关于隧道及地铁工程支护的技术方法及研究现状的读书报告

1、关于隧道与地铁工程支护的技术方法与研究现状的读书报告1、 支护技术的基本理论1.1支护理论的演变过去从支护角度考虑认为：隧道失稳是由于支护本身的强度不够，因此确定支护力的大小是问题的关键。早期的太沙基理论假设围岩为有一定凝聚力的松散介质，隧道开挖后，介质在围岩垂直应力作用下下沉，同时在侧压力作用下产生摩阻力，限制了介质的下沉，隧道支护力为介质上垂直的压力减去摩阻力；而普氏理论则认为：隧道开挖后，在隧道上方形成平衡拱，平衡拱内隧道上方围岩在重力的作用下下沉，隧道的支护力为塌落拱的重量。新奥法的出现改变了人们的支护观念，新奥法与支护有关的基本原则是：充分利用围岩自身强度来支撑自己，及时用薄层喷射混

2、凝土封闭围岩，进行柔性支护，用现场监测的信息指导施工；11.2支护结构应满足的要求（1）与周围围岩大面积牢固接触，即保证支护与围岩体系作为一个统一的整体进行工作。（2）重视早期支护的作用，它是永久支护的第一步。（3）要允许坑道与支护体系产生有限制的变形，以充分发挥两者的共同作用。（4）必须保证支护结构架设及时。（5）作为支护结构要根据坑道围岩的动态（位移、应力等），及时地进行调整和修改，以适应不断变化的围岩状态。21.3支护衬砌的类型隧道支护衬砌的类型主要可以划分为整体式衬砌、复合式衬砌和锚喷衬砌三种。整体式衬砌是一种成熟而被广泛采用的衬砌方式，适合在隧道洞口段，浅埋段及围岩条件很差的软弱围岩

3、中实施。复合式衬砌由初期支护和二次衬砌组成，且初期支护和二次衬砌之间有防水层。复合式衬砌能充分发挥围岩的自承能力，我国的高等级公路普遍采用这种支护手段。锚喷衬砌作为隧道初期支护的主要手段，也构成了永久衬砌的重要组成部分。它变被动支护为主动支护，在工程上应用广泛，并且“内实外美”锚喷衬砌主要有四种组合类型:（1）喷混凝土支护；（2）喷混凝土加锚杆支护；（3）喷混凝土加锚杆加钢筋网支护；（4）喷混凝土加锚杆加钢筋网加钢架支护。喷锚衬砌是一种加固围岩、充分利用围岩自承能力的一种支护衬砌形式，并且快速及时，可以节约劳动力及成本。21.4支护方法概述1.4.1超前支护对于超前支护，常用的有管棚支护、超前

4、小管棚及小导管注浆、超前锚杆预支护等方法。管棚可以有效地起到将隧道掘进临空面传下来的荷载和土体自身荷载，向掘进掌子面前后转移，起到抑制地面和土体竖向位移以及防止掘进过程中土体坍塌的作用，能较好地在不稳定地层中进行超前支护。虽然管棚效果和可靠性都很高，而且施工实例也多，但由于大管棚有一定仰角，随着向前施工，管棚与拱顶间悬土将越来越厚，常采用小管棚辅助支撑；当管棚打入后会出现末端下沉量过大问题，经常要在初期支护拱顶背后注浆，保证大管棚和初期支护之间不形成空洞；因此，这种支护方法费工、费时、费料。，一般只在洞口部作加强用，洞内部分则采用超前小管棚及小导管注浆等方法。1.4.2初期支护初期支护通常采用

5、钢支撑、锚杆和喷射混凝土、钢筋网的组合支护工艺，有时也用到钢纤维喷射混凝土。喷射混凝土是隧道施工中最基本的支护形式和方法之一，因其在隧道岩壁上立即喷射一层混凝土，实现对开挖后的围岩快速封闭，与围岩表层岩石共同作用，且能渗入围岩裂隙，封闭节理，加固结构面，从而提高围岩整体性和自承、自稳能力，在隧道施工中被广泛使用。但是，喷射混凝土工艺具有其自身的局限性，它工艺繁琐，工程质量不稳定和施工进度慢效率较低，特别是采用干式喷混凝土时，这些缺点更为突出。产生这些缺陷的主要原因在于:（1）喷射混凝土作业环境恶劣，人工喷混凝土无法按喷混凝土的工艺原则进行；（2）由于回弹物中大部分是骨料，故回弹多也降低了混凝土

