地下洞室锚杆喷支护设计岩石地下设计与施工课程设计

1、百度文库«岩石地下设计与施工/课程设计'设计内容：洞室锚喷支护设计指导老师：*班 级：*学 号：*姓名：*起止日期： 目/录任务书32.课程设计时间：一、工程概述 4.百度文库（一）设计依据4（二）设计要求4（三）洞室断面图 4二、锚喷支护介绍5.1、锚喷支护概念52、锚杆的作用53、几种主要锚杆介绍 5三、锚杆类型的确定与选取 6.1、锚杆的选取6/ 2、锚固岩层厚度 m的计算73、直墙部分锚杆计算时，锚固力计算简图 74、直墙部分锚杆锚固力Q固计算85、锚杆直径的确定 86、12的确定97、11的确定108、直墙部分锚杆的总长度 109、拱顶部分锚杆间距计算 1010、拱

2、顶部分锚杆长度计算 1011、锚杆受剪验算 1012、树脂卷粘结端长度 1113、孔径选择1114、 锚杆布置 11四、锚杆施工工艺的流程 121、锚杆施工前，应对下列事实进行调查核实 122、锚杆孔的施工应遵守下列规定 123、锚杆尾端的托板124、树脂锚杆的树脂卷贮存和使用应遵守下列规定 135、树脂锚杆的安装应遵守下列规定 136、锚杆安装的施工操作 137、左旋无纵筋螺纹钢树脂内锚头锚杆安装示意图 13五、混凝土参数的确定及工艺流程 1.41、混凝土层厚度验算 142、钢筋网的选择 153、喷射混凝土的施工工艺 15六、锚喷支护施工的作业组织和循环图表18181、工程量清单百度文库2、

3、各道工序所需工日表 183、施工人员配置184、施工进度安排 19七、参考文献：1.9 任务书3/一、设计的目的与要求岩石地下建筑设计与施工 是城市地下工程专业的一门重要的专业主干课程，本课程设计是在学生完成该门课程之后进行的。 该课程设计主要针对工程实际， 考查学生运用所学 知识加深对本课程的理解与应用的能力， 着重掌握基本的设计理论、 方法，为学生的毕业设百度文库计奠定坚实的基础， 同时也是为了城市地下工程专业的学生适应工作的需要，所以有必要进行该门课程的课程设计。二、设计题目地下洞室锚杆喷支护设计三、课程设计资料某地下洞室围岩完整性差，裂隙发育良好，存在明显的地质构造，围岩渗透性强。洞室

4、 按新奥法原理进行设计，采用锚喷支护。洞室为直墙圆拱型的形状， '其几何尺寸为拱高半径 为，直墙高 5m,洞室沿轴线方向的长度为20m,离地表距离为 10m拱顶喷射混凝土厚度do 0.3m,拱脚及边墙厚度dn dc 0.45m,喷混凝土均采用 C25号混凝土，混凝土容 重 h 2.4 103kg/m3,混凝土弹模 E 2.6 104MPa。表1围岩物理力学指标围岩比重抗拉强度抗剪强度弹性模量泊松比普氏弹性抗力系数k类别(MPa)tgC(MPa)104 MPa系数f3(kg/m )III10X108部分锚杆设计参数为：直墙段锚杆沿洞室轴线方向的间距为2m,锚杆的层间距为1m;表2学号对应

5、参数表学号设计内容断面尺寸锚杆设计参数所选任务书圆拱半径m直墙高度m锚杆与直墙成锚杆长度m02地下洞室锚喷支护设计535o角3四、课程设计要求1、工程概况2、锚杆类型的确定与选取3、锚杆施工工艺的流程4、混凝土参数的确定及工艺流程5、锚喷支护施工的作业组织和循环图表百度文库五、课程设计时间安排课程设计时间：一、工程概述(一)设计依据某地下洞室围岩完整性差， 裂隙发育良好，存在明显的地质构造，围岩渗透性强。洞室按新奥法原理进行设计， 采用锚喷支护。洞室为直墙圆拱型的形状， 其几何尺寸 为拱高半径为，直墙高 5m,洞室沿轴线方向的长度为 20m,离地表距离为10ml拱顶 喷射混凝土厚度do 0.3

