锚杆支护工程类比设计

2、对于II、III级围岩中跨度大于15m，小于25m的洞室工程、锚杆长度应大于 4m，或采用预应力锚杆。
3、IV、V级围岩和III级围岩中跨度大于5m的工程，因地质条件复杂，容易出 新事故，单靠工程类比法设计是不够的。IV级以下围岩初期支护参数，可按表 9-22确定，而后期支护应根据监控量测法设计。表9-22中的数值是初期支护与 后期支护之和，故确定初期支护参数时，应小于表中数值。
工程类比法设计的原则与方法
工程类比设计的原则
1、锚喷支护设计参数的制定是基于国内大量锚喷工程的实践，它以工程实例 为依据，经过综合分析，主要按围岩级别与洞跨给出相应支护类型与参数。
2、根据不同的围岩压力特点，对拱墙等不同部位采用不同的支护参数。一般 中等稳定以上的围岩，主要为局部失稳破坏而承受松散地压，所以，支护参数 的选定应贯彻“拱是重点、拱墙有别”的原则；而对不稳定的围岩，主要承受 变形地压，所以拱墙宜采用相同的支护参数。
自钻式注浆锚杆
这种锚杆将钻孔、注浆及锚固等功能一体化，适于钻孔过程易塌孔，而且必 须采用套管跟进的复杂地层。
隧道及边坡工程中常用锚杆
楔管式锚杆
由开口异径管，上、下楔，定位销，挡环和垫板组成。 优点为： 效应快，安装后即能发挥锚固作用； 对围岩能主动提供轴向和环向压应力，锚固效果比被动式锚杆要好； 适应岩层范围较大，地下水对它的锚固效果影响很小； 操作方便，作业安全，劳动强度低，安装一根约4分钟。 极限锚固力约为120KN，适于中、小断面工程的临时支护和抢险工程。
5、考虑不同的工程对象，对重要工程宜采用支护参数表中的上限值，而一般 工程宜采用下限值。
6、支护参数有锚喷支护设计参数表与规范中的有关条文共同确定。例如对不 稳定围岩，要求锚杆有一定的密度，通常在条文中规定了锚杆的最大间距限制。
工程类比法设计的原则与方法
锚喷支护工程类比设计程序
应用工程类比法确定支护参数的设计程序，一般分为初步设计阶段和施工设计 阶段。 1、设计设计阶段： 2、施工设计阶段：
一般规定
1、永久支护的锚杆应为全长粘结型锚杆或预应力注浆 锚杆。其他类型的锚杆不能作为永久支护，当需作永 久支护时，锚孔内必须注满砂浆或树脂。
2、自稳时间短的围岩，宜采用全长粘结式锚杆或早强 水泥砂浆锚杆。
3、在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩条件下，锚杆应按系统锚 杆设计，并符合下列规定：
（1）锚杆一般应沿隧道周边径向布置，当结构面或岩 层层面明显时，锚杆应与岩体主结构面或岩层层面呈 大角度布置。
锚杆类型
② 端头锚固型
锚杆类型
② 端头锚固型
锚杆类型
③ 摩察型
主要有缝管锚杆、楔管锚杆和水胀锚杆等
锚杆类型
③ 摩察型
隧道及边坡工程中常用锚杆
水泥砂浆锚杆
1、构造：由水泥砂浆、杆体、垫板和螺母组成；杆体可采用带肋钢筋或高 强度玻纤树脂实心或空心管。垫板可用金属材料，也可以用工程塑料。
2、特点 （1）结构简单，加工安装方便，价格便宜，对围岩适用性强，具有一定的 锚固力。
锚杆前端锚固于锚杆孔底部岩体，通过孔口托板及螺母使锚杆受拉，对 孔口附近围岩施加径向约束力。锚杆受力大小取决于锚头的锚固强度。
按结构形式又可分为
（1）机械式内锚头：如楔缝式锚杆、倒楔式锚杆、胀壳式锚杆
（2）粘结式内锚头：水泥砂浆内锚头，快硬水泥卷内锚头，树脂药包内 锚头。
锚杆类型
3、摩擦型锚杆：将锚杆强行压入比其直径略小的钻孔后，管体受
用工程类比法设计锚喷支护参数
三、锚喷支护设计的一般表达方式
用《围岩分级——锚喷支护总装图》作为锚喷支护设计的一般表达式有以下好 处：它既是地质平剖面图，又是围岩分级布局图；既是隧道轴线、平面里程的 反映，又是锚喷支护全局布置和结构总装图的反映，便于各专业协作使用。 1、《围岩分级——锚喷支护总装图》的内容 2、《围岩分级——锚喷支护总装图》的表达程序
围岩约束而产生径向张力，使孔壁产生压力，挤压岩体，从而使孔壁与 锚杆间产生静摩擦力（即锚固力），阻止岩体位移，同时，锚杆末端托 板在安装时紧压孔口岩面，对围岩产生压力，使锚杆周围岩体处于三向 应力状态，形成梨形压力球，增加围岩的稳定性。
