锚喷支护结构的设计与施工PPT课件
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● 设计施工中要正确估计围岩特性及其随时间的变化，以便采 取最合适的支护措施和支护时间。
⑵ 支护与围岩共同作用的力学原理
① 锚喷支护结构设计的力学原理：采用的是围岩体和柔性支护 共同变形的弹塑性理论。
② 弹塑性理论的基本概念：基于材料试验弹塑性曲线
③ 对于圆形隧道，作如下假定：
● 围岩为均质、各向同性的连续弹塑性体；
减跨作用
组合梁作用
③ 组合梁作用：在岩层中大入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在 一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力。
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。
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：
d 2 kN
Rg
式中：K是安全系数，可取2；Rg是锚杆抗拉强度；N是锚杆 所受拉力；d是锚杆直径。
● 锚固深度L1：
根据锚杆抗拉强度与砂浆粘结力相等的等强度原则，可确定
锚杆的锚固深度L1： L1
d 2Rg
4kD
其中：d是锚杆直径，16 ~螺22纹钢筋；D是钻孔直径；k安全系
相11对、位影移响值隧指道实周喷测边位最混移终值位凝与移两量土测的点因层距素离有与之哪比些围；？ 岩体表面紧密粘结、咬合、使洞室表面岩
● 了解开挖体工作形面的成工程较地质平，包顺括地的质种整类及体分布，状态依，岩靠石颜结色、合成分面、结处构等的，节抗理状拉况，、断层抗特征压等 、抗剪能
力，与岩体密贴组成“组合结构”或“整体结构物”共同工
岩的力学效应主要有以下作用： ●内拱的承载力常是一种安全储备，安全系数
3、保证锚喷支护与围岩形成共同体
⑴ 及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力
①悬吊作用：将不稳定岩层 式中：L1是锚固深度；
① 一切方法、手段和措施都围绕围岩稳定为目的；
悬吊在坚固岩层上，阻止围岩
移动滑落。
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。
锚喷支护的特点(主要在机理和工艺上) ⑴ 及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力 ⑵ 粘贴性：喷射砼与围岩能全面密贴粘结，粘结力一般可达
70kg/cm3； 粘结有三种作用：
① 连锁作用； ② 复合作用； ③ 增强作用(填充凹隙穴) ⑶ 柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展， 发挥自承能力； ⑷ 深入性：锚杆可深入围岩一定深度加固围岩，形成承载圈 ⑸ 灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。 ⑹ 封闭性：可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。
当r=R时，
7.1 概述
支护结构理论的发展
⑴ 1920年以前的古典压力理论阶段：
● 特点：作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重量 H
● 代表：海姆(A.Haim)、朗肯和金尼克等理论
随着开挖深度的增加，人们越来越多的发现，古典压力理论 不符合实际情况，于是出现了散体压力理论。
⑵ 1920～1960年代的松散体理论阶段：
● 锚杆长总度L：
⑵ 锚杆的力学作用 ● 二次支护主要是提高支护的安全度，其作用主要是限制变形过量，使围岩进入稳定。
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。
① ●
充 喷填射裂混隙凝锚加土固或杆围锚岩杆是；发挥利支护用作用围前，岩需要自使隧身道岩强面稳度定时来支护围岩，属于内部支护，其对围
● 代表：新奥法理论是其典型代表。
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；
202132法国工业部规定地下工程拱顶处围岩最大容许位移量隧道埋深m硬质岩cm塑性地层cm105010205006122040国外隧道工程师根据现场量测数据大小制定的危险警戒标准等级措施三级警戒任一点位移大于10mm报告管理人员二级警戒两相邻测点位移均大于15mm或任一测点位移速度超过15mm月口头报告召开会议写书面报告及建议一级警戒位移大于15mm且多处测点位移均在加速主管工程师立即现场调查召开现场会议研究应急措施202133周边位移速率小于0102mmd或拱顶下沉速率小于007015mmd20213473锚喷支护施工原则实施锚喷支护施工原则是为了达到技术上可靠和经济上合理的目的1采取各种措施确保围岩不出现有害松动洞形及侧压系数的选择问题即在洞室的布置和造型上应适应原岩应力状态和岩体的地质力学特征尽量争取一个较好的受力条件
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；
7.2 锚喷支护结构的受力与计算
锚杆支护结构 ⑴ 锚杆类型
① 全长粘结型
全长粘结型
② 端头锚固型
端头锚固型
③ 摩察型
● 危险性不大的破坏：构筑仰拱后在拱肩部出现的剪切破坏一般进展缓慢，危险性不大
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。
5、锚杆的力学作用有哪些？
●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。
数，3-5； 是 砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 大L于1 30
厘米；
● 锚杆长总度L：
L L1 L2 L3