6、m,拱脚及边墙厚度 dn dc 0.45m,喷混凝土均采用C25号混凝土，混凝土容重h 2.4 103kg/m3,混凝土弹模E 2.6 104MPa。(二)设计要求(1)、确保地下洞室的顺利开挖，控制地下水，减少对围岩的扰动，尽量保持围岩原有的 结构和强度，防止围岩的松动和破坏；(2)、根据工程要求及工程所在处地形地质条件，确定最佳锚杆类型和规格，确保围岩的稳定与开挖的安全；(3)、贯彻安全生产的方针，提出可靠的安全技术措施，确保施工安全。(4)、采用先进的科学技术，合理的选择参数，以达到良好的支护效果。(5)、锚杆布置按照确保支护效果为先导，以经济、安全的锚杆布置达到支护的目的。(三)洞室断

7、面图(见图1)-10000图1、洞室断面图百度文库二、锚喷支护介绍1、锚喷支护概念锚喷支护方法是将岩体作为结构材料，通过调动和增加岩体自身强度实现岩体自身 支撑，是一种符合现代岩石力学理论的岩层控制方法。为了区别于依靠人工材料和构建 支撑岩块重量的传统支护方法，国际岩石力学界常称之为岩石加固技术。锚喷支护是锚 杆与喷射混凝土联合支护的简称。锚杆与喷射混凝土都可以独立使用。2、锚杆的作用/ /锚杆是用金属或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。经使用某些机械装/ 置，粘结介质，并通过一定的施工操作，将其安设在地下工程的围岩或其他工程体中， 即能形成承受荷载、阻止变形的围岩拱结构或其他复合结构物

8、的锚杆支护。通常认为，锚杆具有悬吊作用，减跨作用，组合作用，加固作用，改善围岩周边应力状 态作用等。3、几种主要锚杆介绍(1)楔缝式锚杆楔缝式锚杆主要由杆体、楔块、垫板和螺母等组成。其工作原理如下：楔缝式锚 杆安装到位后，在外锤击和风枪冲击作用下，楔块劈进杆体楔缝，使杆体楔缝凉意嵌 入围岩钻孔孔壁，产生锚固力。当拧紧螺母后，锚杆即进入工作状态，能增强围岩的 稳定和阻止围岩的变形。(2)、胀壳式锚杆胀壳式锚杆主要由胀壳、锥形螺帽、杆体、垫块和螺母组成。其工作原理如下： 胀壳式锚杆的工作原理与楔缝式锚杆的工作原理不同。它是靠旋转杆体，使锥形螺帽 向下滑动，迫使胀壳向左右张开，楔嵌入钻孔岩壁，且杆体

9、的继续转动，越楔越牢， 锚杆所穿越的围岩受到挤压，自稳能力增加，变形受到控制。(3)、树脂内锚头锚杆/树脂内锚头锚杆由药包式高分子合成树脂(通用型和不饱和聚脂树脂)为粘结的 锚固剂，和具有反麻花头的杆体以及垫板、螺母组成。其工作原理如下：树脂内锚头 锚杆的工作原理是当药包式高分子合成树脂锚固剂被麻花状杆体端搅破后，锚固剂中 的不饱和聚脂树脂，加速剂和固化剂，在告诉旋转的杆体搅拌下，立即起化学反应， 一般在五分钟左右的时间，很快就固化，把锚杆麻花状内端与岩体钻孔壁紧密地粘在百度文库一起，形成高锚固力内锚头。通过垫板的安装和拧紧螺母，对围岩起到支护作用。(4)、快硬水泥卷内锚头锚杆/快硬水泥卷内锚

