地下空间9-新奥法

（2）锚杆的联结作用
用锚杆将它们联合起来，并将锚杆尽可能深 入到稳定的岩层中，考虑锚杆承担全部不稳 定岩块的重量。
①锚杆承载力计算
Q G0 sin i s in
N
G0
sin(
i
)
sin
《建筑边坡工程技术规范》 （GB 50330—2002）规定：
用锚杆加固局部不稳定块体时，锚杆抗 力应满足下列要求：
计参数，变更施工工序； （4）支护完成后，分析隧道的稳定状况，对其长期稳定性
作出评价。必要时，可对支护变形和应力进行量测，包括 施工阶段的监测； （5）总结经验，改进设计与施工。掌握岩体变形、坍塌的 规律之后，在恰当的时间，采用适当的办法进行支护。
4.3.2 锚喷支护的受力分析和 结构计算
影响因素比较复杂,多种计算方法,尚处于 半经验半理论阶段 .
喷射混凝土与围岩表面紧密贴合，形成 组合结构共同工作。
一方面在与围岩共同承载和变形过程中 对围岩提供支护力，使围岩变形得到控 制，应力得以调整；
另一方面承受来自围岩变形引起的形变 压力，从而使围岩保持稳定。
3）新奥法中锚喷联合支护的应用
（1）新奥法与锚喷支护
较好的围岩（如Ⅳ类以上围岩），可以 喷射混凝土为主，锚杆加固以辅；
围岩类别 s
VI :呈巨块状整体结构硬质岩石, Rb>60MPa V :呈大块状砌体结构硬质岩石, Rb>30MPa
IV :呈块（石）碎（石）状镶嵌结构 III :略具压密或成岩作用的粘性土 、砂性土 II :湿的一般碎、卵石土，圆砾、角砾土及黄
土 I：软塑状粘性土及潮湿的粉细砂等
表4-3 各类围岩的重度
喷射混凝土1d龄期的抗压强度不应低于 5MPa。
（1）局部稳定原理
喷射混凝土支护结构及时封闭岩层表面的 节理、裂隙，填平或缓和表面的凹凸不平， 使隧道内的轮廓较为平顺，从而提高围岩 节理、裂隙间的粘结力、摩阻力和抗剪强 度，并减少应力集中现象。
喷射混凝土关键是控制冠石，此时，喷射 混凝土需能承受冠石的重量。
较差的围岩，则以锚杆，尤其是预应力 锚杆作为主要的岩体加固手段，并与喷 射混凝土、钢筋网喷射混凝土或加钢拱 的钢筋网喷射混凝土配合使用。
（3）锚杆的组合作用
锚杆的组合作用是依靠 锚杆将数层薄层的岩层 组合在一起，形成组合 拱或组合梁，以提高岩 层整体的抗剪、抗弯的 能力 。
锚杆提供的抗剪力、抗拉力，以及锚杆的 锚固力使将要滑动的岩块得以稳定，阻止 层面的互相错动。
锚杆应按与岩层层面垂直的方向设置。如 对锚杆施加预应力，可提高其支护效果。
a.锚杆自由段长度按外锚头到潜在滑裂面 的长度计算；预应力锚杆自由段长度应 不小于5m，且应超过潜在滑裂面；
b.锚杆锚固段长度应按式（4-22）、（423）进行计算，并取其中大值 。
构造
土层锚杆的锚固段长度不应小于4m，且 不宜大于10m；
岩石锚杆的锚固段长度不应小于3m，且
不宜大于45D（D为锚固体直径）和6.5m， 或55D和8m（对预应力锚索）；
极限状态下可以求得 破裂面的夹角
d 0 d
tg tg (1 tg2)tg tg tg
总垂直压力 ：
Q浅 W 2T sin W h2tg
简化为：
W Bt H
Q浅 W H 2tg Q浅 H (Bt Htg )
竖向均布荷载和水平侧压力
q浅
Q浅 Bt
H (1
H Bt
tg )
配合光面爆破等控制爆破技术，使开挖 断面轮廓平整、准确，便于锚喷成型， 并减少回弹量；
减轻爆破对围岩的松动破坏，维持围岩 强度和自承能力。
4.1.3 新奥法与锚喷支护
不能将新奥法等同于锚喷支护； 既有密切联系又有原则区别； 锚喷支护的快速有效的支护施工手段，才
有可能使新奥法的基本原则得以实现。 不把围岩看成自承结构，不充分发挥围岩
本身的作用，即使大量采用锚喷支护，也 不能认为是应用了新奥法。
4.2 隧道围岩压力的确定
4.2.1 围岩压力 开挖隧道使围岩原有的平衡状态破坏了，
对隧道周围一定范围内的围岩产生了不 同程度的扰动。 支护结构要阻止围岩的移动、变形，支 护结构就必然要受到围岩所施加的力， 即围岩压力 。
初始应力
（4）锚杆的整体加固作用
