锚索支护设计原则

第4节锚索支护设计原则预应力锚索加固岩体或土层的实质，就是通过锚索对被加固的岩体或土层预先施加压应力，限制有害变形的发展，从而保持围岩的稳定。

对于矿山井巷工程的锚索支护设计，目前采用的主要有以下三种方法:①工程类比法：工程类比法发展较早，也是当前应用最广的方法。

目前国内有关的支护规范仍以此法为主，现在的工程类比法主要在围岩分类的基础上，根据拟建工程的围岩等级和工程尺寸等，参照已建工程的经验，直接确定支护参数与施工方法。

②理论计算法：理论计算方法是在测得岩体和支护力学参数的前提下，根据围岩力学特征建立数学模型，通过计算来确定支护参数的方法。

因围岩地质条件复杂多变，其力学模型和岩体力学参数不易准确测定，在计算方法中很难全面反映施工方法和支护时机等因素，所以，理论计算法只作为设计参考。

③现场监控法：现场监控法又叫信息设计法，是新近发展起来的一种以现场量测为手段的设计方法。

这一方法以现场监测的信息为依据，边施工，边量测，不断把量测结果反馈到设计和施工中去，从而不断修改设计，指导施工，由于这种方法以现场实测为依据，故有助于人们进行科学判断，而且它又能适应多变的地质条件和各种不同的施工方法，因而它比工程类比法及理论计算法更为实用。

在具体设计中，应根据矿山井巷的工程地质条件，三种方法结合应用。

矿山井巷工程的地质条件一般比较复杂，外荷载不明确，所以设计锚索加固方法多以工程类比法为主，有时也用一些经验公式。

近年来矿山井巷支护工作推行新奥法施工，即判定准则。

工程地质调查，是设计的重要依据。

设计方法是：按工程特点和施工条件选择合适的锚索形式；锚索布置密度，按工程类比法或经验估计，一般控制在10m2根，对于松软夹层局部补强，也可根据具体情况确定；锚索安设方向原则上应正交于结构或层面，一般也可按巷道径向均匀布置，设计系统锚索应充分适应这一条件。

第5节锚索支护施工工序与配套机具预应力锚索的施工可分为4道工序1、钻锚索孔钻孔机具。

一般采用矿山井巷地质钻机，如TXU－75A，TXU－200A，TXU－300A，以及共它型号的坑道钻机。

钻孔规格。

巷功索孔规格一般为φ89mm，如孔口下套管，钻孔结构及尺寸可适当确定。

因钻孔要安装锚索，因而要求钻孔平直、光洁，如遇塌孔则必须进行处理。

2、锚索组装MH－300型锚索，采用7×φ5钢绞线制做，每根锚索由3~4股钢绞线编组，按实际孔深截取适当的长度。

设计预应力300~400kN，设计承载力600~800kN。

钢绞线的截长。

钢绞线截取长度＝锚固段长度+自由段长度+张拉端长度。

钢绞线外观检查，不得出现明显裂痕或松丝等缺陷，不得有死弯。

若有上述缺陷应截去不用，对局部锈蚀严重的也不得使用。

组编锚索时，要用钢刷除去钢绞线表面浮锈。

对锚索的防锈处理分别涂防锈油脂（在自由段）和全孔注浆，其中水泥砂浆为主要保护层。

套装隔离层。

对自由伸缩段必须施加隔离层，即采用套装聚乙烯管的办法。

先将防锈油脂均匀地涂在钢绞线表面，但不要超设计的隔离段；再将聚乙烯软管套装在已涂过油脂的钢绞线上，两端用铁丝捆牢。

将处理好的钢丝线按设计长度分组顺直，在锚固段每隔0.8m一里一外顺次放一组对中支架和架线环，端头装上导向帽，使整个锚固段呈一组枣核状，其目的在于使锚索与注孔砂浆能粘结良好。

组装好的锚索大致成一直线，每段钢绞线之间不得相互交叉。

为了运送方便，可将整个锚索卷成圆盘状。

第6章喷射混凝土支护喷射混凝是一种原材料与普通混凝土相同，而施工工艺特殊的混凝土。

喷射混凝土是将水泥、砂、石按一定的比例混合搅拌后，卷入混凝土喷射机中，用压缩空气将干拌台料压送到喷头处，在喷头的水环处加水后，高速喷射到巷道围岩表面，起到支护作用的一种支护形式和施工方法：是一种不用模板，没有浇注和捣固工序的快速、高效的混凝土施工工艺。