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。
Pi
kL2 b 2
d 2
4
Rg
b d Rg 2 kL2
其中，γ是岩体容重；b锚杆间距， 一般L1>2b；k安全系数2-3。
⑷ 支护块状围岩：围岩塌落总是从危石开始，可能形成连 锁反应。
砂浆锚杆的承载力：
Ps DL1(cs t tans )
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。
● 水文地质条件：地下水类型，涌水量大小，涌水位置，涌水压力，水的化学成分等
● 喷射混凝土或锚杆发挥支护作用前，需要使隧道岩面稳定时
主管工程师立即现场调查，召开现场会议，研究应急措施
⑴ 对围岩和围岩压力的认识上：
式中：L1是锚固深度；
⑴ 1920年以前的古典压力理论阶段：
● 根据喷层表面状态及锚杆工作状态分析支护结构可靠度
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：
N T P sin
F (T P sin) tan
是裂隙面内摩察角，沿裂隙面的下滑力必须满足的条件：
P cos (T P sin) tan T P(sin tan sin)
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。
整体加固作用
⑶ 锚杆的设计与计算 ① 锚杆承载力计算
裂隙面 锚杆
锚杆
φ1
锚杆
G
φ1 ξ 裂隙面
φ1
N
G ξ-φ1
当块体危石坠落时，除使锚杆受拉外，还对锚杆产生剪切
作用，如图所示，根据静力平衡及正弦定理有：
Q G sin1 sin
N G sin( 1) sin
式中：N是锚杆所受拉力；Q是锚杆所受剪力；G是危石重量或 一根锚杆承担的岩石重量； 是锚杆与地质结构面的夹角；1是锚 杆与垂直线夹角。
● 初始应力为自重应力场；
● 隧道视为无限体中的孔洞问题；
● 采用莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则为塑性屈服判据。
1
3
2c cos 1 sin
2sin 1 sin
3
④ 均质围岩中圆形隧道的弹性解
r
p0 (1
R2 r2
)
R
R2 r2
p0 (1
R2 r2
)
R
R2 r2
⑤ 均质围岩中圆形隧道的塑性解
作。
锚喷联合支护
⑴、锚喷联合支护修建隧道的基本概念 锚杆是深层加固围岩，喷射混土是表层及局部加固围岩
锚喷支护不单纯是一种施工方法，而且是一种指导原则和思路
● 围岩是隧道稳定的基本部分，尽量维护围岩体的强度特性
● 支护结构要薄而具有柔性，并与围岩密贴，使因产生弯矩而 破坏的可能性达到最小，当需要增加支护衬砌强度时，宜 采用锚杆、钢筋网以及钢支撑等加固，而不宜大幅度增加 喷层或衬砌厚度。
K
点时，有最大值：
qmax
2P s
2.63P Ed 3
RLu
4
K
4
1
d
3.63
G RLu u
3
K E
3
⑶ 整体稳定原理
8、锚喷支护结构设计的力学原理是什么？
当x=0端点时，有最大值：
9、什么是隧道围岩支护特性曲线？它有何特点？
● 特点：作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重量
● 危险性不大的破坏：构筑仰拱后在拱肩部出现的剪切破坏一般进展缓慢，危险性不大
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：
；
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：
；
锚喷支护与传统支护的区别
● 围岩为均质、各向同性的连续弹塑性体；
表中数据可在施工中做调整；
表中数据可在施工中做调整；
● 基本方程： d r r 0
dr
r
sin
r
r 2c cot
● 边界条件：r r0 , r pi
● 塑性解：
r
( pi
c
co t ) (
r
2 sin
)1sin
r0
c cot
( pi
c
co t ) (
r
2 sin
)1sin
(1
sin
)
c
cot
r0
1 sin
⑥ 弹性区与塑性区边界上的连续条件
⑸ 灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。
⑶ 减少对围岩的扰动次数：尽可能采用全断面一次开挖
为此要求对支护结构的刚度、构造给予充分的注意；
● 喷射混凝土或锚杆发挥支护作用前，需要使隧道岩面稳定时
② 弹塑性理论的基本概念：基于材料试验弹塑性曲线
④ 预应力型 ⑶ 适当延迟支护时间，控制围岩变形
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。
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：
d kG RLu
其中： 为RL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。
● 特点：当地下工程埋深较大时，作用在支护结构上的压力， 不是上覆岩层的重量，而只是围岩坍落拱内的松散岩体的重量。
● 代表：太沙基(K.Terzaghi)和普氏理论
⑶ 60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。
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；
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;
② 抗撕裂计算 d kG RLu u
其中：RL是u 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：q
2P
x
es
；cos其x
中 s 4 4EI ；0.7K6岩4 E体d3 弹性系数；E是混凝土弹性s模量。当sx=0端
bK
⑵ 支护与围岩共同作用的力学原理
