隧道新奧法初期支護(hù)技術(shù)

☆永久性初期支護(hù)臨時(shí)性初期支護(hù)☆主動型被動型錨桿噴混凝土圍巖預(yù)注漿鋼架管棚超前錨桿小導(dǎo)管掌子面錨桿格柵木支撐初期支護(hù)在隧道施工中的地位

掘進(jìn)

鑿巖

爆破

出渣初期支護(hù)二次襯砌安全質(zhì)量初期支護(hù)系統(tǒng)開挖后

防止已松動巖塊掉落保持開挖輪廓徑向錨桿

永久作用

超前錨桿（和小導(dǎo)管）

臨時(shí)作用開挖前

控制縱向變形防止

變形松動管棚不能取代錨桿！防止巖土體坍落阻止圍巖松動？荷載方向同構(gòu)件垂直保證施工安全

必須同錨桿等支護(hù)措施配合使用

鋼架和錨桿被動型支護(hù)接觸

貼合

圍巖松動拱腳問題主動型支護(hù)格柵鋼架軸力/kN鋼架支座的加固

L=2.5～3m，

?42錨管-受壓-花管

D錨桿-受拉-螺紋鋼，波紋鋼不要濫用管材作錨桿桿體！-29.34.9-57.6-35.3-100

0-50100

50秦東3#潼洛川高橋

鎖腳錨桿

系統(tǒng)錨桿39.7

25.9初期支護(hù)是我國隧道工程中突出

的薄弱環(huán)節(jié)?

施工機(jī)具機(jī)械化程度施工困難

工期?

材料

工藝操作培訓(xùn)?

質(zhì)量管理

檢驗(yàn)手段隱蔽工程降低成本的主要途徑？?

設(shè)計(jì)理念重視

管棚

小導(dǎo)管

鋼架

輕視

系統(tǒng)錨桿認(rèn)識上的誤區(qū)！重視不夠

什么是NATM？?

NATM

，

RSST

，噴錨構(gòu)筑法?

錨噴支護(hù)?

監(jiān)控量測理念（Philosophy

,Concept)NATM

=

柔性支護(hù)

？

=

變形釋放

？手段

技術(shù)背景

新

奧

法NATM

新奧地利隧道修建方法（簡稱新奧法）遵循這樣一個(gè)原理,即主動地使隧道圍巖（巖土體）成為環(huán)狀承載“結(jié)構(gòu)”的一部分。

奧地利國家地下空間委員會

1980The

New

Austrian

Tunneling

Method

（NATM）isbased

on

a

concept

whereby

the

ground

（rock

and

soil）surrounding

an

undergroundopening

becomes

a

load

bearing

structuralcomponentthrough

activation

of

a

ring-like

body

of

support

ground.h

=h

=

0.45×2

[1+i(B

?5)]

b

松散介質(zhì)

f

天然平衡拱М.Протодьяконов坍方統(tǒng)計(jì)

s?1v泰沙基P

=G?Στ

Terzaghi被動型支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念圍巖的坍塌

—松散壓力荷載

q

=

γh任其坍塌！自承條件鑲嵌規(guī)律√巖塊強(qiáng)度

√拱度

形狀√坍塌一定會發(fā)生嗎？=

=

0塊狀圍巖（硬巖）的坍塌形式

0GPFη

=PFη

==

cotαitg?iTitg?i

+Tjtg?

j

Tgηij

=鑲嵌

咬合冠石（key

block)坍塌規(guī)律

“從小到大”鑲嵌規(guī)律!×塊狀圍巖錨噴支護(hù)鑲嵌

咬合阻止冠石的坍落幫助幫助圍巖自承

及時(shí)

密貼

“主動支護(hù)”=[(1.55

+

0.0011R1.07

sin

(θ

+δ

)]R0.14(0.85

+

0.15tan?)錨桿的抗剪作用(銷釘）M.Panet2

CNo

CNo=

a

+btan?

軟弱圍巖weak

rock?

ISRM定義?

破碎巖

fractured

rock?

風(fēng)化巖

weathered

rock?