缝管式锚杆，楔管式锚杆、水胀锚杆
4、预应力锚杆
应用端头锚杆，在锚孔口部对锚杆施加拉力，并用垫板和螺栓锁口，紧 压孔口岩面，使围岩产生径向压力，约束围岩变形，对改善围岩的力学 性能，特别是提高岩体结构面的摩擦力很有帮助。
隧道及边坡工程中常用锚杆
早强水泥砂浆锚杆
与水泥砂浆锚杆的唯一区别就是注浆材料（粘结剂）不同。一般在2~4h就具 有50KN左右的锚固力，弥补了普通水泥砂浆早期不能承载和强度增长缓慢 的特点，因而在软弱、破碎、自稳时间短的围岩中显示出一定的优越性。
快硬水泥卷内锚头锚杆
构造：快硬水泥卷（锚固剂）、杆体、垫板、螺母、排气管组成杆体内端要 求设计成左旋麻花状结构，其上端焊有挡圈，挡圈至麻花状顶部的长度即为 锚头长度，挡圈具有防止搅碎的水泥从孔内滑出的作用。
3、力求体现锚喷支护灵活性的特点及围岩局部破坏局部加固、整体加固与局 部加强的等强度支护原则。对不同的岩体和部位分别采用不同的支护类型和参 数。现行规范锚喷支护参数表中，对同一级围岩级别和洞跨，给出多种锚喷支 护类型和参数，以便酌情选用。
对于局部不稳定块体和局部不稳定部位，规范规定采用局部加固；不必因围岩 局部失稳而降低围岩级别或加强系统锚杆。
用工程类比法设计锚喷支护参数
用工程类比法设计锚喷支护参数的间接方法，是在围岩 分级的基础上借助设计规范提供的锚喷支护参数表，基 本按对号入座的方法选择锚喷支护类型和参数的一种方 法。可以说“工程岩体分级”和“锚喷支护参数表”是 工程类比间接设计法的两大支柱，缺一不可。
用工程类比法设计锚喷支护参数
工程类比法设计的原则与方法
工程类比设计的原则
4、锚喷支护参数表中，考虑了各种设计方法的配合，虽然参数表中给出的支 护参数是根据工程类比确定的，但在确定最终支护参数，有的还要借助于监控 设计和理论设计。例如IV、V级不稳定围岩，锚喷支护参数表给的数值只供监 控设计中选用初参数时参考。对稳定围岩中的大跨度洞室，表中支护参数作为 理论验算中的推荐值。最终支护的设计值还需经过修真设计后才能确定。
（2）安装后有一个养护过程不能承载 （3）被动支护，提供的支护反力依赖围岩变形，如果安装过晚，锚杆抗力 小，作用有限。
（4）注浆不宜密实。 3、垫板作用 （1）增强并扩大锚杆对岩体的锚固范围，特别是能使表层围岩处于三向受 力状态，极大增强了围岩稳定性。
隧道及边坡工程中常用锚杆
（2）垫板能显著提高锚杆的系统刚度，使锚杆在软岩中不至于太软 而无法与围岩特征线相交，丧失承载围岩压力的条件。 （3）通过垫板将喷网与锚杆连成整体，从而形成喷锚网与围岩的联 合体，共同承担地层压力的作用，这里垫板的传递起着重要的作用。 （4）垫板能改变锚杆的受力分布，使锚杆的轴力分布比较均匀，提 高锚杆效果。
一般规定
（2）锚杆应按矩形排列或梅花形排列
（3）锚杆间距不得大于1.5m。间距较小时，可采用 长短锚杆交错布置。
（4）两车道隧道系统锚杆长度一般不小于2.0m，三 车道隧道系统锚杆一般不小于2.5m。
4、局部不稳定的岩块宜设置局部锚杆，可采用全长粘 结型锚杆、端头锚固型锚杆、预应力锚杆，锚固端应 置于稳定岩体内，锚杆参数应通过计算确定。
第九章 锚杆支护工程类比设计
1、熟悉工程类比设计的原则
2、学会用工程类比法进行锚喷支护设计
工程类比法设计的原则与方法
工程类比设计法通常有直接对比法和间接对比法两种。
直接对比法：一般是以围岩的岩体强度和岩体完整性、地下水影响程度、洞室 埋深、可能受到的地应力、工程的性状与尺寸、施工的方法、施工的质量以及 使用要求等方面因素，将设计的工程与上述条件基本相同的已建工程进行对比， 由此确定锚喷支护的类型与参数。 间接类比法一般是根据现行锚喷支护技术规范，按其围岩类比表及锚喷支护设 计参数表确定拟建工程的锚喷支护类型与参数。
一、锚喷支护参数表 1、GB50086-2001“锚杆喷射混凝土支护技术规范”提供 的锚喷支护参数表。 2、国防工程锚喷支护技术暂行规定提供的锚喷支护参数 表。 3、JTJ026-2004“公路隧道设计规范”提供的隧道复合式 衬砌设计参数表
