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隧道工程;第七章锚喷支护结构的设计与施工;7.1概述;⑶60年代后发展期来的现代支护理论阶段:
特点:围岩和支护结构共同组成了承载的支护体系,其中围岩是主要的承载结构,而支护结构是辅助性的,但也不可缺少。
代表:新奥法理论是其典型代表。
2、现代支护理论与设计要点
⑴ 现代支护理论
①一切方法、手段和措施都围绕围岩稳定为目的;
②支护与围岩视作统一的复合体,支护合围岩共同作用;
③在复合体中,围岩是承载主体,最大限度的发挥围岩的自承能力,同时也要发挥支护结构的承载能力;
④凭借现场试验和监测手段,划定围岩级别,获得力学参数指导设计施工;;⑤对不同的地质条件,力学特征的围岩,灵活采用不同支护方式,力学计算模型。如荷载-结构模型、经验类比模型等;
⑵ 基本要求
①支护必须与周围岩体大面积的牢固接触,即保证支护-围岩作为一个统一的支护体系而共同工作;
②重视初期支护的作用,并使初期支护与二次支护相互配合协调一致的工作;
③要允许围岩及支护结构产生有限的变形,以允许发挥围岩的承载作用而减少支护结构的受力。为此要求对支护结构的刚度、构造给予充分的注意;
④必须保证支护结构及时施作。如支护施作过晚,会使围岩暴露时间过长,产生过渡的位移而濒临破坏,所以应在坑道围岩达到极限平衡之前发挥其承载作用;;⑤支护结构要根据坑道围岩的实际动态,及时进行调整和修改,以适应不断变化的围岩状态;
3、锚喷支护与传统支护的区别
⑴对围岩和围岩压力的认识上:
传统支护理论:围岩压力由洞室塌落的围岩“松散压力”造成
的;
锚喷支护理论:围岩具有自承能力,围岩作用在支护上的压力
不是松散压力,而是阻止围岩变形的形变压力。
⑵在围岩和支护间的相互关系上:
传统支护理论:将围岩与支护分开考虑,视为“荷载-结构”
体系
锚喷支护理论:将围岩和支护视为统一体,二者组成“围岩-
支护”体系共同参与工作。;⑶在支护功能和作用原理上:
传统支护理论:支护只是为了承受荷载;
锚喷支护理论:支护是为了及时稳定和加固围岩。
⑷在设计计算方法上:
传统支护理论:主要是确定作用在支护上的荷载;
锚喷支护理论:设计的作用荷载是岩体的地应力,围岩和支护
共同承载;
⑸在支护形式和工艺上
传统支护理论:模注混凝土;
锚喷支护理论:施工方法简单,灵活,不需模板,无需回填,
在围岩松动之前能及时加固围岩。;4、锚喷支护的特点(主要在机理和工艺上);7.2锚喷支护结构的受力与计算;③摩察型;②减跨作用:在隧道顶板岩层中大入锚杆,相当于在顶板上增加了支点,使隧道跨度减小,从而使顶板岩体应力减小。;④挤压加固作用(整体加固作用):预应力锚杆群锚入围岩后,其两端附近岩体形成圆锥形压缩区,按照一定间距排列的锚杆在预应力作用下构成一个均匀的压缩带,即承载环。压缩带中的岩体处于三向应力状态,显著提高围岩强度。;⑶锚杆的设计与计算
①锚杆承载力计算;②砂浆锚杆所需锚固长度
锚杆直径d:
以抗拉为例,锚杆直径可用下式计算:;其中:d是锚杆直径, 螺纹钢筋;D是钻孔直径;k安全系数,3-5;是砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 大于30厘米;
锚杆长总度L:
式中:L1是锚固深度;L2为不稳定岩层厚度;L3是外露长度
(约小于喷射混凝土厚度);
⑶锚杆间距的确定:若等间距布置,每根锚杆所负担的岩体重量即为所受荷载。;砂浆锚杆的承载力:
⑸加固裂隙围岩:若在隧道顶部出现裂隙,为防止进一步扩展危及顶部岩体稳定,可采用预应力锚杆加固。;假设裂隙受到预加力T和水平方向压力P,则裂隙法向力和抗滑力分别为:
是裂隙面内摩察角,沿裂隙面的下滑力必须满足的条件:;2、喷混凝土支护结构
喷射砼(干喷)是将水泥、砂子、石子、速凝剂按一定的比例均匀的搅拌后送入喷射机,借助压缩空气将干混合料通过管道压送到喷头与高压水混合,以很高的速度喷射到岩壁表面凝结而成的砼。它是通过局部稳定围岩和整体稳定围岩起支护作用。
⑴喷射砼的作用
①充填裂隙加固围岩;
②找平,封闭围岩表面防止风化;
③喷砼与围岩组成共同承载结构。;⑵局部稳定原理
危石除用锚杆支护外,也可用喷射混凝土层支护。在危石重力作用下混凝土喷层可能出现冲切破坏和撕裂破坏。
①抗冲切计算
喷层厚度必须满足:
其中:为喷射混凝土抗拉强度(理论上应是抗剪强度,因抗剪强度较大,计算不安全);u为危石底面周长,k是安全系数3~5。;②抗撕裂计算
其中: 是喷层和岩石之间的计算粘结强度。
为此,需求出危石自重作用下在喷层与岩石之间的拉应力q的大小,利用弹性半地基上的半无限长梁公式: ;其中 ;K岩体弹性系数;E是混凝土弹性模量。当x=0端点时,有最大值:;⑶整体稳定原理;3、锚喷联合支护
⑴、锚喷联合支护修建隧道的基本概念
锚杆是
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