地下施工技术 (2)

山东科技大学土木建筑学院城市地下空间工程张硕

一、原始条件

某直墙半园拱地下工程的掘进宽度5200mm，墙高1400mm,总高度4000mm。地下工程最大埋深450m，f＝4～6，岩体裂隙发育、易风化，松动圈分别为1000mm。

二、确定支护型式

（1）支护型式确定

根据支护型式选择的原则——技术先进、

安全可靠、经济合理、操作简便。本地下工程采用锚喷支护。

（2）可能选用的支护形式

根据断面岩体的性状，锚喷支护又可选择锚杆支护、喷射混凝土支护、锚喷网支护、锚喷网架支护、锚喷网索支护。

（3）方案比较、确定合理支护形式

1、喷射混凝土的作用效果：

①支撑围岩由于喷层能与围岩密贴和粘结，并给围岩表面以抗力和剪

力，从而使围岩处于三向受力的有利状态，防止威严强度恶化。此

外，喷层本身的抗冲切能力阻止不稳定块体的塌滑。

②“卸载”作用由于喷层属柔性，能有控制地使围岩在不出现有害变

形的前提下，进入一定程度的塑性，从而使围岩“卸载”。同时喷层

的柔性也能使喷层中的弯曲应力减小，有利于混凝土承载力的发挥。

③填平补强围岩喷射混凝土可射入围岩张开的裂隙，填充表面的凹

穴，是裂隙分割的岩块层面粘联在一起，保持岩块间的咬合、镶嵌作

用，提高其间的粘结力、摩阻力。有利于防止围岩松动，并避免或缓

和围岩应力集中。

④覆盖围岩表面喷层直接黏贴岩面，形成防风化和止水的保护层，并

组织节理中充填物流失。

⑤阻止围岩松动喷层能紧跟掘进工程后及时进行支护，早期强度较

高，因而能及时向围岩提供抗力，阻止围岩松动。

⑥分配外力通过喷层把外力传给锚杆、网架等，使支护结构受力均匀

分担。

2、锚杆的作用和效果：

①支承围岩锚杆能限制约束围岩变形，并向围岩施加一定压力，从而使

处于二轴应力状态的洞室内表面附近的围岩保持三轴应力状态，因而能制止围堰强度的恶化。

②加固围岩由于系统锚杆的加固作用，使围岩中，尤其是松动区中的节

理裂隙、破裂面等得以联结，因而增大了锚固区围岩的强度（即C，ψ值）。锚杆对加固节理发育的岩体和围岩松动区是十分有效的，有助于裂隙岩体和松动区形成整体，成为“加固带”。

③提高层间摩阻力，形成“组合梁”对于水平或缓倾斜的层状围岩，用

锚杆群能把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，从结构力学观点来看，就是形成“组合梁”。

④“悬吊”作用所谓“悬吊”作用是指为防止个别危岩的掉落或滑落，

用锚杆将其同稳定围岩联结起来。这种作用主要表现在加固局部失稳的岩体。

3、钢筋网的作用和效果：

①防止收缩裂缝，或减少裂缝数量和限制裂缝宽度。

②提高支护的抗震能力。

③是喷层应力得到均匀分布，改善其变形性能，增强锚喷支护的整体

性。

④增强喷层的柔性。

⑤提高喷层承载力，承受剪力和拉力。

根据本工程的实际情况，由于岩体裂隙发育、易风化，选择锚杆和喷射混凝土综合的支护形式。另外，一些岩体状况特别差的断面用锚杆、喷射混凝土和钢筋网共同支护的形式。

三、确定支护参数

（1）、锚杆长度、间排距、锚杆直径

①锚杆长度：

依据国内外锚喷支护的经验和实例，常用锚杆长度为 1.4~3.5m。对于跨度小于10m的硐室，锚杆长度L取以下两式中的较大者：

L=n（1.1+B/10）

L>2S

式中：L—锚杆长度（m）。

B—硐室跨度（m）。

n—围岩稳定性系数，对于稳定性较好的Ⅱ类岩石（按锚喷支护围岩分类，下同），n=0.9；对于中等稳定的Ⅲ类岩石，n=0.1；对于稳定性较差的Ⅳ类岩石，n=1.1；对于不稳定的Ⅴ类岩石，n=1.2；

S—围岩中节理间距。本次取0.8m。

在层状顶板中，按悬吊作用，锚杆长度为：

L=KH+L1+L2

式中：K—安全系数，一般取2；

H—软弱岩层厚度（或冒落拱高度），m；

L1—锚杆锚入稳定岩层的深度，一般取0.23~0.25m；

L2—锚杆外露长度，一般取0.1m。

根据地质条件，B=5.2m，围岩初步判定为Ⅳ类岩石，n取1.01。

L=2×1+0.25+0.1=2.35

锚杆长度为2.4m

②锚杆的间距

锚杆间距D取以下两式中较小者：

D≤0.5L

D＜3S’

式中：S’—围岩裂隙间距；

D—锚杆间距，一般为0.8~1.0m，最大不超过1.5m。

D≤0.5×2.4=1.2m

D＜3×0.8=2.4m

锚杆间排距取1.2m。

③锚杆的直径

锚杆的直径d主要依据锚杆的类型、布置密度和锚固力而定，常用锚杆直径为16~24。先预选d=24。

验算：

本工程f＝4～6，与之对应中硬岩层容重为γ24～26 KN·m-2，本工程取

25 KN·m-2。

Q=γ·k·L p·D2=25×2×1×1.22=72kN

Q=(0.5~0.7)×F

F—锚杆破断荷载

F=144kN

F=σ×S

S=π×d2/4

S—锚杆横断面积

σ—锚杆的屈服强度

选用Q235圆钢屈服强度240 MPa 极限强度380 MPa 延伸率25%

所以直径d=22mm<24mm，故可选用直径为d=24mm的锚杆（2）、喷射混凝土强度、厚度、配合比

①喷射混凝土强度：喷射混凝土强度等级，一般工程不低于C15，重要工程不低于C20。检查喷射混凝土强度时，就应就地提取喷混凝土试件（块），以做抗压强度试验。对特殊要求的重点工程，可增做抗拉强度与岩面的粘结力、抗渗性等相应试验。抗压温度不应低于标准值，最小值不低于标准值的85%。强度不符合要求时，应查明原因，采取加厚等措施予以补强处理。

②喷射混凝土厚度：喷射混凝土厚度不小于30mm，不大于200mm。喷成厚度再喷混凝土凝结前可采用针探法检测，凝结后用凿孔尺量法或取芯法检测。要求喷层厚度不小于设计值的90%。

③混凝土材料喷射混凝土材料主要由水泥、砂子、石子、水和速凝剂组成，一些特殊混凝土，尚需掺入相关材料。本次考虑到围岩状况较差，本次采用钢纤维喷射混凝土。钢纤维喷射混凝土是由普通喷射混凝土材料与钢纤维组成的一种复合材料。钢纤维在喷射平面内呈两维分布且相当均匀。平行于喷射平面的钢纤维根数，约占总根数的70~80%。这种结构构造保证了钢纤维喷射混凝土在喷射平面