6、的强度；（3）大断面隧道施工中，人工喷混凝土需要辅助措施，不仅影响施工质量，也影响了施工进度。对于湿喷法，还存在以下问题：（1）混凝土堵管后处理费时较多。（2）有水地段湿喷混凝土效果差。钢拱架在工程中的作用主要是在短时间内给予围岩强有力的支护，约束围岩的位移，控制围岩塑性区的发展。但是，钢支撑的耐久性、刚性和整体性，以及与围岩接触性能均较混凝土差。从设计上看，国外较多地应用钢拱架支撑，而国内则钢拱架支撑和钢筋格栅拱架都有。从施工上来看，施工中钢拱架与围岩的接触点应尽可能多一些，并且施作时间越短越好。锚杆方面，WTD锚杆工艺先进，较好地解决了砂浆锚杆浆液不饱满和注浆无压力的问题，提高了锚杆的锚固

7、力，水泥砂浆将锚杆包裹住，锚杆没有裸露部分，同时也解决了锚杆体的腐蚀问题，达到永久支护的目的；这种锚杆长度可接长，使用方便。它与等载面的实心锚杆相比，有更大的抗剪和粘结能力，并配有垫板和螺母，可施加预应力。水泥基药卷式锚杆具有锚固强度高、施工简便快捷、受干扰小、对施工环境适应性广、成本低廉等优点，并可设垫板，施加预应力。而迈氏锚杆则集钻、注、锚于一体，解决了常规锚杆钻孔时的塌孔问题，能够保证复杂地质条件下的锚固质量；在抗弯抗剪强度和表面粘结等方面优于截面积相同的常规锚杆，且可根据需要对之进行切割、接长、施加预应力或荷载释放。3二、隧道支护的相关计算2.1分析方法目前普遍应用的地下工程围岩稳定性

8、分析方法（解析）法、主要分为3类:理论分析法、实验分析法和数值分析法。理论分析法，即应用弹性或弹塑性或粘弹塑性力学进行隧道围岩的稳定性分析。实验分析法又分为现场实验和室内模拟分析2种。数值分析是由于计算机及试验勘探技术的不断发展而诞生的，经过几十年的发展，数值分析可以对复杂岩体工程问题进行有效分析。2.2数值分析法概述2.2.1拉格朗日元法（FLAC）。FLAC法基本原理类同于离散单元法，但它却能像有限元那样适用于多种材料模式与边界条件的非规则区域的连续问题求解。在求解过程中，FLAC又采用了离散元的动态松弛法，不需求解大型方程组，便于计算。2.2.2有限差分法。从物理现象出发引出相应微分方程

9、，经离散化而得到差分方程再进行求解。即将研究课题包含的区域用差分网格加以离散，用差分公式近似代替所研究课题微分方程中的导数（或微商），从而得到差分方程。2.2.3有限单元法。对于隧道围岩稳定性及支护研究，许多学者利用以上不同数值计算方法已作了大量的深入研究。姚伟明等提出用近似矩形常规实体单元描述平面成空间岩体问题中的软弱结构面精度要高于简化节理单元成夹层单元，并根据结构面屈服、破坏一般沿结构面方向发生的特点提出适应于软弱结构面的广义摩尔库仑准则。2.2.4边界元法。边界单元法是求解微分方程的一种有效的数值解法。其基本思路是将所要求解的微分方程转换成相应的边界积分方程，然后采用边界积分方程的数值

10、解法求得原问题的数值解。这种方法的特点是通过边界上的量来确定区域内部的未知量。边界元法具有信息准备工作少等优点，目前更多的是与其它数值方法如离散元耦合应用。2.2.5离散元法。离散元法是一种适合于节理岩体的应力分析法，认为岩体运动主要受控于岩体的节理系统，一般可根据牛顿第二定律建立起离散元法的基本分析方程，通过这个基本分析方程分析时步迭代进行求解。2.2.6不连续分析法（DDA），数值流形方法（NMM）。这两种方法都是由我国留美学者石根华受创。DDA是并行于有限元的一种方法，可以用以计算不连续面的错位、滑移、开裂、旋转等大位移静力和动力问题；NMM是应用现代数学“流形”（Manifold）的物