① 锚喷支护结构设计的力学原理：采用的是围岩体和柔性支护 共同变形的弹塑性理论。
② 弹塑性理论的基本概念：基于材料试验弹塑性曲线
③ 对于圆形隧道，作如下假定：
● 围岩为均质、各向同性的连续弹塑性体；
减跨作用
组合梁作用
③ 组合梁作用：在岩层中大入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在 一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力。
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。
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：
d 2 kN
Rg
式中：K是安全系数，可取2；Rg是锚杆抗拉强度；N是锚杆 所受拉力；d是锚杆直径。
● 锚固深度L1：
根据锚杆抗拉强度与砂浆粘结力相等的等强度原则，可确定
锚杆的锚固深度L1： L1
d 2Rg
4kD
其中：d是锚杆直径，16 ~螺22纹钢筋；D是钻孔直径；k安全系
相11对、位影移响值隧指道实周喷测边位最混移终值位凝与移两量土测的点因层距素离有与之哪比些围；？ 岩体表面紧密粘结、咬合、使洞室表面岩
● 了解开挖体工作形面的成工程较地质平，包顺括地的质种整类及体分布，状态依，岩靠石颜结色、合成分面、结处构等的，节抗理状拉况，、断层抗特征压等 、抗剪能
力，与岩体密贴组成“组合结构”或“整体结构物”共同工
岩的力学效应主要有以下作用： ●内拱的承载力常是一种安全储备，安全系数
3、保证锚喷支护与围岩形成共同体
⑴ 及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力
①悬吊作用：将不稳定岩层 式中：L1是锚固深度；
① 一切方法、手段和措施都围绕围岩稳定为目的；
悬吊在坚固岩层上，阻止围岩
移动滑落。
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。
锚喷支护的特点(主要在机理和工艺上) ⑴ 及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力 ⑵ 粘贴性：喷射砼与围岩能全面密贴粘结，粘结力一般可达
70kg/cm3； 粘结有三种作用：
① 连锁作用； ② 复合作用； ③ 增强作用(填充凹隙穴) ⑶ 柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展， 发挥自承能力； ⑷ 深入性：锚杆可深入围岩一定深度加固围岩，形成承载圈 ⑸ 灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。 ⑹ 封闭性：可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。
当r=R时，
7.1 概述
支护结构理论的发展
⑴ 1920年以前的古典压力理论阶段：
● 特点：作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重量 H
● 代表：海姆(A.Haim)、朗肯和金尼克等理论
随着开挖深度的增加，人们越来越多的发现，古典压力理论 不符合实际情况，于是出现了散体压力理论。
⑵ 1920～1960年代的松散体理论阶段：
● 锚杆长总度L：
⑵ 锚杆的力学作用 ● 二次支护主要是提高支护的安全度，其作用主要是限制变形过量，使围岩进入稳定。
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。
① ●
充 喷填射裂混隙凝锚加土固或杆围锚岩杆是；发挥利支护用作用围前，岩需要自使隧身道岩强面稳度定时来支护围岩，属于内部支护，其对围
● 代表：新奥法理论是其典型代表。
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；
202132法国工业部规定地下工程拱顶处围岩最大容许位移量隧道埋深m硬质岩cm塑性地层cm105010205006122040国外隧道工程师根据现场量测数据大小制定的危险警戒标准等级措施三级警戒任一点位移大于10mm报告管理人员二级警戒两相邻测点位移均大于15mm或任一测点位移速度超过15mm月口头报告召开会议写书面报告及建议一级警戒位移大于15mm且多处测点位移均在加速主管工程师立即现场调查召开现场会议研究应急措施202133周边位移速率小于0102mmd或拱顶下沉速率小于007015mmd20213473锚喷支护施工原则实施锚喷支护施工原则是为了达到技术上可靠和经济上合理的目的1采取各种措施确保围岩不出现有害松动洞形及侧压系数的选择问题即在洞室的布置和造型上应适应原岩应力状态和岩体的地质力学特征尽量争取一个较好的受力条件
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；
7.2 锚喷支护结构的受力与计算
锚杆支护结构 ⑴ 锚杆类型
① 全长粘结型
全长粘结型
② 端头锚固型
端头锚固型
③ 摩察型
● 危险性不大的破坏：构筑仰拱后在拱肩部出现的剪切破坏一般进展缓慢，危险性不大
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。
5、锚杆的力学作用有哪些？
●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。
数，3-5； 是 砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 大L于1 30
厘米；
● 锚杆长总度L：
L L1 L2 L3
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。
Pi
kL2 b 2
d 2
4
Rg
b d Rg 2 kL2
其中，γ是岩体容重；b锚杆间距， 一般L1>2b；k安全系数2-3。
⑷ 支护块状围岩：围岩塌落总是从危石开始，可能形成连 锁反应。
