柔性支护.doc

喷锚支护对柔性支护的认识在现在的隧道修建工程中，新奥法正在被越来越广泛地运用着。而新奥法的灵魂所在，便是柔性支护（喷锚支护）的运用。喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段。采用喷锚支护可以充分发挥围岩的支承能力，并有效地利用洞内净空，提高作业安全性和作业效率并能适应软弱和膨胀性地层中的隧道开挖。还能用于整治坍方和隧道衬砌的裂损。包括锚杆支护，喷射混凝土支护，喷射混凝土锚杆联合支护，喷射混凝土钢筋网联合支护，喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护等。新奥法理论认为：围岩不仅是荷载的施加者，更是荷载的支承者。构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，成为柔性的衬砌来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。从传统方法认为的“巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩”到新奥法的转变，得益于柔性支护与围岩共同的受力特点。这些优点也是其它支护形式所无法取代的。喷锚支护属于柔性薄性支护，锚喷支护的密贴性、柔性和可分性，大大改善了它本身的受力状态，这是模注式等衬砌难以比拟的。它允许围岩由一定量的变形另一方面又能够和围岩紧粘在一起共同作用。在围岩和支护共同工作中，柔性支护处于极有利的地位。一方面，柔性支护易于变形，作用其上的变形压力变小；另一方面，在相同的荷载作用下，柔性支护的内力总比刚性支护要小得多。由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩强度的削弱以致发生松动破坏；更重要的是，围岩塑性区能在允许的范围内有适度的发展，导致围岩内部产生应力重分布，使围岩能充分发挥其固有强度和自承能力，从而缓和巷道的巨大压力，大大减轻了二次衬砌时的支护荷载。在这个统一结构体中，起主导作用的是围岩，在支护的辅助下，利用围岩的承载能力来维持自身的稳定性。利用围岩的关键是尽可能地保持和提高围岩的二次强度，并使围岩的二次应力合理地进行调整。要兼顾这两个方面，必须采取分期构筑的办法来解决变形大小、支护早晚和喷层厚薄之间的矛盾。在洞室开挖后，立即喷射较薄一层砼加固岩体，防止局部破坏，为洞室整体稳定创造条件。支护的柔性允许围岩产生一定的变形，使二次应力向深部岩体调整，并在洞室周围形成一个有一定自撑能力的岩石碹。支护向围岩提供径向抗力，使围岩逐渐趋向三维应力状态，但本身却避免了过大的变形压力，并使喷层中的弯曲应力减小。良好的受力状态，使锚喷支护的破坏大多以剪切形式出现，有利于发挥支护材料的潜力。当变形基本稳定以后，再构筑晚期支护，使围岩在形成松脱压力以前保持稳定，并有足够的安全储备。这样，锚喷支护就以少的材料消耗，达到了积极的支护效果。这便是利用好自然规律给人类带来经济效益的很好范例。正如太极之道，以柔克刚，借力打力，屹立不倒，便是这个道理。在喷锚支护的施工过程中，分层喷射或锚固对支护内力的益处，更是其它一般结构所不具备的。对一般结构来说，材料、形式、尺寸一定时，在外力作用下，会产生一定的内力（拉应力、压应力或剪应力），这就是所谓的单一应力状态。锚喷支护分层喷射或锚固，各工序有时间间隔，间隔期内围岩的变形压力都相应发展变化。在这种结构厚度和荷载大小都发生变化的情况下，喷层中的应力状态必然随时间而变化，形成了复合应力状态，从而提高了结构的支护能力。 而且，在实践中，初喷层厚度掌握不好，有时会出现裂隙现象，这正是初喷层材料强度被充分利用，围岩应力重分布的一种表现，如果及时进行补喷，喷层的应力状态得到调整，不仅可以阻止裂隙的发展，甚至可以使裂隙重新闭合。相对于模注式衬砌或装配式衬砌等刚性支护，以喷锚支护为代表的柔性支护具有如下优越性：1、喷锚支护突破了一切旧的被复形式，它将消极的、被动的支护形式转变为积极的、主动的支护形式。它可以加强围岩的稳定性、完整性，控制围岩力学形态变化，限制围岩的风化、变形、位移和裂隙的发展，能充分发挥围岩本身的承载作用，将围岩从荷载转变为承载结构，这是喷锚支护的最大优点。实践一再证明：只要光爆效果达到一定程度，喷锚支护设计和施工得当，强度就比较高，安全有保证。2、锚喷支护能够在洞室开挖后的短时间内，即可实施作业，不仅能够防止围岩风化，还能及时限制围岩变形急剧发展，避免围岩强度急剧降低。3、锚喷支护抗静载能力强。锚喷支护能够分层作业，因而可以根据围岩变形的发展和洞室稳定情况来选择支护参数和作业时机，使用少的材料，达到有效的支护效果。实践证明，在同样跨度和支护厚度的地下工程中，锚喷支护比模注式砼被复有较高的抗静载能力。4、随着工艺和机械的革新，锚喷支护施工变得简单，钻孔、注浆、搅拌、输送和喷射都很容易实现机械化，减轻体力劳动强度。5、锚喷支护造价低廉。锚喷支护的厚度一般比模注式砼被复要薄1/22/3，不仅节约材料，而且减少毛洞的幅员尺寸和开挖的土石方量，降低爆破器材的消耗，从而降低工程造价。据统计，在中等跨度地下工程中，锚喷支护的成本降低3050%。当然，锚喷支护也存在一些缺点，如表面起伏不平，不够美观，渗水较多的地段，洞室比较潮湿等。因而采用锚喷支护通常要求洞室开挖采用光面爆破，严格控制幅员，并在内部构筑二次离壁式衬套。在防水防潮方面，可以采用防排结合的方式（如采用柔性透水管或稻草绳布设经络排水管网排水，采用抗渗抗裂砼和表面涂刷防水涂料进行防水防潮等）。至于美观问题，在重要部位可以进行装修，等等。不过话说回来，在隧道衬砌的使用中，单一使用喷锚支护一般是没有的。一次支护（喷锚支护）后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底，即永久性的支护（或是补喷射混凝土，或是浇注混凝土内拱），起到提高安全度和增强整个支护承载能力的作用；在一次与二次衬砌之间，设置防水层等防水措施。这些也能解决以上出现的问题。在新奥法