11、理覆盖和数学覆盖的有限覆盖技术所建立起来的一种新的数值方法，可以处理连续和不连续问题共存介质的各类问题。42.3支护时间优化概述为了充分发挥围岩的承载作用，要允许隧道围岩和支护结构产生在一定限度范围内的变形，即要求支护结构具有一定的柔性和可缩性。同时必须保证支护结构架设要适时。同样刚度的支护结构，由于施设的时间不同，最后达到的平衡状态也不同。支护设置过早，支护结构本身所承受的围岩荷载压力大，对其强度要求也较高。同时由于离开挖面太近，不利于施工作业。但是支护参与工作时间太迟，就会因初始变形未加控制而导致隧道围岩迅速松弛、崩塌。所以过早或过迟都将对围岩和支护结构的共同作用构成不利影响，从而不能有效

12、地形成坚固的承载环。最佳支护时间点的确定，在工程实践中是难以办到的，但在一定范围的最佳支护时段内施工，即达到优化意义。52.4支护结构极限位移计算概述为保证隧道围岩和支护结构综合体系能安全适用和经济合理，必须在施工阶段对支护系统的稳定性做出评价，以便能及时或提前提出合理的设计与工程措施。但由于围岩的复杂性以及围岩与支护间相互作用机理不明确，全凭应力体系难以判断隧道的稳定性。而根据隧道变形对隧道稳定性进行评价，可以直接与隧道施工现场位移监测相联系，是目前的发展趋势。目前在现场监测中，往往量测不到支护前洞室开挖引起的位移，实测位移多以初期支护结构位移为主。对一个结构而言，单个截面屈服并不意味着结构

13、破坏，而是意味着该截面承受的弯矩不能再继续增加，但该截面处的弯曲变形（曲率）却可以继续增加，即铰的塑性转动。支护结构受围岩约束，是一个多次超静定的拱形结构。只有当荷载增加到使支护的屈服截面个数增多到使该结构变为机动结构时，支护才处于极限状态。此时一旦被扰动，结构便会产生破坏。定义隧道初期支护结构出现3个塑性铰或最后2个塑性铰同时出现（即出现4个塑性铰）时为结构破坏，此时隧道支护达到承载能力极限状态，即支护后隧道的稳定极限状态，此时支护结构产生的位移为在这种情况下的极限位移。由于地铁隧道结构所处地层的复杂多变性，支护结构承受的荷载各不相同，这就决定了结构的极限位移不可能是一个定值，而是处在一个范

14、围内。判断结构是否达到极限状态，就以该结构的变形是否超出这个范围为准。62.5支护体时效可靠性计算概述2.5.1理论基础工程实践、实测及试验均已表明，隧道支护体在支护初期是稳定的，但是随着掌子面的推进，支护体在一定时期后，可能会出现一定程度的破坏甚至坍塌，也就是说，隧道支护体的稳定性表现出显著的“时效”特征。目前，国内外对隧道支护体的可靠性研究，主要集中在“点”可靠性的研究上，即就是研究隧道支护体在某个时间点的可靠度，这与工程实际不相一致。只有对隧道支护体进行“时效”可靠性的研究，才能更接近工程实际。在隧道的初期支护中，主要的承载结构为喷射混凝土，其他支护形式，如锚杆及钢支撑等可通过变形等效法

15、处理。由于混凝土支护内的应力一般都比较低，通常情况下也不致产生塑性变形，所以，通常运用Kelvin-Voigt黏弹性流变模型作为隧道支护体的流变模型。2.5.2理论计算隧道支护体的位移是在开挖和支护过程中，在众多因素的影响下，围岩整体力学性质及稳定状态最直接、最本质的客观表现。从位移出发研究隧道支护体的可靠性是众多学者认同的途径，并且与国际隧道协会（ITA）推荐的“收敛约束”模型思想相一致。根据传统的结构可靠性定义，本文定义隧道支护体时效可靠性为支护体位移时程曲线与位移阀值的交点到位移收敛值之间的弧长与围岩与支护体作用点到位移收敛点之间弧长的比率，简单地说，隧道支护体的时效可靠性即支护体的位移