用工程类比法设计锚喷支护参数
二、锚喷支护参数表的选用
1、对I、II、III级围岩中一些不同跨度的隧洞，给出了两种支护参数，对于缓 倾角围岩中隧洞拱部及急倾角围岩中的隧洞易失稳一侧的边墙，应优先采用锚 杆支护类型，使支护设计既安全可靠，又经济合理。
围岩稳定性的评定，在目前缺乏统一标准的情况下，可参照GB5000862001“锚杆喷射混凝土支护技术规范”规定的“隧洞周边允许位移相对值 （%）”进行控制，或用特征线法再结合过去的工程实例来确定。
用工程类比法设计锚喷支护参数
二、锚喷支护参数表的选用
6、对局部可能失稳的围岩块体可采用块体极限平衡理论进行稳定性验算。计 算中只考虑不稳定块体的自重，不计由地应力作用引起的围岩应力。这是因为 应力重分布导致不稳定块体周边的应力降低，同时，也由于地应力数值不易取 得和不便计算。 拱腰以上部位不稳定块体，一般以塌落形式失稳，因而不计结构面上的c、φ值； 拱腰以下部位的不稳定块体，则呈现滑落的形式失稳，应计自重引起的摩擦力 作用，有时还考虑黏结作用。
快硬水泥卷内锚头锚杆具有早强水泥砂浆锚杆能早起承载的特点，但是 存在以下缺点，设计中要主要控制使用，一般不能用于永久性工程，特别是 重要工程。缺点：（1）锚固质量受操作工艺影响，波动较大；（2）包装皮 搅碎后混入锚固剂，严重影响内锚头的防腐耐久性；（3）注浆和排气系统 的结构不完善，难以保证注浆饱满，尤其是向上安装的锚杆。
4、对于I、II、III级围岩中跨度大于15m的工程，可按表9-22初选锚喷支护参 数，再对围岩稳定性进行力学分析。用特征线法或理论计算法最终确定支护参 数。
用工程类比法设计锚喷支护参数
二、锚喷支护参数表的选用
5、关于围岩整体稳定性验算，目前国内尚无统一标准。围岩应力状态计算方 法也不统一，但主流意见认为，应以弹、塑性理论为计算依据，若只按弹性理 论进行围岩失稳验算是不合理的。因为不让围岩进入塑性，违反了现代支护理 论的基本原则，即无法充分发挥围岩的自承能力。事实也证明，围岩出现一定 范围的塑性，并不会失稳，反而能充分发挥围岩的自承能力，从而节省了锚喷 支护工程量。GB500086-2001“锚杆喷射混凝土支护技术规范”规定，围岩稳定 性验算采用以弹塑性理论为基础的数值解法或解析解法。由于岩体参数难以准 确确定，因此计算中不必过于追求高精度的计算模型和计算方法，这样求出的 塑性区范围一般偏小，可乘以1.1~1.4的系数。
锚杆类型
1、全长粘结型锚杆：用水泥砂浆或树脂作填充粘结剂，使锚杆
和孔壁岩石粘结牢固，提供摩擦阻力，阻止岩体位移，并通过安装在孔 口的托板、螺母对岩壁的约束力来抑制围岩变形和承受围岩松弛荷载。 普通水泥砂浆锚杆、早强水泥砂浆砂浆锚杆、中空注浆锚杆、自钻式注 浆锚杆
2、端头锚固型锚杆：通过锚杆的机械式锚固或粘结式锚固，将
隧道及边坡工程中常用锚杆
早强水泥砂浆内锚头锚杆
适用于在有严重化学腐蚀地层的抢修工程。
中空注浆锚杆
采用冷轧左旋螺纹杆体，为空心管。注浆可分为无压注浆和有压注浆两种， 注浆时采用封堵技术的为压力注浆，否则为无压注浆。 中空注浆锚杆的最大特点是利用杆体中中空管道进行注浆，浆液直达孔底， 能保证注浆饱满。如果是向上安装的锚杆还设有排气管，孔底的塑料锚固头 是用来悬挂杆体的重量，以免向上安装时杆体下滑。 凡永久性锚杆均要求压力注浆。在我国沿海地区得到了普遍使用。
一般规定
5、软岩、收敛变形较大的围岩地段，可采用预应力 锚杆，预应力锚杆的预应力应不小于100kPa。预应 力锚杆的锚固端必须锚固在稳定岩层内。 6、岩体破碎、成孔困难的围岩，宜采用自进式锚杆。
按内锚头结构形式有机械式内锚头和胶结式内锚头；按锚固段的应力分 布有集中型和分散型；按岩层的受力性质有拉力型、压力型、剪力型和 混合型。
锚杆类型
① 全长wenku.baidu.com结型
主要有普通水泥砂浆锚杆、树脂锚固锚杆、早强水 泥砂浆锚杆、树脂锚杆、水泥卷锚杆、中空注浆锚杆和 自钻式注浆锚杆等。
锚杆类型
② 端头锚固型
主要有机械锚固锚杆、树脂锚固锚杆、快硬水 泥卷端头锚杆等。