在矿山井巷、地下工程、隧道隧洞等工程中，采用与锚杆支护相结合的喷射混凝土支护，取代原有的料石砌碹、混凝土衬砌，取得了明显的效果。

喷射混凝土支护的主要特点是：①技术上先进，质量上可靠。

过去用钢、木支架，料石、混凝土碹支护只有消极地承受上部松动围岩的重量，维持巷道的稳定性。

喷射混凝土支护则是充分考虑和积极发挥围岩本身自稳作用，喷射混凝土与围岩自移民能力相结合，变被动为主动，变消极为积极。

喷射混凝土利用压气调整喷射到围岩表面的节理、裂隙中，把节理、裂隙分隔的岩体联结起来，有效地阻止岩块的松动或滑移。

喷射混凝土支护形成一种紧贴岩面的封闭层，隔绝了水和空气对围岩的风化和剥蚀作用，防止因围岩风化、剥蚀而影响巷道稳定性和正常使用，喷射混凝土支护可填补由于爆破而形成的巷道围岩表面凸凹不平，使其成形圆滑规整，避免或缓和了应力集中。

喷射混凝土支护能紧跟掘进工作面，以最快的速度施工，有效地减少了围岩暴露的时间，有利于迅速控制或稳定围岩因爆破引起的扰动，从而大大地提高了围岩和支护为一体的共同受力系统，把过去认为是荷载的岩层转化为承载结构的一部分。

这就是为什么用较薄的一层喷射混凝土支护可以代替较厚的普通浇注混凝土或料石碹（300~500mm）起到同样支护效果的原因。

喷射混凝土支护是在科学的围岩自稳理论基础上发展起来的一种新型支护，其技术是先进的，工程质量是可靠的。

加之，喷射混凝土支护与锚杆支护、金属网相结合，提高了支护的性能和工程质量，改进了巷道的稳定性。

实践证明喷射混凝土支护是行之有效的一种先进的支护技术。

②经济上合理，工艺上简便。

根据多年的实践，喷射混凝土支护是一种经济上合理的支护方法，与传统的普通混凝土碹相比，其支护厚度可减薄1/2~2/3。

过去碹厚300~500mm，现在喷射混凝土层厚100~250mm。

这样，不仅开挖工作量可减少15%以上，支护材料也大幅度减少，模板可以全部节省，混凝土量可节省40%以上。

同时，支护速度可以提高2~4倍。

劳动力节省50%以上。

可见，在施工速度、材料消耗、劳动力需求等方面，都是经济合理的。

工艺上，只需1台混凝土喷射机，人工手扶喷管作业，既不用架设碹胎、模板，也不必人工浇注和捣固，比混凝土支护施工工艺简便，劳动强度远比浇注混凝土支护为小。

因而，在推广应用过程中很受基层的欢迎。

③适用范围广，发展前景好。

喷射混凝土支护有十分广泛的适用范围，不仅矿山立井、斜井、平硐，巷道工程可以广泛地使用，而且地铁、隧道、隧洞、水电、军工等工程也在广泛地应用。

随着新奥法、挪威法施工技术的发展，喷射混凝土技术也得到迅速发展。

尤其是喷射混凝土支护与锚杆、金属网、钢纤维、钢架等支护结构相结合，不仅用来解决特殊地层支护问题，也用来修复、处理冒顶塌方事故，或用于高层建筑的深基坑施工、滑坡处理、围岩加固等。

因此，随着喷射混凝土支护适用范围的扩大，喷射混凝土技术将得到更快地提高和发展。

目前，喷射混凝土支护技术虽然获得广泛推广应用，但还有一些问题急待解决。

主要是在施工中降低粉尘，保护施工人员伊朗减少回弹率，节约原材料；解决围岩渗漏水和喷射混凝土层防渗漏水等问题；在设计和理论研究上，深入研究支护结构设计计算理论、支护型和理论研究上，深入研究支护结构设计计算理论、支护型式和喷层厚度的合理确定等问题；在设备上，进一肯解决喷射混凝土支护施工机械化及工程质量检验机具的系列化问题等。

