锚喷支护原理讲课稿

1、锚喷支护原理现代支护理论（新奥法原则）1、现代支护理论、现代支护理论（1）处于一个发展阶段，还没有形成自身比较完）处于一个发展阶段，还没有形成自身比较完整的理论体系只能算是一些理念和原则整的理论体系只能算是一些理念和原则（2）这些理念和原则来源于大量工程实践和深入）这些理念和原则来源于大量工程实践和深入广泛的力学模型的研究，并经受了实际的反复经广泛的力学模型的研究，并经受了实际的反复经验证明是正确的，是可行的，是地下工程修建者验证明是正确的，是可行的，是地下工程修建者应遵守的基本准则。应遵守的基本准则。现代支护理论（新奥法原则）2、现代支护理论的内容、现代支护理论的内容（1）地下工程修建方法、

2、确定洞室分步开挖方案）地下工程修建方法、确定洞室分步开挖方案和暴露面积大小，选择支护时机、支护方案和支和暴露面积大小，选择支护时机、支护方案和支护参数的时候要确保维护围岩稳定这一基本目标。护参数的时候要确保维护围岩稳定这一基本目标。A、做好工程地质勘察工作。、做好工程地质勘察工作。 贯穿锚喷支护设计与施工的全过程贯穿锚喷支护设计与施工的全过程B、控制开挖引起的应力重分布程度、控制开挖引起的应力重分布程度现代支护理论（新奥法原则）C、对于软弱岩层要及时采取适当的支护形式，防、对于软弱岩层要及时采取适当的支护形式，防止岩层垮落。不同岩层自稳时间差别很大。止岩层垮落。不同岩层自稳时间差别很大。D、选

3、择对岩层局部扰动较小的施工方法进行开挖，、选择对岩层局部扰动较小的施工方法进行开挖，才会有利于岩层的稳定。才会有利于岩层的稳定。（2）把支护与围岩视作统一的承载结构，认真研）把支护与围岩视作统一的承载结构，认真研究支护与围岩共同作用的机理和力学模型。究支护与围岩共同作用的机理和力学模型。传统支护理论与现代支护理论在设计理念上的差传统支护理论与现代支护理论在设计理念上的差别：别：现代支护理论（新奥法原则）A、围岩和围岩压力的认识、围岩和围岩压力的认识 传统支护理论针对松散体；现代支护理论认为岩层具传统支护理论针对松散体；现代支护理论认为岩层具有一定的自稳能力，其力学机制已为围岩特征线与支护特有一

4、定的自稳能力，其力学机制已为围岩特征线与支护特征线理论得到了很好的描述。征线理论得到了很好的描述。B、围岩与支护的相互关系、围岩与支护的相互关系围岩与支护分开，荷载结构模型。围岩与支护的不可分割围岩与支护分开，荷载结构模型。围岩与支护的不可分割的统一体。的统一体。C、建立计算简图上、建立计算简图上 锚喷支护是现代支护理论的物质基础锚喷支护是现代支护理论的物质基础现代支护理论（新奥法原则）（3）在围岩与支护的统一体中，围岩所占的比重）在围岩与支护的统一体中，围岩所占的比重最大，起的作用也最大，承载地应力的主体，对最大，起的作用也最大，承载地应力的主体，对隧道稳定起决定性作用。隧道稳定起决定性作用

5、。A、岩体的整体稳定、岩体的整体稳定B、通过选择支护时机、支护强度、预应力大小，、通过选择支护时机、支护强度、预应力大小，恰到好处地控制围岩产生有限的应力松弛或进入恰到好处地控制围岩产生有限的应力松弛或进入塑性状态，又不致大规模丧失稳定，去有效地调塑性状态，又不致大规模丧失稳定，去有效地调动围岩的自承自稳能力。动围岩的自承自稳能力。C、过强支护对围岩稳定无必要。、过强支护对围岩稳定无必要。锚喷支护特点1、及时性：、及时性：锚喷支护工艺，超前支护。能迅速给围岩提锚喷支护工艺，超前支护。能迅速给围岩提供支护能力，改善围岩应力状态；限制支护前变形的发展，供支护能力，改善围岩应力状态；限制支护前变形的

