐帶和信息反饋的定量依據(jù)，理論分析計(jì)算從實(shí)質(zhì)和規(guī)律性上進(jìn)行定性指導(dǎo)，互補(bǔ)互校，綜合判斷洞室的穩(wěn)定性和指導(dǎo)錨噴支護(hù)的設(shè)計(jì)與施工。 設(shè)計(jì)和施工的程序是： 工程類比法先行初步設(shè)計(jì)（依據(jù)有關(guān)錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范）， 選擇適當(dāng)?shù)睦碚撚?jì)算方法，分析洞室穩(wěn)定性，驗(yàn)算初步設(shè)

28、計(jì)的支護(hù)參數(shù)； 施工中對(duì)“圍巖支護(hù)”力學(xué)動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，提供的信息，把原設(shè)計(jì)和施工不符部分變更為適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。第五節(jié)鋼纖維噴射混凝土及工程實(shí)踐一、鋼纖維噴射混凝土的基本特點(diǎn) 鋼纖維噴射混凝土是在普通噴射混凝土中，拌入適量鋼纖維后形成的一種新型復(fù)合材料。它改變了普通混凝土的脆性弱點(diǎn)，具有高強(qiáng)度、大變形及破壞后存在較高殘余強(qiáng)度的特點(diǎn)。使噴射混凝土的韌性、沖擊阻力、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、耐用系數(shù)和疲勞極限等都得到極大改著。其柔性大大超過了普通噴射混凝土，抗彎強(qiáng)度大約增加50100%，抗壓強(qiáng)度可以提高3050，韌性及沖擊阻力也比一般噴射混凝土提高數(shù)倍。 第五節(jié)鋼纖維噴射混凝土及工程實(shí)踐二、鋼纖維噴射混

29、凝土工藝流程 鋼纖維混凝土的噴射工藝流程，亦基本采用干式、潮式、濕式和SEC噴射混凝土的工藝流程。三、鋼纖維噴射混凝土的應(yīng)用鋼纖維噴射混凝土己在邊坡加固、礦山、隧道、大壩工程以及其它工程中獲得應(yīng)用。 第六節(jié) 格柵支護(hù)的力學(xué)作用及工程實(shí)踐一、概 述鋼拱架系采用L、U、I字型和鋼軌等型鋼，加工成所需要的形狀，用整榀安裝或拼裝方法，使用于地下工程的一種支護(hù)結(jié)構(gòu)。格柵是由鋼拱架支撐發(fā)展而來，它是由鋼筋焊接而成的構(gòu)架，是隧道及地下工程中一種新型的支撐形式。它是隨著新奧法（NATM）的發(fā)展而出現(xiàn)的。象噴混凝土支護(hù)工藝已成為新奧法的要素之一一祥，格柵噴混凝土支護(hù)也己被越來越廣泛的采用，成為新奧法的一項(xiàng)革新。

30、第六節(jié) 格柵支護(hù)的力學(xué)作用及工程實(shí)踐二、格柵（鋼拱架）的使用條件格柵（鋼拱架）使用條件為：（1）自穩(wěn)時(shí)間很短的圍巖，在錨桿或噴射混凝士支護(hù)發(fā)揮作用前，可能發(fā)生圍巖失穩(wěn)或塌坍危險(xiǎn)時(shí)。（2）淺埋、偏壓隧道，當(dāng)早期圍巖壓力增長(zhǎng)快，需要提高初期支護(hù)的早期強(qiáng)度和剛度時(shí)。（3）在難以施作錨桿、噴射混凝土的砂卵石、土夾石或斷層泥等地層，大面積淋水地段，以及為了抑制圍巖大的變形態(tài)增加支護(hù)抗力時(shí)。（4）當(dāng)需要施作超前支護(hù)，設(shè)置格柵（鋼拱架）作為超前錨桿（或超前小鋼管等）的支承構(gòu)件時(shí)。第六節(jié) 格柵支護(hù)的力學(xué)作用及工程實(shí)踐第六節(jié) 格柵支護(hù)的力學(xué)作用及工程實(shí)踐第六節(jié) 格柵支護(hù)的力學(xué)作用及工程實(shí)踐可縮式鋼構(gòu)架第七節(jié)新型

31、支護(hù)技術(shù)的發(fā)展高強(qiáng)噴錨技術(shù)一、概 述1、普通與高強(qiáng)噴混凝土由單一摻加速凝劑生產(chǎn)的C15C20噴混凝土，稱為普通噴混凝土；由復(fù)合硅灰、高效減水劑等外加料生產(chǎn)的、兼有抗?jié)B性的C30C40噴混凝土，稱為高強(qiáng)噴混凝土。2、普通與高強(qiáng)錨固由傳統(tǒng)巖土錨固技術(shù)形成的錨固，稱為普通錨固；由現(xiàn)代巖土錨固技術(shù)原理，形成的錨固稱為高強(qiáng)錨固。它既繼承傳統(tǒng)錨固技術(shù)的作用原理，又發(fā)揮錨桿對(duì)圍巖施加預(yù)應(yīng)力、注漿加強(qiáng)、桿體擠壓地層的作用，改善圍巖物理力學(xué)性質(zhì)，使之自己承擔(dān)荷載，而且具有高時(shí)效和耐久錨固效能。3、高強(qiáng)錨噴技術(shù)它由高強(qiáng)抗?jié)B噴混凝土與高強(qiáng)錨桿（索）聯(lián)合，以充分利用圍巖自承荷載；早強(qiáng)、高強(qiáng)、耐久；兼有抗?jié)B、結(jié)構(gòu)飾面特

32、征為標(biāo)志。第七節(jié)新型支護(hù)技術(shù)的發(fā)展高強(qiáng)噴錨技術(shù)二、新型高強(qiáng)錨固技術(shù)的特殊應(yīng)用1、淺埋隧道洞頂?shù)貙訉?duì)拉錨固通過在地面預(yù)成孔，設(shè)置錨碇，事先置入對(duì)拉錨桿。在隧道開挖時(shí)，及時(shí)加設(shè)墊板，對(duì)洞頂?shù)貙邮┘訌埩Γ商岣叩貙幼猿心芰Α?、隧道間“巖墻”對(duì)拉加固當(dāng)兩座隧道間距較小時(shí)，對(duì)其間“巖墻”施加對(duì)拉錨固，或注漿加固，可使其處于三維應(yīng)力承荷狀態(tài)，提高自穩(wěn)及承荷能力。用此復(fù)合隧道邊墻，可組成承荷力強(qiáng)大的人工柱墻結(jié)構(gòu)。用此方法，可減小隧道間距。3、隧道抗偏壓錨固在隧道內(nèi)使用預(yù)應(yīng)力錨索，可平衡地層偏壓，均布地壓狀態(tài)，減少隧道結(jié)構(gòu)偏壓引起的變形，減少結(jié)構(gòu)工程數(shù)量。4、大跨隧洞減跨錨固對(duì)平頂、坦形拱、大跨度隧洞，在洞頂施