地下建筑结构- 第15章锚喷支护.ppt

,深圳大学,地下建筑结构,第15章,概述,喷锚支护为喷混凝土、锚杆、钢筋网组成的喷锚联合以及喷锚网联合之总称，它既可以用于加固局部岩体的稳定而作为临时支护，也可以作为永久性支护。喷锚支护具有施工及时、与围岩密贴和共同变形等特点，主要作用是加固围岩。在围岩变形破坏以前，喷锚支护与围岩构成共同作用体系，充分利用了围岩的强度和自稳能力，使围岩、锚杆和喷射混凝土三者共同承受围岩的形变压力，即将围岩既作为荷载又视为结构的组成部分。,喷锚结构的施工主要是运用新奥法施工原理。新奥法是60年代初奥地利学者L.V.Rabcewicz等人总结的新奥地利隧洞施工法，英文全名为NewAustrianTunnelingMethod，简称为NATM。新奥法的核心是充分调动岩体本身的自承能力，采用正确的设计施工方法，以达到最好的经济效果。新奥法的要点是：尽可能地防止岩体扰动，开挖后主动实施一次支护，以防止围岩扰动或恶化，然后视需要再做二次支护；所有的支护应相当柔性，能适应围岩的变形；在施工过程中进行监控量测，如变形，应力等，以利于调整支护措施，有效控制变形。,15.2围岩分级,一、岩体的结构特征及其完整性围岩被各种结构面切割的破碎程度及其组合状态，通常取决于岩体结构类型、地质构造影响与结构面发育情况。二、岩体的物理力学性质围岩的岩石强度、物理特性、水理性质等。在围岩分级中主要是岩石单轴饱和极限强度较有意义，30MPa作为软、硬岩的分界指标,三、地下水的影响地下水对围岩稳定有很大的影响，是造成围岩失稳的重要原因之一。因此在围岩分级中通常采取“遇水降级”的经验处理方法，即视围岩性质、地下水性态、流通条件等，将围岩级别适当降级。但对于较好的围岩，因水的影响小，一般情况下不作降级处理。四、原岩应力的影响在高地应力地区，原岩应力的影响较大，因此岩体的初始应力场常常成为判断围岩级别的依据。在围岩分级中，应当考虑初始应力场的影响。在围岩分级中，除了上述定性和定量指标外，还有一些综合指标，它同时能反映上述多种因素，例如指标、声波纵波速度、围岩自稳时间及变形量等,15.2.2围岩分级方法,一、单因素岩石力学指标分级法地下工程的发展初期，人们对岩体的工程地质和水文地质条件认识不足，因此当时围岩分级多以岩石强度指标作为分级的依据，有的还以岩石的其它力学指标为分级依据，如弹性模量等。这种单一因素的分级方法不能全面反映围岩的稳定性，以前在我国应用很广，但目前应用较少。普氏分级是这种分级法的代表之一。,15.2.2围岩分级方法,二、多因素综合指标分级法这种分级方法主要以一定勘测手段，或对开挖后围岩状态进行测试所获得的资料为指标的分级方法。该方法的指标虽是单一的，但反映的因素却是综合的。围岩的弹性波速度是二、多因素综合指标分级法是反映岩性和岩体完整性的综合指标，既可以反映岩石的软硬，又可表达岩体的破碎程度，在国内外应用较多，尤其是采用以声波指标作为围岩分级的依据，但声波波速不能反映结构面产状与洞轴线关系以及结构面与临空面的不利组合等。反映岩性和岩体完整性的综合指标，既可以反映岩石的软硬，又可表达岩体的破碎程度，在国内外应用较多，尤其是采用以声波指标作为围岩分级的依据，但声波波速不能反映结构面产状与洞轴线关系以及结构面与临空面的不利组合等。,15.2.2围岩分级方法,三、定性与定量多因素指标相结合分级法该法是目前国内外应用最广的一种分级方法，能够综合考虑上述多种因素，较适合目前的技术状况。典型的代表有早期的太沙基分级法、我国铁路隧道的围岩分级法及目前我国国家标准锚杆喷射混凝土技术规范的分级方法等。