隧道工程支护结构设计方法

隧道工程支护结构设计方法支护结构支护结构的基本作用在于：与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，能承受可能出现的各种荷载；保持隧道断面的使用净空；防止围岩质量的进一步恶化；提供空气流通的光滑表面。因此，任何一种类型的支护结构都应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性。支护有：超前支护，初期支护，二次衬砌支护。隧道支护设计根据新奥法原理，软弱围岩隧道支护一般采用复合衬砌。复合衬砌由初期支护、二次衬砌两部分组成。隧道开挖后先实施喷射混凝土、锚杆、钢拱架等与围岩密贴的初期支护，约束围岩变形，并根据变形监控量测结果，适时施作二次衬砌。初期支护设计初期支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架组成的联合支护体系，是复合衬砌隧道的主要承载结构。初期支护设计-喷射混凝土喷射混凝土的作用喷混凝土能及时、有效地防止开挖面岩层的松散、离层和掉落，是有效地保护围岩、防止坍方的重要手段。填充裂隙界面附着防掉块

喷混凝土与围岩的粘附是发挥喷混凝土支护效果的保证，也是喷混凝土最主要的力学作用。喷混凝土设计及施工要点:喷混凝土应具有必要的早期强度，以尽快对围岩提拱支承力，24小时抗压强度不应低于10MPa。喷混凝土应有足够的后期强度，强度等级不应低于C25。与围岩应具有足够的粘附强度，使喷混凝土与围岩尽快形成整体，阻止围岩松动下滑，与围岩的粘结强度不应低于0.5MPa。软弱围岩采用钢筋网喷混凝土，增强喷混凝土的抗剪强度、提高粘附性。喷混凝土施工要求做到：喷混凝土应采用湿喷工艺湿喷法其喷射混合料进入喷射机前已经按规定加入水拌合均匀，因此较干喷工艺具有水灰比能准确控制，利于水泥的水化，施工粉尘小，回弹少，混凝土均质性好，强度高的优点。喷混凝土必须与岩面密贴，不可有空洞，以保证良好的共同受力状态喷混凝土必须快速、及时施作。初期支护设计-锚杆锚杆作为初期支护的另一主要构件，设计施工中是必不可少的，特别是在软弱围岩中，其对围岩的加固作用十分明显。1）围岩中锚杆的作用在围岩中单凭喷射混凝土往往难以抵抗围岩的巨大形变压力，不能有效地保证支护的可靠性。在这种情况下，需要将喷射混凝土与锚杆联合使用，并把锚杆作为主要的支护措施。围岩中锚杆的主要作用是通过形成具有一定厚度的“加固圈”来“加固围岩”。“加固圈”承担外层围岩传来的荷载，使得最后传到喷射混凝土层的荷载大为减小。2）围岩锚杆设计与施工要点：锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置，必要时底部也要加锚杆；为保证加固带有一定厚度，锚杆的长度与间距之比一般为2:1；为防止锚杆间围岩坍落，还应配合网喷混凝土，喷层主要承担锚杆间的局部坍塌荷载；为达到设计目的，软弱围岩锚杆施工中要求做到：锚杆锚固可靠，全长粘结；要用垫板，且垫板要求与岩面紧贴。初期支护设计-钢架钢架分型钢钢架与格栅钢架两种，一般应与锚杆、喷混凝土共同使用。钢架断面图1）钢架的作用钢架的作用有四点：一是喷混凝土发挥作用前支撑围岩；二是对喷射混凝土进行补强；三是作为超前支护的支点；四是与锚杆、喷射混凝土共同发挥初期支护的作用。2）钢架适用范围钢架的最大特点是刚度大，架设后能够立即承载受力。因此，多用于软弱破碎或土质围岩中，需要控制围岩变形迅速发展的场合。如浅埋、偏压及土层隧道等。钢架的设计与施工要点：一般采用工字钢，或“八字结”形联系钢筋的格栅钢架；钢架间距一般为0.6～1.0m。为增加钢架的整体性，每榀钢架间应设纵向连接构件；钢架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和下沉的措施。

为达到设计目的，钢架的施工要求做到：接头是整个钢架的薄弱环节，必须加强;钢架应直立安装，并用混凝土预制块与围岩顶紧；型钢钢架应预留注浆孔，及时对喷混凝土层后回填注浆，保证与围岩密贴；分部开挖钢架落底接长时，要注意防止失稳。2、二次衬砌设计隧道围岩中二次衬砌也是主要承载结构，二次衬砌与初期支护共同承担较大的后期围岩变形压力，应适时施作。二次衬砌设计（1）二次衬砌的作用二次衬砌的主要作用：一是承载，二是安全储备，保障运营的安全。（2）二次衬砌的设计与施工要点二次衬砌原则上应适时施做。软弱围岩二次衬砌应带仰拱，与边墙应圆顺连接，减少应力集中。为达到设计目的，软弱围岩二次衬砌施工要求做到：二次衬砌应先施工仰拱，分段整体浇注。二次衬砌背后空洞应回填密实。3、超前支护超前支护时保证隧道安全进洞，进洞后保证安全出洞。超前支护又叫预支护，对保证我们的安全尤其重要。超前支护包括：超前大管棚、中管棚、超前小导管、超前锚杆。超前支护–超前大管棚

