1、中南大学隧道与地下工程系中南大学隧道与地下工程系隧 道 工 程12本节主要内容：施工程序与基本原则喷射混凝土技术喷射混凝土施工工艺钢支撑锚杆支护3 采用新奥法施工的隧道，施工时应视其规模、地采用新奥法施工的隧道，施工时应视其规模、地质条件以及安全合理施工的要求，质条件以及安全合理施工的要求，充分利用现场量测信充分利用现场量测信息指导施工，息指导施工，即通过对施工中量测的数据和对开挖面的即通过对施工中量测的数据和对开挖面的地质观察等进行预测和反馈。地质观察等进行预测和反馈。 根据已建立的量测管理基准，对隧道的施工方法根据已建立的量测管理基准，对隧道的施工方法( (包括特殊的辅助施工方法包括特殊的
2、辅助施工方法) )、断面开挖步骤及顺序、初、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整，以保证施工安全、期支护的参数等进行合理调整，以保证施工安全、洞室洞室稳定和支护结构的经济性。稳定和支护结构的经济性。49.3.1 施工程序与基本原则 1.施工程序9.3.1 施工程序与基本原则三要素三要素 1.施工程序5 可扼要地概况为：可扼要地概况为：少扰动，早支护，勤量测，紧封闭少扰动，早支护，勤量测，紧封闭 少扰动少扰动开挖时要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动开挖时要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。强度、扰动范围和扰动持续时间。 早支护早支护开挖后及时施作初期锚喷支护，
3、使围岩的变开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。形进入受控制状态。 勤量测勤量测指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩确评价围岩( (或围岩加支护或围岩加支护) )的稳定状态，或判断其动态发展趋的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法势，以便及时调整支护形式、开挖方法 紧封闭紧封闭一方面指采取喷射混凝土等防护措施，避免一方面指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另一方面指要适围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。时对围岩施作封闭形支
4、护。 9.3.1 施工程序与基本原则 2.基本原则69.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术 是用是用喷射机把渗有速凝剂的粗细骨料混凝土以适当的喷射机把渗有速凝剂的粗细骨料混凝土以适当的压力，高速喷射到隧道岩壁表面压力，高速喷射到隧道岩壁表面凝结而成的混凝土凝结而成的混凝土。 由于混凝土颗粒在高速度喷射的猛烈冲击下，被连续由于混凝土颗粒在高速度喷射的猛烈冲击下，被连续地捣固和压实，具有密实的结构和较好的物理力学性能。地捣固和压实，具有密实的结构和较好的物理力学性能。 1. 1.喷射混凝土的特点喷射混凝土的特点 (1)(1)充填裂隙加固围岩充填裂隙加固围岩 (2)(2)封闭围岩壁面防
5、止风化封闭围岩壁面防止风化 (3)(3)与围岩组成共同承载体系与围岩组成共同承载体系72.喷射混凝土的优缺点 优点： （1 1）喷射混凝土致密，早期强度高，可与围岩牢固粘结喷射混凝土致密，早期强度高，可与围岩牢固粘结形成整体，且薄层柔性喷射混凝土与围岩能够共同变形，从形成整体，且薄层柔性喷射混凝土与围岩能够共同变形，从而减少作用在支护结构上的压力；而减少作用在支护结构上的压力； （2 2）能及时支护，有效地控制围岩的有害变形，有利于能及时支护，有效地控制围岩的有害变形，有利于安全施工；安全施工； （3 3）不用模板、拱架，降低了隧道工程的造价；不用模板、拱架，降低了隧道工程的造价； （4 4）
6、施工工艺简单，操作方便，机械化程度高施工工艺简单，操作方便，机械化程度高。 缺点：回弹量大、止水性弱（高达回弹量大、止水性弱（高达30%30%）（插入视频）（插入视频）9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术83.喷射混凝土的喷射方式 (1)(1)干喷：干喷：是将砂、石、水泥按一定比例干拌均匀投入喷是将砂、石、水泥按一定比例干拌均匀投入喷射机，同时加入速凝剂，用高压空气将混合料送到喷头，再在射机，同时加入速凝剂，用高压空气将混合料送到喷头，再在该处与高压水混合后，以高速喷射到岩面上。该处与高压水混合后，以高速喷射到岩面上。9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术9 (2
7、)(2)潮喷：潮喷：是将砂、石料预加水，使其浸润成潮湿状，再是将砂、石料预加水，使其浸润成潮湿状，再加水泥拌均匀，从而降低上料和喷射时的粉尘，其工艺流程加水泥拌均匀，从而降低上料和喷射时的粉尘，其工艺流程同干喷。同干喷。 9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术3. 喷射混凝土的喷射方式10 (3)(3)湿喷：湿喷：用湿喷机压送拌合好的混凝土，在喷头处添加用湿喷机压送拌合好的混凝土，在喷头处添加液态速凝剂，再喷到岩面上。液态速凝剂，再喷到岩面上。9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术3.喷射混凝土的喷射方式114.喷射混凝土的材料及其组成(1)喷射混凝土的材料 水泥：