16、收敛值超过位移阀值的概率。通过一系列推导得出：当隧道支护体的特征参数一定时，只要根据工程要求设定一个位移阀值，便可求出时效可靠度。72.5.3分析结果（1）随着支护强度及支护厚度的增加，隧道支护体的时效破坏概率将减小，但是其速率将减小，也就是说，仅通过增强支护强度来实现支护体的稳定是不经济的。（2）当围岩的强度下降时，同一支护强度的支护体的破坏概率显著降低，也就是说，当围岩强度降低时，隧道支护体同等程度的破坏（即破坏概率相等）所需支护强度有所降低。2.6隧道支护反力上限计算2.6.1极限分析上限定理极限分析法基于经典弹塑性力学，但是其求解过程不必进行复杂的弹塑性过程分析，计算过程简洁快速，是研

17、究分析岩土工程稳定性问题的一种有效方法。极限分析上限定理可表达成：对于任意假想的满足运动许可的破坏机构，由外力所做的功率等于内部能量耗散率所确定的荷载为极限荷载（或破坏荷载）的上限。82.6.2计算过程（1）外功率计算"外力主要有重力、孔隙水压力和支护力，所以外功率计算主要包括土体重力做功功率、孔隙水压力做功功率和支护力做功功率。（2）内能耗散率计算内能耗散率只发生在速度间断线上。（3）支护反力上限解"令外力功率等于内能耗散，即得支护反力上限的解三、隧道支护中的技术难题3.1软岩隧道失稳3.1.1软岩隧道失稳的地质原因（1）岩体力学性质影响软岩的力学特性如各向异性、膨胀性、

18、流变性等，都对围岩的稳定有重要影响。层状软岩的各向异性，使围岩的变形失稳及失稳形态有很强烈的非对称性；软岩的扩容性和塑性明显时会使洞周形成松散破碎区或挤压变形区；软岩的膨胀性会产生挤坏支护或形成严重的底鼓；有明显时间效应的粘土质软岩，则产生粘弹塑性或粘塑性的变形压力。（2）岩体结构及裂隙分布影响在地质构造运功中形成的结构面，一般情况下，其强度远低于母岩。岩体的强度往往受结构面强度控制。裂隙的分布不同，也对围岩的稳定造成不同影响。（3）地应力的影响软岩隧道的失稳，是隧道开挖引起的应力重分布超出围岩强度或造成围岩过分变形而造成的。地应力主要有自重应力和构造运动产生或残留的应力两种，其对隧道稳定的影

19、响，主要看最大主应力与最小主应力差值、主应力的大小、方向，各主应力构成特征，以及主应力与工程的相对方位、与岩层主要节理组的夹角等。（4）地下水的影响地下水对软岩隧道稳定影响分为四个方面:1）对于透水围岩来讲，洞室开挖形成的新自山面使地下水有了排泄通道，在洞周产生了渗压梯度，在围岩内产生了指向洞内的推动力。2）由于静水压力作用，饱和水部分岩体中有效压应力减小，其应力状态趋于恶化抗剪强度减小。3）围岩内的水降低了裂隙面摩擦系数和粘聚力。4）地下水溶解、搬运矿物颗粒或同矿物成分发生化学作用，使围岩强度进一步恶化。3.1.2软岩隧道失稳破坏特征软岩隧道失稳，一般表现为松动破坏和变形破坏两种形式。松动破

20、坏是因隧道开挖后，围岩应力重新分布，部分围岩成为脱离母岩的分离块体和松散体，在重力作用下，产生冒落和塌滑运动。变形破坏表现的围岩失稳和破坏现象，往往须经过一段时间后方开始显现，反映岩体的流变性质。软岩隧道失稳破坏具有如下特征:（1）变形破坏方式多变形破坏方式一般有拱顶下沉、底鼓、底围隆破，隧道表现出强烈的整体收敛和破坏。变形破坏形式既有结构面控制型，又有应力控制型，以应力控制型为主。（2）变形量大拱顶下沉一般大于10cm，有的高达50cm，两帮挤入20cm80cm，底鼓强烈。（3）变形速度高软岩隧道初期收敛速度达到3cm/d，即使采用常规的锚喷支护，软岩隧道的收敛速度仍可达到2cm/d，而且其