管棚是利用导向架，沿着开挖外轮廓线，以较小的外插角，向开挖前方打入钢管，形成对开挖前方围岩的预支护。管棚施工工序有开挖管棚钻机工作室，导向墙施工，搭设平台，安装钻机，安装管棚钢管，注浆。

套拱施工图管棚施工施工图超前支护–超前小导管超前小导管注浆是在开挖掘进前，先用喷混凝土将开挖面和隧道一定范围内的地段封闭，然后隧道拱部轮廓线打人带孔的钢管，并向钢管内注浆，浆液即由导管渗透到地层中，在隧道拱部形成固结体并加固围岩。超前小导管适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。小导管施工施工图超前三支护–超前三锚杆超前三锚杆三是沿三开挖三轮廓三线，三以一三定的三外角三打入三开挖三工作三面，三形成三对前三方围三岩的三预支三护。三主要三适应三于围三岩应三力较三小，三地下三水较三少、三岩体三软弱三较破三碎，三开挖三面有三可能三坍塌三的隧三道中三，和三钢架三配合三使用三。隧道三施工三顺序三示意三图隧道三施工三超前三地质三预报三是在隧道三洞内三外地三质调三查、三掌子三面素三描结三果的三基础三上，三根据三隧道三开挖三揭示三的洞三身围三岩条三件的三变化三趋势三、洞三内外三构造三相关三分析三结果三；采三用地三球物三理探三测手三段对三隧道三施工三掌子三面进三行探三测，三运用三地质三学、三数学三、物三理学三、逻三辑学三等各三学科三知识三结合三预报三人员三经验三，对三隧道三工程三可能三遇到三的各三种不三良地三质体三及因三此可三能发三生的三各种三地质三灾害三的性三质、三分布三位置三、规三模的三判断三和预三报。超前三地质三预报隧道三所在三地区三地质三分析三与宏三观地三质预三报：三采用三传统三的地三质分三析方三法，三辅以三必要三的物三探技三术等三手段三，主三要是三宏观三的预三报开三挖面三前方三的围三岩级三别、三稳定三性，三随时三提出三修改三设计三，调三整支三护类三型；三预报三洞内三涌水三量大三小和三变化三规律三以及三对环三境地三质与三工程三的影三响。隧道三洞身三不良三地质三及灾三害地三质超三前预三报：三在传三统地三质分三析方三法的三基础三上，三结合三施工三方法三、工三艺、三工期三等要三求，三以先三进的三物探三技术三为主三要探三测手三段，三并辅三以必三要的三超前三平行三导坑三预报三法、三超前三水平三钻孔三法。三主要三预报三掌子三面前三方岩三性变三化和三不良三地质三体的三范围三、规三模、三性质三，以三及突三水、三突泥三、坍三塌、三岩爆三、有三害气三体等三灾害三地质三的发三生概三率，三提出三施工三预防三措施三；预三报断三层的三位置三、宽三度、三产状三、性三质、三破碎三带物三质状三态、三充水三情况三、稳三定程三度等三，提三出施三工对三策。重大三施工三地质三灾害三临警三预报三：在三传统三地质三分析三方法三的基三础上三，结三合施三工方三法、三工艺三、工三期等三的要三求，三以超三前平三行导三坑预三报法三、超三前水三平钻三孔法三为主三，综三合利三用各三种有三效的三物探三手段三，针三对掌三子面三前方三有可三能引三发的三大规三模突三水、三突泥三、坍三塌、三冒落三、变三形、三瓦斯三爆炸三等重三大地三质灾三害建三立临三警预三报系三统，三主要三预报三隧道三洞身三所通三过的三深大三富水三断裂三、富三水向三斜的三核部三、富三水砂三层、三软土三、极三软岩三、煤三系地三层等三，评三判其三危害三程度三，提三出施三工方三案对三策。地质三超前三预报三内容三及应三用原三则超前三水平三钻孔三法用钻三探设三备向三掌子三面前三方钻三探，三直接三揭示三隧道三掌子三面前三方几三十米三的地三层岩三性、三岩体三结构三、构三造、三地下三水、三岩溶三洞穴三充填三物及三其性三质、三岩体三完整三程度三等资三料，三还可三通过三岩芯三试验三获得三岩石三强度三等定三量指三标，三适用三于已三经基三本认三定的三主要三不良三地质三区段三。超三前水三平钻三孔的三方向三控制三和钻三探工三艺有三一定三的技三术难三度，三对施三工干三扰大三。TS三P超前三预报三系统TS三P2三02、TS三P2三03超前三预报三系统三由瑞三士安三伯格三量测三技术三公司三开发三生产三，具三有适三用范三围广三、预三报距三离长三、时三间短三、对三施工三干扰三小、三费用三少等三优点三。其三基本三原理三是:首先三在洞三内指三定的三震源三点用三小量三炸药三激发三，产三生的三地震三波在三岩石三中以三球面三波的三形式三向前三传播三，当三地震三波遇三到岩三石物三性界三面(即波三阻抗三界面三，如三断层三、岩三石破三碎带三、岩三性突三变等)时，三一部三