8、水泥：喷射混凝土对所采用水泥的基本要求是：掺入速喷射混凝土对所采用水泥的基本要求是：掺入速凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。优先凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。优先采用采用325325号以上的普通硅酸盐水泥号以上的普通硅酸盐水泥。 砂子：砂子：中砂或粗中砂，细度模数一般宜中砂或粗中砂，细度模数一般宜大于大于2.52.5。 石子：石子：坚硬、耐久的卵石或碎石。最大粒径坚硬、耐久的卵石或碎石。最大粒径20mm20mm 速凝剂：速凝剂：一般为水泥质量的一般为水泥质量的2%2%4%4%（喷拱部时可用（喷拱部时可用3%3%4%4%，喷边墙时可用，喷边墙时可用2%2%3%3%
9、），水泥浆），水泥浆初凝初凝应不大于应不大于5min5min，终终凝凝应不大于应不大于10min10min。 9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术12(2)喷射混凝土的配合比和水灰比 与普通现浇混凝土相比，喷射混凝土与普通现浇混凝土相比，喷射混凝土的的石子含量要求少石子含量要求少得多，且粒径也小，相应砂子的用量则要增加，一般含砂率得多，且粒径也小，相应砂子的用量则要增加，一般含砂率在在50%50%左右效果较好。左右效果较好。 质量比质量比水泥：中砂水泥：中砂( (中粗砂中粗砂) )：石子：石子 隧道边墙采用隧道边墙采用 1:(21:(22.5):(22.5):(22.5)2.5
10、) 隧道拱部采用隧道拱部采用 1:2:(1.51:2:(1.52.0)2.0) 水灰比水灰比 一般为一般为0.40.40.5 0.5 9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术4.喷射混凝土的材料及其组成135.喷射混凝土的机械(具)设备 主要包括：主要包括： （1 1）混凝土喷射机混凝土喷射机 （2 2）上料机上料机 （3 3）搅拌机搅拌机 （4 4）压缩空气机压缩空气机 （5 5）喷射混凝土机械手或三联机等喷射混凝土机械手或三联机等 9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术145.喷射混凝土的机械(具)设备 （1）混凝土喷射机 是喷射混凝土的主要机械设备。是喷射混凝土
11、的主要机械设备。 目前国内已有多种定型产品，各有特点，可以由施工目前国内已有多种定型产品，各有特点，可以由施工的具体情况选用。以保证喷射混凝土的质量，减少回弹和粉的具体情况选用。以保证喷射混凝土的质量，减少回弹和粉尘，控制施工成本，提高工作效率为前提。尘，控制施工成本，提高工作效率为前提。 干式喷射机干式喷射机类型类型有：有：双罐式、转体式、转盘式双罐式、转体式、转盘式。 湿式喷射机湿式喷射机类型类型有：有：挤压泵式、转体活塞泵式、螺杆挤压泵式、转体活塞泵式、螺杆泵式喷射机泵式喷射机。9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术15（1）混凝土喷射机干式喷射机干式喷射机 （a）双罐式混
12、凝土喷射机 （b）转体式混凝土喷射机 9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术5.喷射混凝土的机械(具)设备 16（b）转体式混凝土喷射机 (c) 转盘式混凝土喷射机 9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术5.喷射混凝土的机械(具)设备 （1）混凝土喷射机干式喷射机干式喷射机179.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术5.喷射混凝土的机械(具)设备 （1）混凝土喷射机湿湿式喷射机式喷射机18 （2 2）搅拌机）搅拌机 由于采用干式喷射机，喷射时混合料是干料，拌合时易由于采用干式喷射机，喷射时混合料是干料，拌合时易产生粉尘。因此，应采用涡轮浆强制式混凝土搅拌
13、机，最常产生粉尘。因此，应采用涡轮浆强制式混凝土搅拌机，最常用的是用的是J4-375J4-375型型( (原原JWJW375375型型) )搅拌机。搅拌机。9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术5.喷射混凝土的机械(具)设备 19 （3 3）压缩空气机）压缩空气机( (俗称空压机俗称空压机) ) 为了防止压缩空气中的油水混入喷射混凝土中，在高压为了防止压缩空气中的油水混入喷射混凝土中，在高压风进入混凝土喷射机前必须先通过油水分离器，把油水过滤风进入混凝土喷射机前必须先通过油水分离器，把油水过滤排掉，避免喷射混凝土产生结块、堵管等现象。排掉，避免喷射混凝土产生结块、堵管等现象。9.