6、发展，防止围岩进入松弛状态。防止围岩进入松弛状态。2、紧贴性、紧贴性 联锁作用，复合作用，增强作用联锁作用，复合作用，增强作用3、柔韧性、柔韧性锚喷支护属于柔性薄型支护锚喷支护属于柔性薄型支护锚喷支护特点4、深入围岩内部加固：锚杆、深入围岩内部加固：锚杆5、支护组合和设置时间的灵活性、支护组合和设置时间的灵活性（1）锚喷支护的类型和参数可根据各段不同的地质条件随）锚喷支护的类型和参数可根据各段不同的地质条件随时调整。时调整。（2）支护组合和设置时间的可分性）支护组合和设置时间的可分性（3）广泛的适用性）广泛的适用性6、密封性：、密封性：及时封闭围岩的暴露面，阻止围岩的潮解和及时封闭围岩的暴露面

7、，阻止围岩的潮解和风化。风化。锚喷支护设计原则和方法一、工程类比法一、工程类比法（1）根据围岩分级及工程断面尺寸或隧道毛跨，直接确定）根据围岩分级及工程断面尺寸或隧道毛跨，直接确定锚喷支护参数与施工方法。锚喷支护参数与施工方法。（2）目前应用最广泛，在工程设计中占主导地位。）目前应用最广泛，在工程设计中占主导地位。（3）对于一些简单的小跨度工程，可以单独使用工程类比）对于一些简单的小跨度工程，可以单独使用工程类比法，但是大多数情况下，特别是那些地质复杂、经验不多法，但是大多数情况下，特别是那些地质复杂、经验不多的地下工程，单凭工程类比法不足以保证设计的可靠性和的地下工程，单凭工程类比法不足以保

8、证设计的可靠性和合理性，此时应结合其他设计方法。合理性，此时应结合其他设计方法。锚喷支护设计原则和方法二、监控量测法二、监控量测法（1）信息设计法，以施工监控量测信息为依据，对支护参）信息设计法，以施工监控量测信息为依据，对支护参数、施工方法的合理性进行评价，并将这些分析结果反馈数、施工方法的合理性进行评价，并将这些分析结果反馈到设计施工中去。到设计施工中去。（2）较为科学，）较为科学，“锚杆喷射混凝土支护技术规范锚杆喷射混凝土支护技术规范”中规定：中规定：对不稳定的，稳定性差的软弱围岩或较大跨度的工程及分对不稳定的，稳定性差的软弱围岩或较大跨度的工程及分次支护的工程，应采用监控量测法。次支护

9、的工程，应采用监控量测法。（3）不是一种独立的方法，通常和经验类比法、理论验算）不是一种独立的方法，通常和经验类比法、理论验算法结合使用。法结合使用。（4）使用效果与量测手段、量测地段的选择、量测数据的）使用效果与量测手段、量测地段的选择、量测数据的可靠性、量测数据的分析与利用关系很大。可靠性、量测数据的分析与利用关系很大。锚喷支护设计原则和方法三、理论验算法三、理论验算法（1）目前是地下工程支护设计的辅助方法，却是今后设计）目前是地下工程支护设计的辅助方法，却是今后设计的发展方向。分为整体稳定性验算与局部失稳验算。的发展方向。分为整体稳定性验算与局部失稳验算。（2）对于浅埋隧道或洞门等隧道工

10、程，可以采用荷载结构）对于浅埋隧道或洞门等隧道工程，可以采用荷载结构模型考虑围岩的弹性抗力进行理论分析与计算。模型考虑围岩的弹性抗力进行理论分析与计算。（3）对于软岩隧道或埋深较大稳定性较好的围岩中的大跨）对于软岩隧道或埋深较大稳定性较好的围岩中的大跨度工程，可以采用地层度工程，可以采用地层-结构模型考虑岩石的弹塑粘性、各结构模型考虑岩石的弹塑粘性、各向异性、节理裂隙等诸多因素还可以用近似的解析计算方向异性、节理裂隙等诸多因素还可以用近似的解析计算方法或用数值计算方法进行整体的稳定性分析。法或用数值计算方法进行整体的稳定性分析。（4）任何情况下，凡可能出现局部失稳的围岩，都要通过）任何情况下，

11、凡可能出现局部失稳的围岩，都要通过不稳定块体的理论计算进行局部加固。不稳定块体的理论计算进行局部加固。锚喷支护设计原则和方法四、典型类比监控反演法四、典型类比监控反演法（1）综合方法，较好地解决了岩体力学参数和地应力难以）综合方法，较好地解决了岩体力学参数和地应力难以获得的问题，又完善了监控量测法的反馈工作。获得的问题，又完善了监控量测法的反馈工作。（2）用工程类比法初选锚喷支护参数；对）用工程类比法初选锚喷支护参数；对“围岩围岩-支护支护”结构进行施工监测；选择可靠量测数据，利用适当的力学结构进行施工监测；选择可靠量测数据，利用适当的力学模型和数值计算方法进行反演分析，求得地应力和岩体力模型