第2节喷射混凝土的主要工艺参数喷射混凝土的工艺流程中，主要是供料、压气、供水、供电四大系统。

四大系统齐备，才能进行正常喷射混凝土操作。

但是工作气压多大合适，喷头喷射的方向以及喷头距受喷的围岩表面距离多少才能有效地作业，一次喷层厚度多大为合理，初喷与复喷的间隔时间多长为适宜，以及喷层与锚杆、金属网的关系等，都需要科学、合理、实用的工艺参数。

工艺参数合理，才能保证喷射混凝土的质量和施工进度，从而有效地发挥其应有的支护作用。

一、工作压力工作压力是指喷射混凝土正常施工时，喷射机工作罐里或转子体内的压气压力，喷射混凝土是靠压缩空气来输送混合料的，因此，正确掌握气压是十分重要的。

气压掌握是否适当，对于湖海喷射混凝土的回弹量，降低粉尘，保证喷射混凝土质量，防止输送管路堵塞等都有很大的影响。

控制气压，就是要保证喷头处混凝土的喷射速度稳定在一个合理的范围内。

在气量固定时，工作罐或转子体内的气压并不是保持不变的，而是随输料管内的阻力大小而变化的，阻力越大，消耗气压越多。

因此，为保证喷头处能获得适宜的气压，以保持稳定、有效的喷射速度，就必须根据气压在输料管路内的损失（即压力损失），而调整工作罐处的气压。

为了降低粉尘和回弹，大都采用低气压，一般来说，水平输送距离30~50m，喷射机的供气压力保持在0.12~0.18Mpa是适当的和有效的。

进料管内径为50mm时，喷射机的工作气压可参照下列经验公式确定：水平输料，输料管长度在200m以内，喷射机的压力为：空载压力（Mpa）＝0.001×输料管长度（m）；工作压力（Mpa）＝0.1+0.0013×输料管长度（m）；向上垂直输料时，要求工作气压比水平输料时大，每增加高度10m，约增加工作气压0.02~0.03Mpa。

当然，在喷射混凝土施工过程中，喷射机司机应与喷射手密切配合，根据实际情况及时调整喷射机的工作气压。

二、水压为了保证喷头处加水通过水环能使随气流迅速通过的混凝土混合料充分湿润，一般水压应比气压高0.1Mpa左右。

采用双水环比单水环的效果好一些。

应当采用专用水箱，装上压力表，操作人员调节喷头水环上的水阀来控制水压。

三、水灰比掌握合理的水灰比对于减少回弹、降低粉尘和保证喷射混凝土有直接关系。

混合料加水变成混凝土是在喷头处水环供水瞬间实现的，理论上最合适的水灰比是0.4~0.5，但实际操作中全靠喷射手的经验加以控制，及时调整。

主要靠目测，而不可能实测。

根据经验，如果新喷射的混凝土易粘着，回弹量少，表面有一定光泽，说明水灰比是合适的。

如果喷射时出现干斑，粉尘飞扬，回弹量大，喷层表面无光泽，说明水灰比偏低，应适当增加水量。

如果喷射时表面塑性大，出现流淌现象，则说明水灰比偏高，应适当减少水量。

四、喷头方向当喷头喷射方向（即喷射料束方向）与受喷面（围岩表面）垂直，并略向刚喷射的部位倾斜时，回弹量最小。

这是因喷射方向与受喷面垂直时，粗骨料遇岩面或混凝土层碰撞后总有一部分按垂直的相反方向弹回，这时弹回物受到喷射料束的约束，抵消了部分弹的能量，有利于嵌入砂浆或混凝土层中。

而喷头喷射方向略微向刚喷的部位倾斜，则可使喷出的料束有相当部分直接冲入粘塑状态的混凝土中，而避免一部分骨料与岩面直接碰撞而增大回弹量。

因此，除喷巷帮侧墙下部时，喷头的喷射角度可下俯10°~15°外，其他顶板及两帮喷射混凝土时，要求喷头的喷射基本上垂直于围岩受喷面。

五、喷头与受喷面的距离喷头与受喷面间最佳距离是根据喷射混凝土强度最高和回弹最小来确定的，最大约为800~1000mm。