14、3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术5.喷射混凝土的机械(具)设备 20 （4）混凝土喷射机械手或三联机 为了减轻人工把持喷枪的劳动强度和改善喷射的工作条为了减轻人工把持喷枪的劳动强度和改善喷射的工作条件，目前国内外都在研制件，目前国内外都在研制出了出了各种型号的喷射混凝土机械手。各种型号的喷射混凝土机械手。机械手的型号虽有多种多样，但都具备使喷枪前后俯仰、左机械手的型号虽有多种多样，但都具备使喷枪前后俯仰、左右摆动或画圈，臂杆伸缩、升降或旋转等功能，使其满足喷右摆动或画圈，臂杆伸缩、升降或旋转等功能，使其满足喷射工艺要求。所有机械手一般都具有：射工艺要求。所有机械手一般都具有：喷
15、枪，臂的伸缩、回喷枪，臂的伸缩、回转或翻转机构，大臂的起落机构转或翻转机构，大臂的起落机构等。等。 最多的最多的是是一种一种安装在汽车上的喷射混凝土机械手安装在汽车上的喷射混凝土机械手，适用，适用于断面较大的无轨运输隧道。于断面较大的无轨运输隧道。9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术5.喷射混凝土的机械(具)设备 21 喷射混凝土三联机9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术5.喷射混凝土的机械(具)设备 22 喷射混凝土机械手9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术23 喷射混凝土机械手9.3.2 9.3.2 喷射混凝土技术喷射混凝土技术249.3.3
16、 喷射混凝土的施工工艺1.喷射混凝土的施工准备 （1 1）材料、机械）材料、机械( (具具) )的准备的准备 检查喷射混凝土的材料检查喷射混凝土的材料是否符合质量要求；保证施喷用水是否符合质量要求；保证施喷用水的水量和压力的水量和压力；各种机械；各种机械是否正常；试车运转是否良好；施喷是否正常；试车运转是否良好；施喷前应进行试风、通水，情况正常才能开始喷射作业。前应进行试风、通水，情况正常才能开始喷射作业。 （2 2）施喷场地准备）施喷场地准备 检查隧道开挖轮廓线；清理松动岩块和墙脚处的弃碴；用检查隧道开挖轮廓线；清理松动岩块和墙脚处的弃碴；用高压水高压水( (风风) )冲洗受喷岩面；对滴、漏
17、水处应采取措施进行处理；冲洗受喷岩面；对滴、漏水处应采取措施进行处理；作喷射混凝土厚度的标志；作好回弹物回收及利用的安排。作喷射混凝土厚度的标志；作好回弹物回收及利用的安排。259.3.3 喷射混凝土的施工工艺 （1 1）风、水压）风、水压 风压：风压：风源风压应稳定在风源风压应稳定在0.40.40.65MPa0.65MPa。 水压：水压：规定喷射作业区的系统水压应大于规定喷射作业区的系统水压应大于0.4MPa0.4MPa。 （2 2）喷嘴与受喷岩面之间的距离和角度）喷嘴与受喷岩面之间的距离和角度 距离：距离：喷嘴与受喷岩面之间的距离以喷嘴与受喷岩面之间的距离以0.80.81.2m1.2m为宜
18、为宜 角度：角度：垂直向刚喷射过的混凝土部位倾斜不大于垂直向刚喷射过的混凝土部位倾斜不大于1010 （3 3）一次喷射的厚度及各喷层之间间隔时间）一次喷射的厚度及各喷层之间间隔时间 厚度：厚度：根据喷射效率、回弹损失等因素确定。根据喷射效率、回弹损失等因素确定。 间隔时间：间隔时间：可在可在5 510min10min后进行下一次喷射后进行下一次喷射( (参照表参照表9-3)9-3)。 2.施喷作业 262.施喷作业（指干式喷射） （4 4）喷射分区与喷射顺序）喷射分区与喷射顺序 喷射时应按照喷射时应按照分段、分部、分块、由下而上，先边墙后分段、分部、分块、由下而上，先边墙后拱墙和拱腰，最后喷拱
19、顶的原则拱墙和拱腰，最后喷拱顶的原则进行。进行。 喷射混凝土时，喷头腰正对受喷岩面，均匀缓慢地按顺喷射混凝土时，喷头腰正对受喷岩面，均匀缓慢地按顺时针方向作螺旋形移动，一圈压半圈，绕圈直径为时针方向作螺旋形移动，一圈压半圈，绕圈直径为202030cm30cm。9.3.3 喷射混凝土的施工工艺27283.堵管问题的处理 (1)(1)原因：原因：u粗集料过大粗集料过大( (粒径大于粒径大于25cm25cm以上以上) )u水泥硬块或其它杂物水泥硬块或其它杂物u混合料混合料( (主要是砂主要是砂) )湿度过大湿度过大( (大于大于6%) 6%) u风压偏低风压偏低9.3.3 喷射混凝土的施工工艺(2)