,15.2.2围岩分级方法,四、组合指标函数法该法认为岩体的稳定性可概化为多种因素参数的函数，然后将这些参数按一定函数关系式进行组合，从而得到一个组合指标，并以此作为围岩分级的依据。函数的组合方法通常有乘积法和和差法（记分法）两种。组合指标函数能够全面地考虑多个因素，而且最终获得一个定量指标，便于应用。,15.2.2围岩分级方法,本教材围岩分级采用的是中华人民共和国交通部发布的公路隧道设计规范（2004），该规范的分级基本执行工程岩体分级标准的方法和思路，主要基于以下考虑，：1、工程岩体分级标准（GB50218）是由我国水利水电部门会同铁道部、冶金部、建设部和总参的有关单位共同制订的，该标准为国家基础标准之一，属强制性国家标准。2、工程岩体分级标准是在国内外特别是国内多个部门成果的基础上提出的，是一个各行都能适用的分级标准，对统一我国的工程岩体（或围岩）分级方法和标准有利。3、工程岩体分级标准的围岩分级采用定性与定量相结合的方法，将岩石坚硬程度、岩体完整程度两大基本因素，和地下水、结构面产状、初始地应力状况作为修正因素，这些分级方法和规定是总结我国大多数围岩分级提出的，已得到了大部分同行的认可。定性与定量相结合，可以提高分级的准确性。4、可以减少采用定性分级造成的误差。公路隧道围岩分级表是根据工程岩体分级标准（GB50218）的表作若干修正后提出的。,15.2.3围岩分级表,采用定性和定量多因素指标相结合分级方法，在工程岩体分级标准基础上，根据调查、勘探、试验等资料、岩石隧道的围岩定性特征、围岩基本质量指标（BQ）或修正的围岩质量指标BQ值、土体隧道中的土体类型、密实状态等定性特征，确定围岩分级表如表15.1。,服务于工程设计的围岩分级是应该按其稳定性分级的。实际上，围岩的稳定性不仅取决于自然的地质因素，而且还与工程规模、洞室形状及施工条件等人为因素有关，因此目前这种根据地质因素划分围岩级别的方法实际上是岩体质量分级，它仅与岩体质量有关，而与工程状况和施工状况无关。严格来说，目前的围岩分级也不完全等同于岩体质量分级，例如分级中考虑的岩体结构特征既与自然条件有关，也与人为条件有关，但没有包含工程因素和施工因素在内。,15.3喷锚支护设计,设计时，必须从具体围岩的变形、破坏和稳定性出发，进行分析研究，针对不同的围岩，采取不同的设计原则。喷锚设计在原则上必须考虑下列几个问题：一、工程地质条件和岩体力学特性二、依据不同的围岩压力特点，对拱、墙等不同部位，采用不同的支护参数。三、喷锚支护设计力求体现喷锚支护灵活性的特点，对于围岩局部和整体加固采取等强度支护原则，对于不同的岩体和不同的部位分别采用不同的支护类型与参数四、喷锚支护设计应遵循实测位移评价的原则。施工期内和施工后的位移观测可以对实际喷锚情况作出客观评价，为修改设计和补充加固提供基础资料。,15.3.1按局部作用原理的设计,一、锚杆的计算和设计根据局部作用设计锚杆时，通常是基于悬吊原理。假定拱顶有一危岩ABC（见图15.1）需用锚杆加固。在节理裂隙上的抗剪力均已丧失的情况下，其重量G全部由锚杆悬吊，由静力平衡条件得：,锚杆所需的截面积：,锚杆必须穿过被悬吊的危岩，并锚固在稳定岩层中。因此，锚杆的设计长度必须满足：,当危岩处于侧壁上时（图15.2），作用在锚杆和滑移面上的力为：,二、喷射混凝土的计算和设计,被节理裂隙切割形成的块状围岩中，围岩结构面的组合，对围岩的变形和破坏起控制作用。采用喷射混凝土支护洞室，能够有效地防止围岩松动、离层和塌落，这就要求喷射混凝土层应有足够的抗拉力，使喷层在节理面处不出现冲切破坏；同时喷层和围岩间也应有足够的粘结