10、头锚杆主要由快硬水泥和杆体、垫板和螺母组成，除快硬水泥卷的构造外，其余均与树脂内锚杆相同。 其工作原理如下：快硬水泥卷锚杆是利用快硬水泥卷的水泥净浆，被锚杆杆体内端旋转挤进，钻孔岩壁裂隙，并将锚杆杆体与钻孔周边快速地胶结固结起来，且产生一定的体积膨胀，因而对围岩产生较大的锚固力，达 到支护围岩的目的。(5)、早强砂浆内锚头锚杆/早强砂浆内锚头锚杆的组成同快硬水泥卷内锚头锚杆相似，不同的是锚固剂为 TZ型药包。TZ型药包选用硫铝酸盐早强水泥干砂，TS速凝剂，亚硝酸阻锈剂，按一定的配比搅拌均匀，用聚酯薄膜包装成药包。当钻眼内水多时，药包内要加入水泥重量50% 100%勺干砂。其工作原理是：早强砂浆

11、内锚头锚杆是水泥净浆，被锚杆杆体内端旋转挤进，钻孔岩壁裂隙，并将锚杆杆体与钻孔周边快速地胶结固结起来，且产生一定的体积膨胀，因而对围岩产生较大的锚固力，达到支护围岩的目的。(6)、砂浆锚杆砂浆锚杆由水泥砂浆、杆体、垫板和螺母组成。其工作原理如下：砂浆锚杆借助水泥砂浆凝固后的强度，将杆体与钻孔壁牢牢地连接在一起，让杆体牵制围岩的变形，以达到增强围岩稳定性的减少围岩变形的目的。(7)、缝管式锚杆 缝管式锚杆由前端冠部制成锥体的开缝钢管杆体、挡环以及垫板组成。其工作原理如下：由于缝管式锚杆的外径一般比软弱围岩钻孔直径大23mm比硬质围岩钻孔直径大13mm当缝管式锚杆被强行推入围岩钻孔后，管体受到挤压

12、，对围岩钻孔壁产生弹性抗力，从而使钻孔岩壁与锚杆杆体之间产生轴向静摩擦力，阻止围岩的松动、变形，围岩增加稳定性；其次，由于安装推进锚杆时，垫板紧压孔口岩石，使锚杆下段围岩形成区域梨形应力体，围岩在一定范围内产生“三向压力区” /,提高围岩自承能 力。三、锚杆类型的确定与选取1、锚杆的选取根据本洞室高强度支护的要求，结合市场锚杆行情，经综合分析考虑，决定在本工百度文库程中采用20MnSi左旋无纵筋螺纹钢树脂内锚头锚杆，它是一种经特殊加工工艺制作的锚 杆，螺纹段强度大于杆体的强度，螺纹段抗弯抗剪性能良好，是井巷高强度支护的新型锚杆。左旋无纵肋螺纹钢式树脂锚杆锚杆强度高，结构合理，预紧力大，能够自动

13、调整 受力方向，增大对围岩的约束力，能实现机械化快速安装。可端锚、加长锚和全锚，主 要用于高地压矿井大变形巷道的高强度支护，同时也可用于铁路、水电等各类工程的高 强度，永久性巷道支护。其表面有凹凸纹理，不需要作任何处理即能保证锚杆与锚固剂 之间较高的粘结强度。20MnSi左旋无纵筋螺纹钢锚杆性能参数见表 3-1 :表3-1左旋无纵筋螺纹钢锚杆性能参数表规格屈服强度(Mpa抗拉强度(Mpa延伸率(%)破断荷载(KN/m)理论重量(KG/n)16>335>490>16> 10018>335>490>16> 12620>335>490>

14、;16> 15622>335>490>16> 1892、锚固岩层厚度m的计算如果能调查清楚易碎直接顶时，则m易碎直接顶厚度;按冒落拱的高度倍为基础；锚固岩层厚度的计算公式如下:m= k b式中： k为安全系数，取k = (本工程安全系数 k取)Bb为自然冒落高度，b=2fB为巷道掘进跨度；f为岩石坚固性系数。B 6故本工程中有：m kb k = x=2f 2 6.43、直墙部分锚杆计算时，锚固力计算简图如下：/Q百度文库图/4、直墙部分锚杆锚固力 Q固计算小KGQ固一cos35式中：K为安全系数，取K=;a为锚杆间距，为2m,m为锚固岩层厚度；石*后咨JBL o故