20、处理措施：u喷射机司机应立即关闭马达，随后关闭风源。喷射机司机应立即关闭马达，随后关闭风源。 u喷射手将软管拉直，然后用手锤敲击以寻找堵管处。喷射手将软管拉直，然后用手锤敲击以寻找堵管处。u找到堵管部位后，可将风压升到找到堵管部位后，可将风压升到0.30.30.4Mpa(0.4Mpa(不超过不超过 0.5Mpa) 0.5Mpa)，并用锤击堵管部位，使其畅通。，并用锤击堵管部位，使其畅通。294.钢纤维喷射混凝土工艺 9.3.3 喷射混凝土的施工工艺 钢纤维喷射混凝土是指在喷射混凝土中加入一定数量的钢纤维喷射混凝土是指在喷射混凝土中加入一定数量的钢纤维。钢纤维。由于钢纤维均匀分布在混凝土中，为混
21、凝土提供了由于钢纤维均匀分布在混凝土中，为混凝土提供了非连续性的微型配筋，从而提高了非连续性的微型配筋，从而提高了材料的抗拉、抗弯、抗冲材料的抗拉、抗弯、抗冲击和耐磨性以及早期强度、韧性和延展性击和耐磨性以及早期强度、韧性和延展性，并改善了其它物，并改善了其它物理力学性能。理力学性能。304.钢纤维喷射混凝土工艺 9.3.3 喷射混凝土的施工工艺 (1)(1)钢纤维喷射混凝土的特性钢纤维喷射混凝土的特性( (表表9-5)9-5)。 (2)(2)钢纤维喷射混凝土的原材料及其配合比。钢纤维喷射混凝土的原材料及其配合比。 钢纤维用于喷射混凝土中，其直径一般为钢纤维用于喷射混凝土中，其直径一般为0.2
22、50.250.4mm0.4mm，长为，长为202030mm30mm，长径比为，长径比为6060100100。截面形状为圆形。截面形状为圆形或矩形，外形为平直线端头带弯钩。常用的钢纤维为碳素钢或矩形，外形为平直线端头带弯钩。常用的钢纤维为碳素钢纤维。纤维。 (3)(3)钢纤维喷射混凝土施工工艺钢纤维喷射混凝土施工工艺 喷射钢纤维混凝土时，可直接使用现有的喷射混凝土机喷射钢纤维混凝土时，可直接使用现有的喷射混凝土机械或将其稍加改进。械或将其稍加改进。31 5.钢筋网喷射混凝土 钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面上挂设钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面上挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。
23、目前，钢筋网，然后再喷射混凝土。目前，我国在各类隧道工程中我国在各类隧道工程中应用钢筋网喷射混凝土支护的比较多应用钢筋网喷射混凝土支护的比较多，主要用于软弱破碎围，主要用于软弱破碎围岩，而更多的是与锚杆或者钢拱架构成联合支护。岩，而更多的是与锚杆或者钢拱架构成联合支护。 （1 1）构造）构造 钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受力筋，钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受力筋，由设计确定，直径由设计确定，直径12m12m左右；纵向筋一般为构造筋，直径左右；纵向筋一般为构造筋，直径6 610mm10mm网格尺寸一般为网格尺寸一般为202020cm20cm，252525cm25cm，或，
24、或303030cm30cm。 9.3.3 喷射混凝土的施工工艺32 5.钢筋网喷射混凝土 （2 2）施工要点）施工要点 钢筋网应根据被支护围岩面上的实际起伏形状铺设，钢筋网应根据被支护围岩面上的实际起伏形状铺设，且应在喷射一层混凝土后再行铺设。钢筋与岩面或与初喷混且应在喷射一层混凝土后再行铺设。钢筋与岩面或与初喷混凝土面的间隙应不小于凝土面的间隙应不小于3 35cm5cm，钢筋网保护层厚度不小于，钢筋网保护层厚度不小于 3cm3cm，有水部位不小于，有水部位不小于4cm4cm。 为便于挂网安装，常将钢筋网先加工成网片，长宽可为便于挂网安装，常将钢筋网先加工成网片，长宽可为为100100200c
25、m200cm。 钢筋网应与锚杆或锚钉头连接牢固，并应尽可能多点钢筋网应与锚杆或锚钉头连接牢固，并应尽可能多点连接，锚钉的错固深度不得小于连接，锚钉的错固深度不得小于20cm20cm。 9.3.3 喷射混凝土的施工工艺339.3.4 钢支撑使用条件：使用条件：对于自稳时间很短的对于自稳时间很短的、级围岩隧道；级围岩隧道；浅埋偏压隧道；浅埋偏压隧道；隧道处于粉细砂、大面积淋水等地段；隧道处于粉细砂、大面积淋水等地段；为了抑制围岩过大的变形。为了抑制围岩过大的变形。钢架的特点：钢架的特点： 架设后立即受力，且强度和刚度均较大，可承受开架设后立即受力，且强度和刚度均较大，可承受开挖时引起的松动压力。挖