砂浆锚杆的承载力：
Ps DL1(cs t tans )
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。
● 水文地质条件：地下水类型，涌水量大小，涌水位置，涌水压力，水的化学成分等
● 喷射混凝土或锚杆发挥支护作用前，需要使隧道岩面稳定时
主管工程师立即现场调查，召开现场会议，研究应急措施
⑴ 对围岩和围岩压力的认识上：
式中：L1是锚固深度；
⑴ 1920年以前的古典压力理论阶段：
● 根据喷层表面状态及锚杆工作状态分析支护结构可靠度
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：
N T P sin
F (T P sin) tan
是裂隙面内摩察角，沿裂隙面的下滑力必须满足的条件：
P cos (T P sin) tan T P(sin tan sin)
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。
整体加固作用
⑶ 锚杆的设计与计算 ① 锚杆承载力计算
裂隙面 锚杆
锚杆
φ1
锚杆
G
φ1 ξ 裂隙面
φ1
N
G ξ-φ1
当块体危石坠落时，除使锚杆受拉外，还对锚杆产生剪切
作用，如图所示，根据静力平衡及正弦定理有：
Q G sin1 sin
N G sin( 1) sin
式中：N是锚杆所受拉力；Q是锚杆所受剪力；G是危石重量或 一根锚杆承担的岩石重量； 是锚杆与地质结构面的夹角；1是锚 杆与垂直线夹角。
● 初始应力为自重应力场；
● 隧道视为无限体中的孔洞问题；
● 采用莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则为塑性屈服判据。
1
3
2c cos 1 sin
2sin 1 sin
3
④ 均质围岩中圆形隧道的弹性解
r
p0 (1
R2 r2
)
R
R2 r2
p0 (1
R2 r2
)
R
R2 r2
⑤ 均质围岩中圆形隧道的塑性解
作。
锚喷联合支护
⑴、锚喷联合支护修建隧道的基本概念 锚杆是深层加固围岩，喷射混土是表层及局部加固围岩
锚喷支护不单纯是一种施工方法，而且是一种指导原则和思路
● 围岩是隧道稳定的基本部分，尽量维护围岩体的强度特性
● 支护结构要薄而具有柔性，并与围岩密贴，使因产生弯矩而 破坏的可能性达到最小，当需要增加支护衬砌强度时，宜 采用锚杆、钢筋网以及钢支撑等加固，而不宜大幅度增加 喷层或衬砌厚度。
K
点时，有最大值：
qmax
2P s
2.63P Ed 3
RLu
4
K
4
1
d
3.63
G RLu u
3
K E
3
⑶ 整体稳定原理
8、锚喷支护结构设计的力学原理是什么？
当x=0端点时，有最大值：
9、什么是隧道围岩支护特性曲线？它有何特点？
● 特点：作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重量
● 危险性不大的破坏：构筑仰拱后在拱肩部出现的剪切破坏一般进展缓慢，危险性不大
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：
；
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：
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锚喷支护与传统支护的区别
● 围岩为均质、各向同性的连续弹塑性体；
表中数据可在施工中做调整；
表中数据可在施工中做调整；
● 基本方程： d r r 0
dr
r
sin
r
r 2c cot
● 边界条件：r r0 , r pi
● 塑性解：
r
( pi
c
co t ) (
r
2 sin
)1sin
r0
c cot
( pi
c
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r
2 sin
)1sin
(1
sin
)
c
cot
r0
1 sin
⑥ 弹性区与塑性区边界上的连续条件
⑸ 灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。
⑶ 减少对围岩的扰动次数：尽可能采用全断面一次开挖
为此要求对支护结构的刚度、构造给予充分的注意；
● 喷射混凝土或锚杆发挥支护作用前，需要使隧道岩面稳定时
② 弹塑性理论的基本概念：基于材料试验弹塑性曲线
④ 预应力型 ⑶ 适当延迟支护时间，控制围岩变形
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。
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：
d kG RLu
其中： 为RL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。
● 特点：当地下工程埋深较大时，作用在支护结构上的压力， 不是上覆岩层的重量，而只是围岩坍落拱内的松散岩体的重量。
● 代表：太沙基(K.Terzaghi)和普氏理论
⑶ 60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。
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；
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;
② 抗撕裂计算 d kG RLu u
其中：RL是u 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：q
2P
x
es
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中 s 4 4EI ；0.7K6岩4 E体d3 弹性系数；E是混凝土弹性s模量。当sx=0端
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