軟質(zhì)巖

soft

rock

L.Muller

分類強(qiáng)烈破碎

碎粒體土力學(xué)

巖體強(qiáng)度!壓應(yīng)力作用下

—

塑性破壞×通過控制變形防止坍塌利用坍塌前的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)圍巖自承共同變形—形變壓力軟弱圍巖的主動支護(hù)

εσ圍巖性態(tài)變形→坍塌及時(shí)

密貼錨桿

噴混凝土主動支護(hù)被動支護(hù)剛度適當(dāng)圍巖變形的適度釋放支護(hù)材料的韌性(toughness)噴混凝土結(jié)構(gòu)和圍巖的共同變形［△］APi△ⅠⅢP1P2P0Fenner-Pacher

曲線Ⅱ

形變壓力松散壓力Ⅳsfr鋼纖維噴混凝土淺埋

脆性巖體

松散巖體[Δ]小

A左移限制變形

增大剛度（型鋼）錨桿控制圍巖變形灌漿錨桿對軟弱圍巖的加固作用本圖引自

著“巖土工程技術(shù)與概念發(fā)展”拱度問題!

預(yù)應(yīng)力錨索對圍巖的支護(hù)作用

轉(zhuǎn)移拉應(yīng)力NATM核心理念控制

保護(hù)

自承關(guān)鍵技術(shù)

初期支護(hù)重點(diǎn)

主動型初期支護(hù)

永久性初期支護(hù)錨桿噴混凝土結(jié)論“支撐”

Support“支護(hù)”

Крепление特殊條件下的初期支護(hù)

●

工例水平巖層的坍塌

隧道建成通車后無錨桿！開挖輪廓難以控制噴混凝土加強(qiáng)肋(reinforcememt

rib)水平巖層水平巖層錨桿的銷釘作用雙連拱隧道

技術(shù)關(guān)鍵中柱圍巖穩(wěn)定性“三角區(qū)”防排水

理念

●

特色跨度一分為二施工要點(diǎn)2.中柱頂部充填密實(shí)1.徑向錨桿防止圍巖松動3.臨時(shí)頂撐錨桿的重要作用！?

主動地

控制圍巖變形

防止松散壓力（特別是中柱頂部）?

教訓(xùn)某隧道

187.5m硅質(zhì)灰?guī)r

泥巖

風(fēng)化

破碎

小溶洞坍方21

次，(中導(dǎo)洞

側(cè)壁導(dǎo)坑)?

設(shè)計(jì)失誤拱部設(shè)有管棚后取消錨桿×?108×4鋼管注漿結(jié)束后作為永久支護(hù)×原系統(tǒng)錨桿改為?50×4徑向注漿鋼管

×類型機(jī)理?xiàng)l件變形特征巖體舉例松動性松散、離層支護(hù)剛度不足變形突發(fā)性位移速率遞增膨脹性體積膨脹膨脹性礦物地下水變形無明顯的優(yōu)勢部位和方向（底鼓）粘土巖石膏擠壓性剪切滑移高地應(yīng)力軟弱圍巖變形有明顯的優(yōu)勢部位和方向一般邊墻收斂較大構(gòu)造接觸帶斷層帶軟質(zhì)巖

隧道工程中不同類型的“大變形”松動性

Loosenning膨脹性

Swelling擠壓性Squeezing擠壓性變形

烏鞘嶺松動性變形

木寨嶺松動型“大變形”?

全風(fēng)化花崗巖

埋深5~10m

地下水?

Ⅴ級圍巖加強(qiáng)復(fù)合式襯砌

雙層小導(dǎo)管Φ50

L=5mI20a鋼架

徑向系統(tǒng)錨桿？?

拱頂沉降侵限5~65cm?

平均15mm/d

雨后27mm/d建議方案：地表注漿地表錨桿徑向系統(tǒng)錨桿擠壓性圍巖隧道施工要點(diǎn)?

原則：支護(hù)“寧補(bǔ)勿拆”避免拆換?

關(guān)鍵技術(shù)：

變形量的預(yù)測

支護(hù)系統(tǒng)的韌性

長錨桿

鋼纖維噴混凝土

可縮性鋼架

通過多次施作初期支護(hù)控制變形

Lotschberg

隧道擠壓性圍巖的錨桿支護(hù)L=12~16m間距1m收斂600mm錨桿和噴混凝土的可縮性預(yù)留伸縮縫（20~30cm)1971Tauern隧道Arlberg

,karawanken可縮性鋼架Gotthard

BaseTunnel國產(chǎn)U型鋼錨桿是隧道圍巖支護(hù)的一種重要形式圍巖類型和錨桿的支護(hù)作用原理“噴錨支護(hù)原理和設(shè)計(jì)”

中國鐵道出版社

1980塑性區(qū)加固控制變形調(diào)整應(yīng)力懸吊銷釘加固拉應(yīng)力調(diào)整應(yīng)力穩(wěn)定性和坍塌分析錨桿作用破碎巖風(fēng)化巖軟質(zhì)巖軟弱圍巖碎粒體土體強(qiáng)烈破碎Rb>30MPa

塊體

坍落塊狀圍巖有序排列塊體節(jié)理巖體考慮不連續(xù)性局部節(jié)理連續(xù)介質(zhì)力學(xué)完整巖體L.Muller

分類

結(jié)構(gòu)形式和注漿工藝?