15、有本工程中：、固=上cos351.5 22、锚固力计算简图12ka mcos35ka2mcos352 0.703 25 0.8192=5、锚杆直径的确定'、各种锚杆的锚固力必须与杆体本身的抗拉强度相适应；艮 杆体的抗拉极限，这样才能充分发挥锚杆材料的作用。因此， 抗拉力等于锚杆实际锚固力的原则确定。2P立d，拉4 /由P拉Q固口锚杆的实际锚版旋等于 锚杆体2W按照杆体的百度文库式中:/拉为锚杆杆体材料的设计抗拉强度;P 拉为锚杆杆体材料的抗拉力;q固d 1.13 Q固为锚杆的锚固力;d为锚杆直径。，故有本工程中:d 1.13128.723 103490 1066、l 2的确定取 d =

16、 20mm锚杆长度的计算简图如下:图3、锚杆长度计算简图按经验公式取12 >；根据杆体材料设计抗拉强度等于锚固端部的粘结力，求12的计算公式如下:72 拉=d 1 2 粘4百度文库式中：d为锚杆直径;拉为杆体材料设计抗拉强度;,d拉124粘粘为锚杆与砂浆的粘结强度，对于螺纹钢，取故有本工程中:0.02 490=m207、由于本工程拱脚及边墙采用厚喷射混凝土支护,11的确定故锚杆露在锚杆眼外的长度11部分应与钢筋网连接焊固，取11=08、直墙部分锚杆的总长度1 = 12 m 11= +=9、拱顶部分锚杆间距计算a 0.887d.=x xkm为方便施工，锚杆间距取2m。10、拱顶部分锚杆长度

17、计算,d拉12-4粘0.02 490故有本工程中：12 = 0.49 m20拱顶采用故厚喷射混凝土支护，故拱顶部分锚杆的总长度1 = 12 m 11= +=。11、锚杆受剪验算根据摩尔一一库伦公式，岩石的抗剪强度为：tan c式中：为作用在破坏面上的正应力；为岩石的内摩擦角；c为岩石的内聚力。10百度文库故有本工程中，tan c= 10X +对于钢材的抗剪强度，有/( 0.6 0.8)取小值得：/ 钢 0.6 钢 0.6 490 294MPa >20.2MPa故采用直径为20的20MnSi左旋无纵筋螺纹钢树脂内锚头锚杆能满足抗剪的要求。12、树脂卷粘结端长度/根据相应规范，树脂卷粘结端长

18、度取250mm。13、孔径选择规范规定：树脂锚杆和快硬水泥卷锚杆孔径宜为4250mm小直径锚杆孔直径宜为2832mm。本工程采用孔径为 45mm的机械钻孔。14、锚杆布置(1)洞室横断面锚杆布置图见图1:图4、洞室横断面锚杆布置图(2)洞室纵断面锚杆布置图见图2:11百度文库图5洞室纵断面锚杆布置图(单位：m)四、锚杆施工工艺的流程1、锚杆施工前，应对下列事实进行调查核实(1)工程计划、设计图等基础资料是否齐备；(2)洞室施工用水水质，地下水对钻孔、注浆的影响；(3)对巷道周边设物和设置物核实、复查；(4)调查锚固工程周边状态岩层的处理；(5)作业限制、环保规则、矿山法令等对工程的影响2、锚杆

19、孔的施工应遵守下列规定(1)钻锚杆孔前，应根据设计要求和围岩情况，定出孔位，做出标记。(2)锚杆孔距允许偏差为 150mm。(3)树脂锚杆和快硬水泥卷锚杆孔洞深度不应小于杆体有效长度，且不应大于杆体有效长度 30mm。/ /(4)锚杆原材料型号规格品种以及锚杆各部件质量和技术性能应符合设计要求。(5)锚杆孔位孔径孔深及布置形式应符合设计要求。(6)孔内积水和岩粉应吹洗干净。3、锚杆尾端的托板/应紧贴壁面未接触部位必须楔紧锚杆杆体露出岩面的长度不应大于喷射混凝土的厚度。12百度文库4、树脂锚杆的树脂卷贮存和使用应遵守下列规定(1)树脂卷宜存放在阴凉干燥和温度在+525的防火仓库中(2)树脂卷应在