26、时引起的松动压力。钢架的类型：钢架的类型：型钢钢架型钢钢架和和格栅网构钢架格栅网构钢架两种类型两种类型。341.型钢钢架支撑 (1) (1)类型类型 工程上采用的型钢钢架有：工程上采用的型钢钢架有：工字型钢、工字型钢、H H型钢、槽钢、型钢、槽钢、U U型钢、钢管及钢轨型钢、钢管及钢轨等材料。等材料。 其中其中工字钢钢架支撑使用较多。工字钢钢架支撑使用较多。(2)(2)缺点缺点u钢架较重，架设困难；钢架较重，架设困难；u不便于加工制作；不便于加工制作；u钢架与喷射混凝土结合不良，粘结力较小。钢架与喷射混凝土结合不良，粘结力较小。 现场只有十分必要时才使用。现场只有十分必要时才使用。 9.3.4
27、 钢支撑35工字型钢拱架工字型钢拱架1.型钢钢架支撑 9.3.4 钢支撑362.格栅网构钢架 (1)(1)构造：构造： 如右图如右图(2)(2)特点：特点： 质量轻，制作容易，架设方质量轻，制作容易，架设方 便，省工省料；便，省工省料； 与喷射混凝土结合良好，能与喷射混凝土结合良好，能 形成整体钢筋混凝土结构；形成整体钢筋混凝土结构； 易与锚杆、超前小导管形成易与锚杆、超前小导管形成 整体。整体。 9.3.4 钢支撑37格栅网构钢架格栅网构钢架 2.格栅网构钢架 (2)(2)架设架设 格栅格栅钢架架设的纵向钢架架设的纵向间距应根据所支护的围岩间距应根据所支护的围岩而定，一般为而定，一般为0.7
28、50.751.2m1.2m，两榀钢架之间设置直径为两榀钢架之间设置直径为202022mm22mm的纵向钢拉杆。的纵向钢拉杆。 9.3.4 钢支撑382.格栅网构钢架支撑 9.3.4 钢支撑39 锚杆：是利用金属或其它高抗拉性能的材料制作的锚杆：是利用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。一种杆状构件。使用机械装置、粘结介质，将其安设在使用机械装置、粘结介质，将其安设在地下工程的围岩或其它工程体中，形成能承受荷载，阻地下工程的围岩或其它工程体中，形成能承受荷载，阻止围岩变形的支护手段。止围岩变形的支护手段。9.3.5 锚杆支护40 (1) (1)悬吊效应悬吊效应 把隧道洞壁附近具有裂隙、
29、节理的不稳定岩体，用锚杆固把隧道洞壁附近具有裂隙、节理的不稳定岩体，用锚杆固定在深层的坚固稳定的岩体上，可将不稳定岩体的重量传递给定在深层的坚固稳定的岩体上，可将不稳定岩体的重量传递给深层坚固岩体负担，以起到悬吊效应。深层坚固岩体负担，以起到悬吊效应。 1.锚杆的支护效应9.3.5 锚杆支护（1）悬吊效应 41（2）组合梁效应 9.3.5 锚杆支护 1.锚杆的支护效应 (2)(2)组合梁效应组合梁效应 锚杆可将若干层层状岩体串联在一起，增大层锚杆可将若干层层状岩体串联在一起，增大层间的摩阻力形成组合梁效应。间的摩阻力形成组合梁效应。42 (3)(3)加固效应加固效应 按一定间距在隧道周边呈放射
30、状布置的成组锚杆，可使一按一定间距在隧道周边呈放射状布置的成组锚杆，可使一定厚度范围内有节理、裂隙的破裂岩体或软弱岩体紧压在一起定厚度范围内有节理、裂隙的破裂岩体或软弱岩体紧压在一起形成连续压缩带。这种加固效应在使用预应力锚杆时显得十分形成连续压缩带。这种加固效应在使用预应力锚杆时显得十分明显。明显。 1.锚杆的支护效应9.3.5 锚杆支护43 (3) (3)加固效应加固效应 对于全长粘结锚杆，虽没对于全长粘结锚杆，虽没有施加预应力，但只要锚杆布有施加预应力，但只要锚杆布置合理，在围岩产生位移时，置合理，在围岩产生位移时，锚杆单位长度上的承载力与围锚杆单位长度上的承载力与围岩内切向应力的合力，
31、将阻止岩内切向应力的合力，将阻止这种位移的发展，而在两相邻这种位移的发展，而在两相邻锚杆之间产生锚杆之间产生“拱效应拱效应”，达，达到提高强度的目的，如右图。到提高强度的目的，如右图。（视频）（视频） 1.锚杆的支护效应9.3.5 锚杆支护44 这种锚杆是通过其端部的锚头锚固在围岩中，这种锚杆是通过其端部的锚头锚固在围岩中，杆的另一端杆的另一端则由垫板同岩面接触，拧紧螺母使垫板紧压在岩面上，此时锚则由垫板同岩面接触，拧紧螺母使垫板紧压在岩面上，此时锚杆即进入工作状态，对围岩产生预加压应力，以增强围岩的稳杆即进入工作状态，对围岩产生预加压应力，以增强围岩的稳定性和阻止围岩的变形。又有定性和阻止围