21、变形收敛速度降低缓慢。（4）持续时间长由于软岩具有强烈的流变性和低强度，软岩隧道掘进后，围岩的应力重分布持续时间长，致使软岩隧道变形破坏持续时间很长，往往长达12y。（5）围岩破坏范围大由于软岩隧道中围岩的强度与地应力的比值很小，因此，软岩隧道围岩的破坏范围大，特别是当支护不及时或不当时，围岩破坏区的范围可达2.5倍洞径，甚至更大。（6）各位置破坏不一在隧道周边不同部位，变形破坏程度不同，这反映了软岩隧道所处的地应力强度因方向而异和软岩具有强烈的各向异性。变形破坏在方向上的差异性往往导致支护结构受力不均，支护结构中产生巨大的弯矩，这对支护结构稳定是非常不利的。（7）来压快软岩隧道变形收敛速度高

22、，在很短时间内，围岩即与支护结构接触，产生压力，围岩与支护结构相互作用后，围岩的变形破坏并不立即停止，而是继续下去。这是因为软岩具有流变性在围岩流变过程中，围岩的强度降低，因此，地压随时间而逐步增长。3.1.3软岩隧道失稳的力学机制探讨（1）松动压力松动压力的形成原因，是隧道开挖后围岩应力的重新分布，部分围岩或其结构面失去强度，成为脱离母岩的分离块体和松散体，它们在重力法则支配下，克服较小的阻力产生冒落和塌滑运动。松动压力是直接作用于隧道支护上的作用力，大多出现在隧道的顶端及侧帮，这种压力具有断续性和突发性，很难预见什么时间有多大范围的分离块体会突然塌滑，形成这种压力的关键因素是地质和岩体的结

23、构条件。（2）形变压力形变压力主要指在二次应力作用下，围岩局部进人塑性状态，缓慢的塑性变形作用在支护上形成压力或者是有明显流变性能的围岩弹粘性或粘弹塑性变形形成的支护压力。这种形式的重新分布压力足够大，使部分围岩进人塑性或流变变形阶段。当无支护，塑性区逐渐扩大，往往达到某一范围便停止下来，并在弹性及塑性区边界形成一切向应力较高的持力环，当软岩塑性变形过大，使塑性区进人了破裂阶段，形成松动压力导致隧道失稳；当有支护时，支护刚度产生抗力，此抗力就是实际的形变压力，支护越早，支护上受到压力越大，围岩塑性变形越小，支护愈晚，支护上受到压力愈小，塑性区发展较大，易导致围岩进人破坏阶段。（3）膨胀压力在软

24、岩隧道中，有些软岩如粘土质岩、含盐地层等在开挖时，岩休遇水后发生不失去整体形的膨胀变形和移动，当有支护时，膨胀变形对支护产生了另外一种形式的形变压力，这主要是岩体颗粒较细，存在互相连通的毛细管，毛细管的吸水性使岩体膨胀，体积增大而向隧道内移动，对支护形成压力。3.1.4软岩隧道支护方法及机理软岩隧道当前支护方法分为改善围岩自身受力条件和对围岩直接提供支护力两种:（1）改善围岩自身受力条件1）注浆。分为注水泥浆、水泥水璃浆、化学注浆。其目的是充填裂隙，提高围岩完整性、连续性、增加围岩的整体强度。2）锚杆支护。锚杆支护的目的是消除岩体结构效应，在围岩内形成组合拱，同时锚杆对围岩施加压力，使处于二向

25、应力状态的围岩保持三向应力状态。3）喷射混凝土支护。喷射混凝土改变围岩表面受力状态，增加围岩表面抗力，防止松动块掉落；喷射混凝土的柔性支护在围岩不出现有害的塑性变形下，释放围岩压力；喷射混凝土还可将围岩压力均匀的传递给钢拱架、锚杆，使支护结构受力均匀。4）挂钢筋网。主要是提高喷层的承载力，承受剪力和拉力。（2）直接对围岩提供支护力1）超前支护。一般采用超前管棚或锚杆，在隧道开挖前，沿隧道轴向支护，对开挖后产生的松动圈提供支护力，防止松动块塌落，恶化了围岩的受力状态。2）格栅钢拱架。钢拱架主要是对松动压力和围岩过分变性的形变压力提供支护。3）钢筋混凝土二次衬砌。其作用同格栅钢拱架，并对隧道稳定提