20、规定的贮存期内使用使用前应检查树脂卷质量变质者不得使用超过使用期者应通过试验合格后方可使用。5、树脂锚杆的安装应遵守下列规定(1)锚杆安装前应先用杆体量测孔深做出标记然后用锚杆杆体将树脂卷送至孔底。(2)搅拌树脂时应缓慢推进锚杆杆体。(3)树脂搅拌完毕后应立即在孔口处将锚杆杆体临时固定。/ (4)安装托板应在搅拌完毕 15min后进行当现场温度低于 5时安装托板的时间可。6、锚杆安装的施工操作，如下(1)安装工具：电钻一部，12寸和14寸扳手一把，连接头数个；或采用“ TJ9型”风动 搅拌器，连接器采用短钎断面打磨平后，对中焊上螺母；(2)检查锚固剂出厂日期，若锚固剂包装袋破裂、内部结块发硬等

21、情况均不能使用。杆体内端麻花状结构应去锈、擦刷干净；(3)安装时先需用杆体插入锚孔量眼深，合格后，拔出杆体，将锚固剂放进钻孔，用杆 体徐徐推送至眼底。(4)用搅拌器搅拌树脂时应缓缓推进杆体，搅拌时间一般为30S。搅拌完毕后将孔口处杆件临时固定，15分钟后可安装托板。13-不饱和聚酯树脂+加速剂+ 填料,一纤维纸或塑料袋一固化剂+ 填料-玻璃管一堵头树脂锚固剂左旋无纵筋钢筋左旋无纵筋螺纹钢树脂内锚头锚杆图砂浆填充图6、左旋无纵筋螺纹钢树脂内锚头锚杆安装示意图7、左旋无纵筋螺纹钢树脂内锚头锚杆安装示意图，如下百度文库五、混凝土参数的确定及工艺流程1、混凝土层厚度验算取单位宽度的的喷射混凝土层进行计

22、算，喷射混凝土层可视为以锚杆为支撑的梁,梁上的荷载为洞室上岩层自重压力和两锚杆之间不稳定岩层的重量以及喷射混凝土层的重量。则单位面积上的荷载为:岩为岩石容重;q 岩 m hHm为锚固岩层厚度即不稳定岩层厚度;h为喷射混凝土容重;H为喷射混凝土厚度。故有：q 25 0.703 2.4 0.15 17.94KPa单位面积上的喷射混凝土层按四周固定的板计算，跨中最大弯矩为:M max 0.205qlx x 1mKN m喷射混凝土层的断面抗弯矩为:l 21W-H 20.450.456630.00338m喷射混凝土层的弯曲应力为M maxW14百度文库根据规范，不同强度等级喷射混凝土设计强度按表 51取

23、得:表5 1喷射混凝土强度设计值（MPa）喷射混凝土强度强度种类一造级/C15C20C25C30轴心抗压弯曲抗压抗 拉本工程采用C25混凝土，轴心抗压强度弯曲抗压强度 2 = MPa ;抗拉强度 3= MPa。<1,<2,< 3 ,所以本工程中喷射混凝土厚度采用150mm是安全的。2、钢筋网的选择喷射混凝土能有效控制锚杆间的活石，但其本身性脆，当岩体变形量大时，易开裂剥落。解决办法是采用钢纤维喷射混凝土或者在喷射混凝土前敷设金属网，（通常用直径68mm的细圆钢制成 150mm x 150mm或200mm x 200mm的网格，喷后成钢筋混凝土 层，改善了喷层的抗拉性能，这称之