注漿質(zhì)量

機(jī)具

排氣?

抗腐蝕

桿體塑料套管?

桿體力學(xué)性能強(qiáng)度

＋

韌性

＋

表面摩阻???空心桿體

壁厚4mm×?熱加工×??表面形狀

光面（所謂“錨管”）×??螺紋波紋√

√先灌后錨式中空注漿式排氣問題！藥包式灌漿錨桿的幾種形式錨桿專用注漿機(jī)（螺桿泵）（遙控器）W/C=0.3~0.4壓力恒定

1.2MPa小水灰比

0.35：1流量可調(diào)0.1～1.2

m3/h操作方便中空桿體實(shí)心桿體雙管式灌漿錨桿排氣式灌漿錨桿組合式錨桿組合式錨桿DCP多重防腐錨桿實(shí)心桿體

防腐套管

注漿排氣檢驗(yàn)手段

拉拔試驗(yàn)不能反映錨桿灌漿質(zhì)量！

兩類不同的“錨桿”“點(diǎn)狀錨固錨桿”“錨索”

Anchor桿體軸力桿體軸力

拉拔試驗(yàn)灌漿錨桿

全長錨固錨桿“桿柱”

“錨釘”

“土釘”Rockbolt

Soil

nail

Штанга實(shí)際受力實(shí)際受力狀態(tài)拉拔試驗(yàn)填充段長度lcm0306090120150180210240270300抗拔力

kN（砂漿在孔口）38.881864.345776.943482.412184.609485.000085.625085.625085.625085.6250抗拔力

kN（砂漿在孔底）39.062565.000078.125084.375086.250087.500087.500087.500087.500087.50000100200300400

?粘結(jié)物填充長度

對抗拔力的影響

l

l100

80

60

孔口

40

孔底

20

0規(guī)范條文的修訂TBJ108-92鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則TBJ204-96鐵路隧道施工規(guī)范JTJ042-94公路隧道施工規(guī)范要求對灌漿錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，將試驗(yàn)

結(jié)果作為“錨桿質(zhì)量狀況的綜合指標(biāo)”TB10108-2002鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范TB10204-2002鐵路隧道施工規(guī)范“對砂漿的飽滿度進(jìn)行檢查”，要求“砂漿錨桿孔內(nèi)灌注砂漿應(yīng)飽滿密實(shí)”錨桿的正確安設(shè)方向?yàn)槭裁匆銤駠姡?

噴混凝土技術(shù)存在的問題粉塵通風(fēng)回彈品質(zhì)管理和質(zhì)量控制干拌和物壓縮空氣水稀薄流干拌和物干噴混凝土工藝流程

（潮噴）

速凝劑?混凝土配合比的確定?

強(qiáng)度W/C?

和易性W,

C?A,

W,

Cw

c10R

Rc

k+0.35k=+++

K

=1000

Aγ

A

Wγ

W

Cγ

C干噴

-

混凝土強(qiáng)度波動?

歐洲規(guī)范（EFNARC）7.3“對于干噴工藝難于預(yù)設(shè)水灰比。實(shí)

際水灰比一般在0.35~0.5的范

圍內(nèi)波動?！苯?jīng)估算，相應(yīng)強(qiáng)度波動

可達(dá)

15MPa

以上w

c10R

Rc

k+0.35k=摻量%01.52.54.06.0強(qiáng)度相對值10.6140.7670.5530.45628d抗壓強(qiáng)度相對值時(shí)間

采用干噴難以控制速凝劑摻量

強(qiáng)度凝結(jié)時(shí)間摻量tmin不摻

摻

最佳

摻量（

2.5~4%）？∑

=

i

1

Ri1(∑Ri

?nR

)2勻質(zhì)性的意義?

強(qiáng)度水平?