26、供安全储备。93.2膨压效应许多软岩均具有遇水膨胀的性质，这种性质结合埋深压力就会产生“膨压”效应。在工程实践中，因膨压效应造成的工程事故已发生多起，严重时还会导致变形持续增加，衬砌开裂，甚至会出现位移不收敛以及掌子面崩塌等严重事故。3.2.1膨压效应造成隧道破坏的基本特征（1）净空位移显著增大的地点，底脚下沉比拱顶大。（2）底鼓十分明显，仰拱破坏严重，常出现开裂上浮。（3）采用台阶法施工时，临时仰拱常发生破坏或表现出刚度不足等特征。（4）底部和底脚不稳，需要打锚杆进行加固（5）仰拱刚度不足，需增加钢筋加强二次衬砌，加大仰拱曲率，增强仰拱承载能力，约束仰拱底部变形。3.2.2膨压形成机理一般在

27、自重应力场作用下，地下水存在由上向下的流动趋势，当隧道开挖后，地下水会自然地排至隧道底部，由于在拱顶和边墙复合式衬砌是弯曲的，对隧道围岩能形成有效地约束，因此地下水仅在仰拱下部位置富集，与膨胀性围岩作用后，形成膨压。基于此原因，在隧道中所能看到的膨压效应，几乎全部是通过仰拱的行为集中反映，而在拱顶以及边墙出现的膨压效应则相对较少。103.2.3对膨压的应对办法对于膨胀性围岩隧道的支部结构，应当从仰拱方向给胃炎以足够的刚度约束，这是十分必要的，但是仅采取此支护措施是不够的，由于围岩的吸水膨胀会在仰拱与围岩之间产生非常高的接触应力，并且常常会导致仰拱的破坏和结构的失稳，尤其是当围岩变形很大时，极其

28、危险，因此应当予以完善。为了降低存在于仰拱与围岩之间的高接触应力，应当允许仰拱下部围岩有适量的变形，释放部分应力，在达到结构设计的承载水平值时，仰拱才发挥作用。四、隧道支护中运用的技术及其改进4.1纤维混凝土纤维混凝土（SFRC）作为一种新型复合建筑材料最早出现于20世纪初，在国外已被广泛采用，在北欧，近90%的隧道工程都采用了喷射纤维混凝土作为隧道永久支护。在我国，纤维混凝土的研究和应用开始于20世纪70年代，近年来发展非常迅速。已广泛应用于矿业工程、地下工程、路面、边坡维护等领域。4.1.1力学性能通过试验所得数据可以得出，纤维混凝土的力学性能整体来说较素混凝土稍有提高，其强度效应的改善并

29、不明显，尤其是抗压强度基本未提高。但由于纤维的存在，在一定程度上阻止了破坏时裂缝的扩展，因此对于抗拉强度、抗折强度、抗剪强度等强度效应还是有所改善。纤维混凝土的韧性效应较素混凝土有明显的提高。在各韧性试验中主要表现在裂缝扩展缓慢、力、分散裂缝尖端应破坏过程吸收大量能量等方面。纤维混凝土韧性效应的大幅度提高是纤维混凝土的最重要优点。114.1.2存在的问题（1）湿拌混凝土在拌和后必须尽快投入使用，否则会影响混凝土强度、流动性和塌落度；（2）纤维掺量过高时在搅拌过程中容易产生搅拌不均，严重的会有结团的现象发生；（3）湿喷机使用后必须及时清洗；否则影响下次使用；（4）在喷射过程中容易发生堵管现象，尤

30、其是在纤维掺量较高的情况下，容易在喷管内结团凝固。4.2钢塑网目前，我国高等级公路挖方边坡防护和隧道初期支护中普遍采用挂钢筋网喷射混凝土来解决边坡防护和缓解围岩塑性变形，然而，由于这种方法存在诸如喷射混凝土密实性差、反弹量较大、以及钢筋锈蚀等不足，使得其防护功能不够理想。近年来，钢塑土工格栅成功开发并投入市场应用中，受到了工程界的高度重视。钢塑网具有强度高、变形小、抗腐蚀性好、施工方便等特点，可以大大克服以前采用钢筋网进行边坡防护及隧道初期支护中存在的不足。4.2.1在完整性围岩中的情况对于完整性良好的围岩，其隧道开挖后，围岩自身能保持稳定。钢塑网的作用仅为保持喷射混凝土在其自重作用下及在其固