12、和数值计算方法进行反演分析，求得地应力和岩体力学参数；根据反演得到的地应力和岩体力学指标，采用学参数；根据反演得到的地应力和岩体力学指标，采用“地层地层-结构结构”模型模拟开挖过程，分析围岩受力状态和围模型模拟开挖过程，分析围岩受力状态和围岩稳定性，对施工方法、支护时机、支护参数做出必要的岩稳定性，对施工方法、支护时机、支护参数做出必要的修正。修正。锚喷支护设计原则和方法五、特征线法五、特征线法（1）建立在现代岩石力学理论特别是空间效应分析基础上）建立在现代岩石力学理论特别是空间效应分析基础上的图解分析法。的图解分析法。（2）用工程类比法结合现场实际初选初期支护的设计参数；）用工程类比法结合现

13、场实际初选初期支护的设计参数；建立无量纲围岩特征线；建立无量纲支护特征线；根据各建立无量纲围岩特征线；建立无量纲支护特征线；根据各支护组成部分的设置位置、先后次序、喷射混凝土的滞后支护组成部分的设置位置、先后次序、喷射混凝土的滞后效应等因素绘制组合支护特征线；计算组合支护的工作反效应等因素绘制组合支护特征线；计算组合支护的工作反力和安全系数，评价支护的适用性和可靠性。力和安全系数，评价支护的适用性和可靠性。锚喷支护设计原则和方法事实上，在设计中人们常常采用的是一种综合方法。在事实上，在设计中人们常常采用的是一种综合方法。在初初步设计阶段步设计阶段，用工程类比法初选支护的类型和大致参数，用工程类

14、比法初选支护的类型和大致参数，用于编制工程概算。在用于编制工程概算。在技术设计阶段技术设计阶段，运用特征线法或理，运用特征线法或理论分析手段去确认或修改支护类型，详尽地设计组合支护论分析手段去确认或修改支护类型，详尽地设计组合支护各组成部分的参数，乃至施工工艺就十分必要了。对于复各组成部分的参数，乃至施工工艺就十分必要了。对于复杂地层或大型洞室工程，甚至还需要开挖试验洞，安装必杂地层或大型洞室工程，甚至还需要开挖试验洞，安装必要的测量仪器，为支护设计提供可靠的背景数据。在要的测量仪器，为支护设计提供可靠的背景数据。在施工施工阶段阶段，根据开挖暴露出的地层情况和适时监测数据去评价，根据开挖暴露出

15、的地层情况和适时监测数据去评价和修正原有的设计。因此，隧道工程支护设计，不仅贯穿和修正原有的设计。因此，隧道工程支护设计，不仅贯穿于隧道修建的全过程，而且所用的设计手段也是多手段综于隧道修建的全过程，而且所用的设计手段也是多手段综合性的。合性的。预应力锚喷支护预应力锚喷支护指的是预应力锚杆与锚喷支护的组合，预预应力锚喷支护指的是预应力锚杆与锚喷支护的组合，预应力锚杆在支护中可以和其他锚杆交叉使用，也可以系统应力锚杆在支护中可以和其他锚杆交叉使用，也可以系统地使用。地使用。一、预应力锚喷支护的优点一、预应力锚喷支护的优点1、主动支护，能主动对围岩提供大的支护力，而且在提供、主动支护，能主动对围岩

16、提供大的支护力，而且在提供支护抗力时不以损失被锚固体位移为代价，因此它能十分支护抗力时不以损失被锚固体位移为代价，因此它能十分有效地抑制围岩位移。其他锚杆，被动支护有效地抑制围岩位移。其他锚杆，被动支护2、能提高软弱结构面和滑移面处的抗剪强度。抗剪强度与、能提高软弱结构面和滑移面处的抗剪强度。抗剪强度与正压力成正比，而预应力锚杆能提供很大的正压力。正压力成正比，而预应力锚杆能提供很大的正压力。3、承载拱（圈）、承载拱（圈）4、张拉，无异于对锚杆进行质量检验，保证了工程质量、张拉，无异于对锚杆进行质量检验，保证了工程质量预应力锚喷支护二、预应力锚喷支护的最佳应用领域和设计理念二、预应力锚喷支护的最佳应用领域和设计理念1、最大优势是解决那些复杂地层（高地应力、膨胀性、破、最大优势是解决那些复杂地层（高地应力、膨胀性、破碎软弱地层）大跨度洞室稳定，以及要求严格控制变形的碎