變異性R

=1

nn2

nn?1

i=1Sn

=Sn

RCV

=

濕噴的定義歐洲規(guī)范（EFNARC）第3條?

“水泥、骨料和水計(jì)量攪拌后再喂入專用機(jī)械

，經(jīng)軟管輸送至噴嘴，藉助壓縮空氣噴射至受

噴面?！?

所謂“潮噴”，從本質(zhì)上說

仍屬

干噴，而不是濕噴：?加水不計(jì)量

×?粉狀速凝劑不計(jì)量

×濕噴混凝土的兩種工藝成品混凝土成品混凝土壓縮空氣稀薄流成品混凝土

速凝劑稠密流成品混凝土坍落度8~12cm

通過比例泵

計(jì)量坍落度12~16cm干噴機(jī)活塞-轉(zhuǎn)子式濕噴機(jī)干噴機(jī)

和濕噴機(jī)的區(qū)別超級減水劑水灰比<

0.4干噴粉狀速凝劑強(qiáng)堿硅粉干噴液體速凝劑堿性濕噴高性能濕噴低摻量液態(tài)速凝劑鋼纖維無堿速凝劑硅粉漿液鋼纖維增強(qiáng)水灰比<

0.43機(jī)械手70’sLate

80’s80/90’s

90’s95200080’s噴混凝土技術(shù)的發(fā)展品質(zhì)環(huán)境

勞保生產(chǎn)率機(jī)械化濕噴是趨勢日本2002年統(tǒng)計(jì)干噴2.4%濕噴97.6%噴混凝土巖石支護(hù)技術(shù)規(guī)范1999

前言：“在1993年版2.2節(jié)中關(guān)于干噴設(shè)備條文本規(guī)范已刪除，因?yàn)樵谂餐蓢娨押苌俨捎??！崩w維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS

38:2004纖維噴混凝土不同材料吸收變形能力的比較I10I30R（%）理想塑性材料1030100理想脆性材料110臨界<4<12<40中等41240良好61860優(yōu)秀82480ASTM

C1018

彎曲韌度試驗(yàn)Ω3δ

=

面積OACD，Ω5.5δ

=

面積OAEF，Ω15.5δ

=

面積OAGH韌度指數(shù)Ω3δ

ΩI5

=Ω5.5δ

Ω，I10

=Ω15.5δ

Ω，I30

=韌度指標(biāo)R

=

5(I30

?

I10)日本標(biāo)準(zhǔn)JSCE-SF4韌度指數(shù)(“等效抗彎強(qiáng)度”)

Tblbh2δtbfe

=0=0.43

P經(jīng)驗(yàn)公式f

fe

Re

=

f0Residual

strength:

test

proposalEN

14651EN14488-5

April

200680

J不慘400

JL/D

=

45800

JL/D

=

651250

JL/D

=

65(Grimstad

et

al

2002)大變形

1000J中變形

700J小變形

500J荷載/kN能量吸收（J）鋼纖維噴混凝土

與鋼筋網(wǎng)噴混凝土（平板實(shí)驗(yàn)）010203040506005101520253035撓度/mm30kg-140kg-350kg-1鋼筋網(wǎng)－34003001000

900

800

700

600

50030kg/m^340kg/m^350kg/m^3鋼筋網(wǎng)長度/直徑4045505560657075803最小摻量kg/m655040353025202020體積率%0.830.640.510.450.380.320.250.250.25纖維噴混凝土阻裂性能

耐久性防止收縮

密實(shí)度裂后韌性

吸收變形

軟弱圍巖支護(hù)

大變形

防范巖爆最大含量78.5

kg/m3

1%

鋼纖維

合成纖維鋼纖維最小含量E(GPa)摻量（%）η腈綸纖維6-70.1081.1雙組分8-90.1196.8Amcr

?

Afcr

Amcrη

=

裂縫降低系數(shù)η

ni=11%

—

9

kg/m3合成纖維的阻裂功效（鄧宗才等

2004）

裂縫細(xì)化低彈模E=3～5GPa（鋼纖維E=200GPa

）控制早期開裂（水化升溫

干縮）纖維種類直徑μm聚丙烯腈13聚丙烯18~65聚酰胺23長度mm6~254~1919含量kg/m30.5~1.00.90.928天收縮率降低%11~141012收縮裂紋減少%58~735557抗?jié)B提高%44~5629~4330~41綱纖維沖擊耗能提高%42~62（1.0~2.0）70（1.0~2.0）80（