通过有规律布置的一系列 锚杆，将邻近的岩体联结 在一起，能阻止不稳定岩 石的滑移，促使r 岩石之间 的间隙面压紧，同时使隧 道四周一定范围内的围岩 组成一个承载环。
由于锚杆支护力的作用，压缩带 获得径向支护力，使压缩带中的 岩体处在三向受压状态。
砂浆锚杆的加固作用
砂浆锚杆的承载力可用下式表示
爆破（光面爆破、预裂爆破）。
新奥法的优点
（1）经济、快速。
若以面积A为100，设计衬砌量 B和超挖量的面积C。可以看出，
由于采用控制爆破、柔性 薄衬砌，新奥法的开挖量为老
方法的73％（110/151），衬 砌量为老方法的20％。此外， 还可省去全部木模和40％以上 的混凝土，降低支护成本30％ 以上
Ps DL1 (cs t tg s )
当围岩产生位移时，锚杆单位长度上的承载
力Ps/L1与 t 的合力阻止围岩位移的发展，
产生支护力，并使在锚杆间的围岩产生压缩 和成拱作用，提高了围岩强度并缩小了围岩 的承载跨度（等于锚杆间距），从而达到稳 定和加固围岩的目的。
2）喷射混凝土支护结构
两个方面起支护作用 ： （1）局部稳定原理 （2）整体稳定原理 喷射混凝土的设计强度等级不应低于C20；
3 ndf b
（kfPba）—，—应钢由筋试与验锚确固定砂，浆当之缺间乏的试粘验结资强料度时设可计按值表4-
9取值；
3 ——钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永
久性锚杆取0.60，对临时性锚杆取0.72。
锚杆支护可以根据不同围岩的岩层产状 和稳定状况灵活进行。
其作用原理主要有联结作用、组合作用 和整体加固作用。
而在松软、破碎岩体中，由于岩体不能承受增 大的应力，在一定范围内的岩石就要松动、破 坏并向隧道内坍塌。
围岩压力类型有垂直压力、侧压力和底压力，
4.2.2 隧道围岩压力的确定
1）深埋隧道围岩压力的确定
q 0.45 26s
1 i(B 5)
i——为每增减1m时的围岩压力增减率。以B ＝5.0m的围岩垂直均布压力为准，当B<5.0m 时，取i＝0.2；当B＝5.0—15.0m时，取i＝0.1。
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
e
0
<0.15q (0.15~0.3)q (0.3~0.5)q (0.5~1.0)q
必须同时具备下列条件：
（1）H/B<1.7，H为隧道开挖高度，B为
隧道开挖宽度。 （2）不产生膨胀力的围岩及偏压不显著
的隧道； （3）采用钻爆法施工的隧道。
2）浅埋隧道围岩压力的确定
按荷载等效高度的判定式为：
锚杆支护结构； 喷射混凝土支护；
1）锚杆支护结构
①全长粘结型锚杆：普通水泥砂浆锚杆、早强
水泥砂浆锚杆、树脂卷锚杆和水泥卷锚杆；
②端头锚固型锚杆；机械锚固锚杆、树脂锚固
锚杆、快硬水泥卷锚固锚杆；
③摩擦型锚杆 ；缝管锚杆、楔管锚杆、水胀锚杆； ④预应力锚杆； ⑤自钻式锚杆。
（1）锚杆的设计计算
e1 e2
H h
e
1 2
(e1
e2 )
4.3 锚喷支护结构
4.3.1 锚喷支护的设计步骤 5个步骤进行： （1）调查地质和水文地质情况，分析围岩的稳定条件； （2）用工程类比方法选择支护类型及设计参数，对锚喷支
护进行受力分析和结构计算，并提出施工注意事项； （3）支护施工中，严密监测地质情况的变化，及时修改设
喷层对局部不稳定危岩块体的抗拉承 载力应按下式验算（冲切）
0.6 c ft hur 1.1 QG0
c ——喷层工作条件系数，取0.6；
ft——喷射混凝土抗拉强度设计值（kPa）； h——喷层厚度 ur——不稳定危岩块体出露面的周边长度
a）按冲切破坏计算；b）按撕开破坏计算
整体稳定原理
1）锚喷支护的优点
节省、加快施工进度； 符合岩体力学原理的积极支护方法 ； 柔性好，它能与围岩变形一致，从而与
之构成一个共同工作的承载体系 ； 锚喷支护技术不再把围岩仅仅视作荷载
（松散压力），同时还把它视为承载结 构的组成部分。锚喷支护结构承受荷载 的性质为围岩的形变压力。
2）锚喷支护的适用条件及要求
H p (2.0 ~ 2.5)hq
hq
q
在新奥法施工的条件下，Ⅰ~Ⅲ类围岩 取 H p 2.5hq ，Ⅳ~Ⅵ类围岩 H p 2.0hq。