31、结期保持稳定，并很好地依附于围岩表面不至于脱落。通过分析得出当锚杆间距为2m时，不会造成钢塑网因强度不足而被拉断的情况。但是，当锚杆间距过大时，会因为2根锚杆中间出现较大的下垂现象而使该部位所喷射的混凝土与其顶部围岩的良好接触及粘接出现隐患，因此在隧道轴线方向建议锚杆间距定为2m比较合适。4.2.2在破碎性围岩中的情况对于完整性不好的碎裂性围岩，由于在隧道开挖后的初期支护中围岩破碎使其自身的稳定性难以维持，故这时钢塑网的作用是不仅要保证混凝土喷射层的稳定，而且还要保证一定范围内破碎性围岩的稳定。碎裂岩体因为其破碎性，不能保持自身的稳定。但由于所施加锚杆和钢塑网约束加固的共同作用，其变形与稳定得

32、到了很大程度的改善，但依然会发生一定程度的变形，且其变形最大位置位于2根锚杆的中间部位。通过一系列对比分析后得出，当隧道开挖后碎裂岩体的厚度达2m时，其锚杆间距应小于0.8m，以0.50.6m为宜。4.2.3喷射混凝土凝固后的分析结果通过室内试验得出，当钢塑喷射混凝土支护层凝固后，其抗压强度及抗折强度均会明显增强，这时可支持较大厚度的围岩破碎层。但是，钢塑网喷射混凝土支护层所能承担的围岩破碎层重量将严重依赖于现场锚杆的具体情况:的围岩破碎层；当锚杆的抗拔荷载较大时，可承受较大厚度而当锚杆的抗拔荷载较小时，所能承担的围岩破碎层厚度也将较小。因此，在工程实际应用中，应根据围岩及锚杆的具体情况，在确

33、定了其抗拔荷载后再分析确定。124.3钢板混凝土4.3.1钢板混凝土的结构形式钢板混凝土支护结构是用型钢做为骨架，内外侧均为钢板组成的一个环形壁筒，钢板环内现浇高强度混凝土，混凝土处于三向受压状态大幅改善了筒壁的力学性能。混凝土本身具有很高的抗压强度，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而型钢骨架钢板混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，其抗压强度可成倍提高，同时由于混凝土的存在，提高了钢板的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。4.3.2施工工艺钢板混凝土支护结构在工程中体现出的结构是一个整体的带有一定厚度的圆筒，分段灌注混凝土。每段弧形钢板之间靠槽钢连接

34、，在每段之间设置一圈槽钢增强结构的整体性，槽钢与钢板之间用螺栓连接。钢板之间尽量的密实以防止漏浆，钢板的尺寸不要过大，以防混凝土振捣后在钢板旁聚集无法扩散，影响筒壁强度。新支护形式无论是盾构机施工还是新奥法施工，都可以使用，盾构机在推进时可以将型钢骨架钢板壁筒做为千斤顶的依托，而且省去了盾构机管片自动拼装装置，降低了成本。A4.3.3支护方法对比（1）施工安全性对比锚喷支护，在锚杆施工时对周边围岩的扰动性比较大，提高了隧道监控量测的难度，同时作业面附近已施工区域受混凝土养护影响，强度难以快速保证施工安全性这些都增加了施工人员作业的危险性。新的支护结构具有初期一次衬砌支护的作用，当型钢骨架和钢板

35、快速安装完毕后，就可以起到临时支护的作用，浇筑完混凝土后，结构整体强度会迅速提高，未施工人员提供安全的作业空间。（2）施工进度新的支护方法在盾构法和新奥法施工中都可以使用，所以进度影响主要表现在隧道支护施工时间的长短上，盾构机采用管片自动拼装，速度要比钢板混凝土施工快，但是机械维修和检查会随着机械化程度的提高而愈加频繁。A新奥法施工时，复杂的工序无疑延缓了施工进度，相比之下，钢板混凝土支护缺少了大面积的拆模工作，工序少得多，同时受混凝土养护时间的影响也小，缩短了工期。（3）防水性能国内外隧道防水的方法主要有衬砌防水、排水法防水以及注浆防水等几种常见做法，排水防水方法对于上述3种隧道支护方法都适用，区别不大，这里不再赘述。A衬砌防水方面，管片接缝处是盾构隧