32、岩的变形。又有楔缝式锚杆和胀壳式锚杆楔缝式锚杆和胀壳式锚杆两种两种。(1)机械式锚固锚杆 2.锚杆的种类9.3.5 锚杆支护45(1)机械式锚固锚杆 2.锚杆的种类46 隧道中隧道中使用最多的是全长粘结的砂浆钢筋锚杆使用最多的是全长粘结的砂浆钢筋锚杆( (下图下图) )这种这种锚杆一般不带锚头，通常采用先灌后锚式，即通过风动灌浆器锚杆一般不带锚头，通常采用先灌后锚式，即通过风动灌浆器向锚杆孔内灌注水泥砂浆，然后插入锚杆杆体使之与围岩粘结向锚杆孔内灌注水泥砂浆，然后插入锚杆杆体使之与围岩粘结在一起，让杆体牵制围岩的变形，以达到增强围岩稳定性和减在一起，让杆体牵制围岩的变形，以达到增强围岩稳定性和
33、减少围岩变形的目的。少围岩变形的目的。 2.锚杆的种类9.3.5 锚杆支护(2)粘结锚固锚杆47 砂浆锚杆的砂浆锚杆的特点是：在整个钻孔壁上岩体与杆体紧密连特点是：在整个钻孔壁上岩体与杆体紧密连结，具有较高的锚固力，抗冲击和抗震动性能好，对围岩的适结，具有较高的锚固力，抗冲击和抗震动性能好，对围岩的适应性强，而且结构简单，加工、安装方便，价格便宜。应性强，而且结构简单，加工、安装方便，价格便宜。 端部粘结式锚杆可采用药包式环氧树脂或聚脂树脂等高分端部粘结式锚杆可采用药包式环氧树脂或聚脂树脂等高分子合成树脂作为粘结剂，如下图所示。子合成树脂作为粘结剂，如下图所示。(2)粘结锚固锚杆 2.锚杆的种
34、类9.3.5 锚杆支护48 (3) (3)自进式中空注浆锚杆自进式中空注浆锚杆 在各类隧道工程中普遍存在着软弱围岩、断层破碎带等复在各类隧道工程中普遍存在着软弱围岩、断层破碎带等复杂地质条件，特别是在坍孔严重和需要特长锚杆的情况下，普杂地质条件，特别是在坍孔严重和需要特长锚杆的情况下，普通的锚杆无能为力。通的锚杆无能为力。自进式锚杆将钻孔、注浆及锚固等功能一自进式锚杆将钻孔、注浆及锚固等功能一体化体化( (下下图图) )，在隧道超前支护、径向支护及各类边坡处理等工，在隧道超前支护、径向支护及各类边坡处理等工程中均能很好地改良围岩，达到理想的支护效果。程中均能很好地改良围岩，达到理想的支护效果。
35、 2.锚杆的种类9.3.5 锚杆支护49 (3)自进式中空注浆锚杆50 主要用在坚硬而裂隙发育或有潜在龟裂及节理的围岩。主要用在坚硬而裂隙发育或有潜在龟裂及节理的围岩。重重点加固不稳定块体点加固不稳定块体，隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。，隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。 锚杆局部布置的锚杆局部布置的原则为原则为：拱腰以上部位锚杆方向应有利于：拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉；拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动锚杆的受拉；拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向。方向。 锚杆的间距为：锚杆的间距为： 锚杆锚入稳定岩体的深度为锚杆锚入稳定岩体的深度为 3.锚杆的布置(1)
36、(1)局部布置局部布置KPARdDa24amdRL9.3.5 锚杆支护51 在在破碎和软弱围岩中，一般采用系统布置破碎和软弱围岩中，一般采用系统布置的锚杆，对围岩的锚杆，对围岩起到整个加固作用。对于局部很破碎、软弱围岩部位或可能出起到整个加固作用。对于局部很破碎、软弱围岩部位或可能出现过大变形的部位，应加设长锚杆，如下图。现过大变形的部位，应加设长锚杆，如下图。 3.锚杆的布置9.3.5 锚杆支护(2)(2)系统布置系统布置52(3)(3)锚杆系统布置原则锚杆系统布置原则 在隧道横断面上，锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置，对在隧道横断面上，锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置，对水平成层岩层，应尽可能与层面垂
37、直布置，或使其与层面成水平成层岩层，应尽可能与层面垂直布置，或使其与层面成较大角度，对于倾斜成层的岩层，锚杆与层面呈斜交布置。较大角度，对于倾斜成层的岩层，锚杆与层面呈斜交布置。 在岩面上锚杆宜成菱形排列，间距为在岩面上锚杆宜成菱形排列，间距为0.60.61.5m1.5m。 为了使系统布置的锚杆形成连续均匀的压缩带，其间为了使系统布置的锚杆形成连续均匀的压缩带，其间距不宜大于锚杆长度的距不宜大于锚杆长度的1/21/2，在，在、级围岩中，锚杆间距级围岩中，锚杆间距宜为宜为0.50.51.2m1.2m。 3.锚杆的布置9.3.5 锚杆支护53 （1 1）锚杆直径）锚杆直径 锚杆一般采用锚杆一般采用