（1）埋深H小于或等于荷载等 效高度hq
围岩压力完全由上覆岩（土）柱的重力 产生，视为均布时，垂直压力和水平压 力为：
q H
e (H Ht )tg2 (45o )
平衡状态下的三向应力 ：
z H
x
y
z
H
1
隧道开挖前后的变化
硬岩及软岩在隧道开挖后应力重新分布 范围的大小与地质条件有关，一般为隧道开挖跨度的
0.5~2.5倍。
在坚硬、完整岩体中，由于岩体强度高，影响 范围小，岩体能承受周边急剧增大的应力，可 使隧道保持稳定，一般只有弹性变形而不会破 坏；
2
2
（2）埋深H大于hq、小于Hp
在这种情况下，隧道上覆土体下滑时要考 虑滑面阻力的影响，否则计算出的压力值 过大。
（2）埋深H大于hq、小于Hp
EFHG岩（土）体下沉，带动两侧三棱土体（如图中FDB及ECA）下沉受到阻力T， 整个土体ABDC下沉时，又要受到未扰动岩（土）体的阻力F； AC或BD表示假定的破裂面 与水平成 角；
要点
尽可能不扰动周边围岩，开挖之后及时 进行一次支护，然后视需要进行二次支 护。
支护都是柔性的，以适应围岩的变形。
目前采用经验统计类比的方法做预设计， 再在施工过程中不断监测围岩的应力、 应变状况，按其发展规律来调整支护措 施。
适用条件及要求
深埋、浅埋、中等埋深 均可； 勘测、设计、施工、控制各环节密切配合； 尽可能地发挥围岩的自承作用 ，采用控制
T未知
Q浅 W 2T ' W 2T sin
三棱体ECA中，受到三个力：T F W运 用正弦定理：
W1
1 h
2
h
tg
T
W1
sin( ) sin[90 o ( )]
T
sin( ) sin[90 o (
)] W1
T 1 h2 2 cos
tg tg
tg[1 tg (tg tg ) tgtg ]
围岩类别
Ⅵ
Ⅴ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
(kN/m3)
25.5~27.4 24.5~26.5 22.5~24.5 18.6~21.6 16.7~19.6 14.7~16.7
注：对Ⅲ类围岩的老黄土采用16.7~17.6kN/m3； 对Ⅱ类围岩的新黄土采用14.7kN/m3。
表4-4 围岩水平均布压力e
围岩类别 Ⅵ、Ⅴ
Ⅳ
2）安全、适应性强
表4-1 老方法与新奥法 工程量对比
有效使用面积A
混凝土衬砌面积B 超挖面积C B+C
老方法 100
36 15 51
新奥法
100
7 3 10
新奥法的主要原则
（1）围岩是洞室的主要承载结构，而不是单纯的荷载，它 具有一定的自承能力。
（2）尽量保持围岩原有的结构和强度； （3）尽可能作到适时支护。 （4）支护本身应具有薄、柔、与围岩密贴和早强等特性，
①锚杆的轴向拉力标准值、设计值
N ak H tk / cos
N a Q N ak
②锚杆钢筋截面面积
As
1.1Na
2 fy
2 锚杆抗拉工作条件系数，永久性锚杆取0.69，
临时性锚杆取0.92；Biblioteka ③锚杆锚固体与地层的锚固长度
la
N ak
1Df rb
④锚杆钢筋与锚固砂浆之间的
锚固长度
la
1.1N a
支护施工应及时快速，使围岩尽快封闭而处于三向受力状态。 （5）洞室尽可能为圆形断面，或由光滑曲线连接而形成的
断面，以避免应力集中。 （6）良好的施工组织和施工人员的良好素质对洞室结构施
工的安全、经济非常重要。
4.1.2 锚喷支护简介
锚喷支护（Shotcrete and Bolting）是采 用喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚 杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土 等在毛洞开挖后及时地对地层进行加固 的结构。
a.加固受拉破坏的不稳定危岩块体，锚杆抗拉 承载力应满足：
2 As f y 1.1 QG0
b.加固受剪破坏的不稳定危岩块体，锚杆抗剪 承载力应满足：
v As fv (G2 tg s cs A) 1.1 QG1
②锚杆长度
锚杆总长度应为锚固段、自由段和外锚 段的长度之和，并应满足下列要求：