24、为“锚喷网”联合支护。 本工程采用8圆钢，制成200mm< 200mmW网格，钢筋保护层厚度为 40mm制作前 进行校直、除锈及油污等，确保施工质量，按每循环进尺长度在洞外制作成2mx 2m的网片网片，运输车运至工作面现场安装。3、喷射混凝土的施工工艺/（1）原材料的选择要求/应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥也可选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥必要时采用特种水泥水泥强度等级不应低于；/应采用坚硬耐久的中砂或粗砂细度模数宜大于干法喷射时砂的含水率宜控制在5%7嘀采用防粘料喷射机时砂含水率可为7%10%应采用坚硬耐久的卵石或碎石粒径不宜大于15mmi使用碱性速凝剂时不得使用含有活性

25、二氧化硅的石材；15百度文库 应采用符合质量要求的外加剂掺外加剂后的喷射混凝土性能必须满足设计要求，在使用速凝剂前应做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验初凝不应大于min ,终凝不应大于10min在采用其他类型的外加剂或几种外加剂复合使用时也应做相应 的性能试验和使用效果检验。 当工程需要采用外掺料时掺量应通过试验确定加外掺料后的喷射混凝土性能必须满 足设计要求。混合水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质不得使用污水及pH值小于4的酸性水和含硫酸盐量按SO-4计算超过混合用水重量1%的水。(2)施工机具的要求干法喷射混凝土机的性能应符合下列要求：密封性能良好输料连续均匀；生产能力(

26、混合料)为35m3/h允许输送的骨料最大粒径为25 mm；、输送距离(混合料)水平不小于100 m垂直不小于30 m。湿法喷射混凝土机的性能应符合下列要求：密封性能良好输料连续均匀；生产率大于5m3/h允许骨料最大粒径为 15mm； 混凝土输料距离水平不小于30m垂直不小于20 m;机旁粉尘小于10mg/m3。其他要求： 选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求当工程需要选用单台空压机；工作时其排风量不应小于9m3/min压风进入喷射机前必须进行油水分离；混合料的搅拌宜采用强制式搅拌机；/输料管应能承受以上的压力并应有良好的耐磨性能；干法喷射混凝土施工供水设施应保证喷头处的水压为。/(3

27、)混合料配合比及拌制/干法喷射水泥与砂石之重量比宜为：:,水灰比宜为,法喷射水泥与砂石之重量比宜为：:, 水灰比宜为砂率为50%60%2% ,砂石均为3%。外掺料的添加量应符合有关技术标准的要求并通过试验确定。原材料按重量计称量的允许偏差为：水泥和速凝剂均为16百度文库 混合料搅拌时间应遵守下列规定：采用容量小于400L的强制式搅拌机时搅拌时间不得少于60;采用自落式或滚筒式搅拌机时搅拌时间不得少于120s；采用人工搅拌时搅拌次数不得少于3次；混合料掺有外加剂或外掺料时搅拌时间应适当延长。混合料在运输存放过程中应严防雨淋及大块石等杂物混入装入喷射机前应过筛；干混合料宜随拌随用无速凝剂掺入的混合

28、料存放时间不应超过 2h干混合料，掺速凝剂后存放时间不应超过 20min。/用于湿法喷射的混合料拌制后应进行坍落度测定其坍落度宜为812cm。(4)喷射前的准备工作拆除作业面障碍物清除开挖面的浮石和墙脚的岩渣堆积物； 用高压风水冲洗受喷面对遇水易潮解泥化的岩层则应用压风清扫岩面；,埋设控制喷射混凝土厚度的标志；喷射机司机与喷射手不能直接联系时应配备联络装置； 作业区应有良好的通风和足够的照明装置； 喷射作业前应对机械设备风水管路输料管路和电缆线路等进行全面检查及试运转；受喷面有滴水淋水时喷射前应按下列方法做好治水工作。(5)钢筋网喷射混凝土施工 钢筋使用前应清除污锈； 钢筋网宜在岩面喷射一层混凝土后铺设钢筋与壁面的间隙宜为30mm;采用双层钢筋网时第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设；钢筋网应与锚杆或其他锚定装置联结牢固喷射时钢筋不得晃动；开始喷射时应减小喷头与受喷面