隧道锚喷结构与计算)
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随着开挖深度的增加，人们发现，古 典压力理论不符合实际情况。
⑵ 1920～1960年代的松散体理论阶段：
● 特点：当埋深较大时，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结构
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。
4、锚喷支护的特点
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)
● 特点：围岩和支护结构共同组成了承 载的支护体系，其中围岩是承载主体，而 支护结构是辅助性的，但也不可缺少。
● 代表：新奥法理论是其典型代表。
2、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， 支护和围岩共同作用；
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；
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。
今天我国所有山岭隧道和一些 城市地下工程都先采用锚喷的柔性 支护结构，是为了能做到：
3、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;
●现代支护理论：围岩具有自承能力， 围岩作用于支护的压力不是松散压力， 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
④ 凭借现场试验和监测手段，划定围 岩级别，获得力学参数，指导施工；
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和相 应的力学计算模型。
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；
（1）容许围岩发生有限变形
（2）发挥围岩的自承能力
（3）节省工程造价
3.2 锚喷支护结构的受力与计算
1、锚杆支护结构 2、喷混凝土支护结构 3、锚喷联合支护结构
1、锚杆支护结构 ⑴ 锚杆类型 ⑵ 锚杆的力学作用 ⑶ 锚杆的设计与计算 ⑷ 支护块状围岩 ⑸ 加固裂隙围岩
⑴ 锚杆类型 ① 全长粘结型
3.1 概述
1、支护结构理论的发展 2、现代支护理论与设计要点 3、锚喷支护与传统支护的区别 4、锚喷支护的特点
1、支护结构理论的发展
1、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
1、支护结构理论的发展 ⑴ 1920年以前的古典压力理论阶段： ● 代表：Haim、Rankine和金尼克理论
隧道及岩土工程系
2007年4月
学习本课程的目的： （1）要求掌握有关公路隧道的勘查、设 计、构造原理和有关计算方法； （2）理解公路隧道围岩稳定性的影响因 素及其与施工方法的关系； （3）了解公路隧道工程施工组织管理。
第三章 锚喷支护结构的设计与施工原则
3.1 概述 3.2 锚喷支护结构的受力与计算 3.3 锚喷支护结构的施工原则
⑴ 锚杆类型 ② 端头锚固型
⑴ 锚杆类型 ② 端头锚固型
⑴ 锚杆类型 ② 端头锚固型
⑴ 锚杆类型 ③ 摩察型
⑴ 锚杆类型 ③ 摩察型
⑵ 锚杆的力学作用 ① 悬吊作用 ② 减跨作用 ③ 组合梁作用 ④ 整体加固作用
①悬吊作用：将不稳定岩层悬吊在坚 固岩层上，阻止围岩移动滑落。
② 减跨作用：在隧道顶板岩层中打入锚 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。
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。
① 锚杆承载力裂隙计面 算
锚杆
锚杆
如图所示，根据静力平衡及
正弦定理有：
Q G sin 1 s in
N G sin( 1 ) sin
φ1 锚杆
G
φ1 ξ 裂隙面
φ1 N G ξ-φ1
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。
② 锚固长度确定
● 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：
③ 要允许围岩及支护结构产生有限 的变形，以发挥围岩承载作用而减少 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；
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；
⑤ 支护结构要根据隧道围岩的实 际动态，及时进行调整和修改，以 适应不断变化的围岩状态；
③ 组合梁作用：在岩层中打入锚杆，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 整体加固作用：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锚固力作用下构成 一个均匀的压缩带，即承载环。
⑶ 锚杆的设计与计算
① 锚杆承载力计算 ② 锚杆锚固长度确定 ③ 锚杆直径的确定 ④ 锚杆间距的确定
●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Baidu Nhomakorabea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；
⑵ 1920～1960年代的松散体理论阶段：
● 特点：当埋深较大时，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结构
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。
4、锚喷支护的特点
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)
● 特点：围岩和支护结构共同组成了承 载的支护体系，其中围岩是承载主体，而 支护结构是辅助性的，但也不可缺少。
● 代表：新奥法理论是其典型代表。
2、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， 支护和围岩共同作用；
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；
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。
今天我国所有山岭隧道和一些 城市地下工程都先采用锚喷的柔性 支护结构，是为了能做到：
3、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;
●现代支护理论：围岩具有自承能力， 围岩作用于支护的压力不是松散压力， 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
④ 凭借现场试验和监测手段，划定围 岩级别，获得力学参数，指导施工；
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和相 应的力学计算模型。
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；
（1）容许围岩发生有限变形
（2）发挥围岩的自承能力
（3）节省工程造价
3.2 锚喷支护结构的受力与计算
1、锚杆支护结构 2、喷混凝土支护结构 3、锚喷联合支护结构
1、锚杆支护结构 ⑴ 锚杆类型 ⑵ 锚杆的力学作用 ⑶ 锚杆的设计与计算 ⑷ 支护块状围岩 ⑸ 加固裂隙围岩
⑴ 锚杆类型 ① 全长粘结型
3.1 概述
1、支护结构理论的发展 2、现代支护理论与设计要点 3、锚喷支护与传统支护的区别 4、锚喷支护的特点
1、支护结构理论的发展
1、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
1、支护结构理论的发展 ⑴ 1920年以前的古典压力理论阶段： ● 代表：Haim、Rankine和金尼克理论
隧道及岩土工程系
2007年4月
学习本课程的目的： （1）要求掌握有关公路隧道的勘查、设 计、构造原理和有关计算方法； （2）理解公路隧道围岩稳定性的影响因 素及其与施工方法的关系； （3）了解公路隧道工程施工组织管理。
第三章 锚喷支护结构的设计与施工原则
3.1 概述 3.2 锚喷支护结构的受力与计算 3.3 锚喷支护结构的施工原则
⑴ 锚杆类型 ② 端头锚固型
⑴ 锚杆类型 ② 端头锚固型
⑴ 锚杆类型 ② 端头锚固型
⑴ 锚杆类型 ③ 摩察型
⑴ 锚杆类型 ③ 摩察型
⑵ 锚杆的力学作用 ① 悬吊作用 ② 减跨作用 ③ 组合梁作用 ④ 整体加固作用
①悬吊作用：将不稳定岩层悬吊在坚 固岩层上，阻止围岩移动滑落。
② 减跨作用：在隧道顶板岩层中打入锚 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。
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。
① 锚杆承载力裂隙计面 算
锚杆
锚杆
如图所示，根据静力平衡及
正弦定理有：
Q G sin 1 s in
N G sin( 1 ) sin
φ1 锚杆
G
φ1 ξ 裂隙面
φ1 N G ξ-φ1
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。
② 锚固长度确定
● 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：
③ 要允许围岩及支护结构产生有限 的变形，以发挥围岩承载作用而减少 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；
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；
⑤ 支护结构要根据隧道围岩的实 际动态，及时进行调整和修改，以 适应不断变化的围岩状态；
③ 组合梁作用：在岩层中打入锚杆，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 整体加固作用：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锚固力作用下构成 一个均匀的压缩带，即承载环。
⑶ 锚杆的设计与计算
① 锚杆承载力计算 ② 锚杆锚固长度确定 ③ 锚杆直径的确定 ④ 锚杆间距的确定
●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Baidu Nhomakorabea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；