38、16Mn16Mn或或5 5号钢，条件不具备时可用号钢，条件不具备时可用3 3号钢。号钢。对于端部锚固的锚杆，其抗拉力大于或等于设计锚固力，即对于端部锚固的锚杆，其抗拉力大于或等于设计锚固力，即： 24adN4aNd则锚杆直径则锚杆直径d d：常用的锚杆直径一般为常用的锚杆直径一般为181822mm22mm。3.锚杆的尺寸9.3.5 锚杆支护54 （2 2）锚杆长度）锚杆长度 起悬吊作用的锚杆：起悬吊作用的锚杆：长度须穿透不稳定块体并在坚硬稳长度须穿透不稳定块体并在坚硬稳定岩体内有一定锚固长度。定岩体内有一定锚固长度。 软弱围岩中系统布置的锚杆软弱围岩中系统布置的锚杆：岩体视为单一塑性体，锚：岩
39、体视为单一塑性体，锚杆的长度应穿过塑性区。杆的长度应穿过塑性区。 按施工经验来确定锚杆长度按施工经验来确定锚杆长度：中等以上硬质围岩中等以上硬质围岩：软弱围岩：软弱围岩：1134LB （ ）1123LB （ ）9.3.5 锚杆支护3.锚杆的尺寸555.钢筋砂浆锚杆的安装工艺 （1) 1) 材料及配合比材料及配合比 钢筋宜采用螺纹钢筋；其它见教材。钢筋宜采用螺纹钢筋；其它见教材。 （2 2）灌浆设备）灌浆设备 （3 3）钻孔）钻孔 孔径应大于锚杆直径孔径应大于锚杆直径151520mm20mm，在灌浆前应用高压风将，在灌浆前应用高压风将孔眼吹净。孔眼吹净。9.3.5 锚杆支护 （4 4）注浆及安装
40、锚杆）注浆及安装锚杆 将注浆管插入到孔底，在注浆的同时，将注浆管徐徐将注浆管插入到孔底，在注浆的同时，将注浆管徐徐向外拔出，待注浆管口距钻孔口向外拔出，待注浆管口距钻孔口202030cm30cm时，停止注浆，时，停止注浆，然后将锚杆插入至孔底部将砂浆挤满钻孔然后将锚杆插入至孔底部将砂浆挤满钻孔。56 锚杆质量检查，包括长度、间距、角度、方向、锚杆质量检查，包括长度、间距、角度、方向、抗拔力等。抗拔力等。 其中其中主要是抗拔力试验，主要是抗拔力试验，对于重要工程可增作对于重要工程可增作灌浆密度试验。灌浆密度试验。 如抗拔力不符合要求时，一般可用如抗拔力不符合要求时，一般可用加密锚杆加密锚杆予予以
41、补强。以补强。 6.锚杆的质量检查 9.3.5 锚杆支护579.3.5 锚杆支护5859本节主要内容：监控量测的目的监控量测的内容与方法监控量测数据处理与应用609.4.1 监控量测的目的 1.1.为设计和修正支护结构形式和参数提供依据；为设计和修正支护结构形式和参数提供依据； 2. 2.正确选择开挖方法和支护施作时间；正确选择开挖方法和支护施作时间； 3.3.为隧道施工和长期使用提供安全信息；为隧道施工和长期使用提供安全信息； 4.4.是研究新奥法力学机理和设计理论的重要途径。是研究新奥法力学机理和设计理论的重要途径。 在隧道的施工过程中，使用各种仪器设备和量测元件，对在隧道的施工过程中，使
42、用各种仪器设备和量测元件，对地表沉降、围岩与支护结构的变形、应力、应变进行量测，据地表沉降、围岩与支护结构的变形、应力、应变进行量测，据此来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定此来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定性和支护的工作状态，这种工作称为新奥法的现场监控量测。性和支护的工作状态，这种工作称为新奥法的现场监控量测。施工量测被认为是新奥法的三大支柱之一施工量测被认为是新奥法的三大支柱之一。其目的是：其目的是：619.4.2 监控量测的内容和方法1.基本要求 (1) (1)尽快埋设测点；尽快埋设测点； (2) (2)进行一次量测的时间宜尽量短；进行一次量测的时间
43、宜尽量短； (3) (3)传感元件要有较好的防震、防冲击波的能力，传感元件要有较好的防震、防冲击波的能力，且能长期有效；且能长期有效； (4) (4)测设的数据要求直观、正确、可靠；测设的数据要求直观、正确、可靠； (5) (5)测试仪器要有足够的精度。测试仪器要有足够的精度。62 进行现场监控量测的隧道应按下表选择量测项进行现场监控量测的隧道应按下表选择量测项目和相应的其他内容。目和相应的其他内容。2.量测内容与方法表98 监控量测项目选择表 项 目围岩条件A 类 测 量B 类 测 量洞内观察净空变化拱顶沉降地表沉降围岩内部位移锚杆轴力衬砌应力锚杆拉拔试验围岩试件洞内弹性波硬岩地层(断层等破
44、碎带除外)*软岩地层(不产生很大的塑性电地压*软岩地层(塑性地压很大)土砂地层*9.4.2 监控量测的内容和方法63 隧道开挖工作面爆破后应隧道开挖工作面爆破后应立即进行工程地质状况的观察立即进行工程地质状况的观察和记录、地质描述。和记录、地质描述。 衬期支护完成后应进行喷衬期支护完成后应进行喷层表面观察和记录，必要时进层表面观察和记录，必要时进行裂缝描述。行裂缝描述。 这两项观察为各类围岩都这两项观察为各类围岩都应采用的应采用的第一项应测项目第一项应测项目。(1)工程地质与支护状况的观察2.量测内容与方法9.4.2 监控量测的内容和方法64 隧道浅埋地段开挖后，围岩的应力、位移等变化在很大程
45、隧道浅埋地段开挖后，围岩的应力、位移等变化在很大程度上反映到地表沉降上，所以通过对不同施工过程中的地表沉度上反映到地表沉降上，所以通过对不同施工过程中的地表沉降的叠加影响效应量测，可以判断围岩的稳定性和采取相应的降的叠加影响效应量测，可以判断围岩的稳定性和采取相应的施工决策。施工决策。 所用的量测方法是在地表测试范围内埋设沉降量测点，用所用的量测方法是在地表测试范围内埋设沉降量测点，用精密水准仪和精密水准尺逐日进行水准测量，测出沉降值。精密水准仪和精密水准尺逐日进行水准测量，测出沉降值。地地表下沉量测最好与洞内量测点布置在同一断面上，沿隧道纵向表下沉量测最好与洞内量测点布置在同一断面上，沿隧道
46、纵向的间距一般为的间距一般为5-50m5-50m，埋深越浅，间距越小。，埋深越浅，间距越小。(2)隧道地表沉降量测2.量测内容与方法9.4.2 监控量测的内容和方法65(2)隧道地表沉降量测66地表沉降观测地表沉降观测 67地表沉降观测地表沉降观测 68 (3) (3)隧道净空变化隧道净空变化( (收敛收敛) )量测量测 概念：隧道净空变化值是指隧道周边相对方向两个固定概念：隧道净空变化值是指隧道周边相对方向两个固定点连线上的相对位移值，通常称为收敛。点连线上的相对位移值，通常称为收敛。它是判断围岩动态最它是判断围岩动态最直观和最重要的量测信息，是现场监控量测中的主要内容。直观和最重要的量测信
47、息，是现场监控量测中的主要内容。 要求：要求： 隧道周边收敛量测和拱顶下沉量测的测点原则隧道周边收敛量测和拱顶下沉量测的测点原则上应布置在同一断面内，量测断面的间距视隧道长度，地质变上应布置在同一断面内，量测断面的间距视隧道长度，地质变化情况而定，一般化情况而定，一般10-20m10-20m之间。地质条件好，或地质条件变化之间。地质条件好，或地质条件变化不大时，间距可加大。不大时，间距可加大。2.量测内容与方法9.4.2 监控量测的内容和方法69 量测基线量测基线 收敛量测的基线，视围岩条件可选择收敛量测的基线，视围岩条件可选择1 1条、条、2 2条或条或3 3条，最多选条，最多选6 6条。条
48、。(3)(3)隧道净空变化隧道净空变化( (收敛收敛) )量测量测2.量测内容与方法9.4.2 监控量测的内容和方法70 量测方法量测方法 位移量测位移量测是采用隧道净空变化测定计是采用隧道净空变化测定计( (称称收敛计收敛计) )来进行。来进行。目前国内多使用数显式收敛进行目前国内多使用数显式收敛进行。2.量测内容与方法9.4.2 监控量测的内容和方法(3)(3)隧道净空变化隧道净空变化( (收敛收敛) )量测量测71洞周收敛量测洞周收敛量测 729.4.2 监控量测的内容和方法 拱顶下沉量测拱顶下沉量测 73 量测频率：量测频率：收敛量测和拱顶下沉量测的测试频率，主要收敛量测和拱顶下沉量测
49、的测试频率，主要根据位移收敛速度和测点距开挖面距离而定，可参阅表根据位移收敛速度和测点距开挖面距离而定，可参阅表9-99-9。 当实际开挖的地质条件变差或量测值出现异常情况时应加当实际开挖的地质条件变差或量测值出现异常情况时应加大量测频率。反之，量测频率可减少。大量测频率。反之，量测频率可减少。2.量测内容与方法9.4.2 监控量测的内容和方法(3)(3)隧道净空变化隧道净空变化( (收敛收敛) )量测量测74 目的目的 通过对围岩内部的位移量测，可测出隧道周边围通过对围岩内部的位移量测，可测出隧道周边围岩表面的测点与围岩内部各测点之间的相对位移值，以此来判岩表面的测点与围岩内部各测点之间的相
50、对位移值，以此来判断因隧道开挖而引起的围岩松动和松弛断因隧道开挖而引起的围岩松动和松弛( (塑性塑性) )范围，它可为锚范围，它可为锚杆设计提供参数。杆设计提供参数。 量测方式与仪器量测方式与仪器 本项量测常采用位移计进行。本项量测常采用位移计进行。 基本原理基本原理 将岩体内部某一点的位移状态，通过与之固将岩体内部某一点的位移状态，通过与之固定在一起的某种传递介质定在一起的某种传递介质( (杆、弦杆、弦) )引至岩体外部，以测出隧道引至岩体外部，以测出隧道周壁与岩体内部某一点间的相对位移。周壁与岩体内部某一点间的相对位移。(4)(4)围岩内部位移量测围岩内部位移量测2.量测内容与方法9.4.
