隧道工程支护结构设计方法.ppt
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1、支护结构支护结构的基本作用在于:与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系,能承受可能出现的各种荷载;保持隧道断面的使用净空;防止围岩质量的进一步恶化;提供空气流通的光滑表面。因此,任何一种类型的支护结构都应具有与上述作用相适应的构造、力学特性和施工的可能性。支护有:超前支护,初期支护,二次衬砌支护。隧道支护设计隧道支护设计 根据新奥法原理,软弱围岩隧道支护一般采用复合衬砌。复合衬砌由初期支护、二次衬砌两部分组成。隧道开挖后先实施喷射混凝土、锚杆、钢拱架等与围岩密贴的初期支护,约束围岩变形,并根据变形监控量测结果,适时施作二次衬砌。初期支护设计初期支护设计 初期支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架
2、组成的联合支护体系,是复合衬砌隧道的主要承载结构。初期支护设计初期支护设计 -喷射混凝土喷射混凝土 喷射混凝土的作用 喷混凝土能及时、有效地防止开挖面岩层的松散、离层和掉落,是有效地保护围岩、防止坍方的重要手段。填充裂隙 界面附着防掉块 喷混凝土与围岩的粘附是发挥喷混凝土支护效果的保证,也是喷混凝土最主要的力学作用。喷混凝土设计及施工要点:喷混凝土应具有必要的早期强度,以尽快对围岩提拱支承力,24小时抗压强度不应低于10MPa。喷混凝土应有足够的后期强度,强度等级不应低于C25。与围岩应具有足够的粘附强度,使喷混凝土与围岩尽快形成整体,阻止围岩松动下滑,与围岩的粘结强度不应低于0.5MPa。软
3、弱围岩采用钢筋网喷混凝土,增强喷混凝土的抗剪强度、提高粘附性。喷混凝土施工要求做到:喷混凝土应采用湿喷工艺 湿喷法其喷射混合料进入喷射机前已经按规定加入水拌合均匀,因此较干喷工艺具有水灰比能准确控制,利于水泥的水化,施工粉尘小,回弹少,混凝土均质性好,强度高的优点。喷混凝土必须与岩面密贴,不可有空洞,以保证良好的共同受力状态喷混凝土必须快速、及时施作。初期支护设计初期支护设计 -锚杆锚杆 锚杆作为初期支护的另一主要构件,设计施工中是必不可少的,特别是在软弱围岩中,其对围岩的加固作用十分明显。1)围岩中锚杆的作用 在围岩中单凭喷射混凝土往往难以抵抗围岩的巨大形变压力,不能有效地保证支护的可靠性。
4、在这种情况下,需要将喷射混凝土与锚杆联合使用,并把锚杆作为主要的支护措施。围岩中锚杆的主要作用是通过形成具有一定厚度的“加固圈”来“加固围岩”。“加固圈”承担外层围岩传来的荷载,使得最后传到喷射混凝土层的荷载大为减小。2)围岩锚杆设计与施工要点:锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置,必要时底部也要加锚杆;为保证加固带有一定厚度,锚杆的长度与间距之比一般为2:1;为防止锚杆间围岩坍落,还应配合网喷混凝土,喷层主要承担锚杆间的局部坍塌荷载;为达到设计目的,软弱围岩锚杆施工中要求做到:锚杆锚固可靠,全长粘结;要用垫板,且垫板要求与岩面紧贴。初期支护设计初期支护设计 -钢架钢架 钢架分型钢钢架型钢钢架
5、与格栅钢架格栅钢架两种,一般应与锚杆、喷混凝土共同使用。钢架断面图1)钢架的作用钢架的作用有四点:一是喷混凝土发挥作用前支撑围岩;二是对喷射混凝土进行补强;三是作为超前支护的支点;四是与锚杆、喷射混凝土共同发挥初期支护的作用。2)钢架适用范围 钢架的最大特点是刚度大,架设后能够立即承载受力。因此,多用于软弱破碎或土质围岩中,需要控制围岩变形迅速发展的场合。如浅埋、偏压及土层隧道等。钢架的设计与施工要点:一般采用工字钢,或“八字结”形联系钢筋的格栅钢架;钢架间距一般为0.61.0m。为增加钢架的整体性,每榀钢架间应设纵向连接构件;钢架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和下沉的措施。为达到设计目的,钢架的
6、施工要求做到:接头是整个钢架的薄弱环节,必须加强;钢架应直立安装,并用混凝土预制块与围岩顶紧;型钢钢架应预留注浆孔,及时对喷混凝土层后回填注浆,保证与围岩密贴;分部开挖钢架落底接长时,要注意防止失稳。2 2、二次衬砌设计、二次衬砌设计 隧道围岩中二次衬砌也是主要承载结构,二次衬砌与初期支护共同承担较大的后期围岩变形压力,应适时施作。二次衬砌设计二次衬砌设计 (1)二次衬砌的作用二次衬砌的主要作用:一是承载,二是安全储备,保障运营的安全。(2)二次衬砌的设计与施工要点二次衬砌原则上应适时施做。软弱围岩二次衬砌应带仰拱,与边墙应圆顺连接,减少应力集中。为达到设计目的,软弱围岩二次衬砌施工要求做到:
7、二次衬砌应先施工仰拱,分段整体浇注。二次衬砌背后空洞应回填密实。3 3、超前支护、超前支护 超前支护时保证隧道安全进洞,进洞后保证安全出洞。超前支护又叫预支护,对保证我们的安全尤其重要。超前支护包括:超前大管棚、中管棚、超前小导管、超前锚杆。超前支护超前支护 超前大管棚超前大管棚 管棚是利用导向架,沿着开挖外轮廓线,以较小的外插角,向开挖前方打入钢管,形成对开挖前方围岩的预支护。管棚施工工序有开挖管棚钻机工作室,导向墙施工,搭设平台,安装钻机,安装管棚钢管,注浆。套拱施工图管棚施工施工图超前支护超前支护 超前小导管超前小导管超前小导管注浆是在开挖掘进前,先用喷混凝土超前小导管注浆是在开挖掘进前
8、,先用喷混凝土将开挖面和隧道一定范围内的地段封闭,然后隧将开挖面和隧道一定范围内的地段封闭,然后隧道拱部轮廓线打人带孔的钢管,并向钢管内注浆,道拱部轮廓线打人带孔的钢管,并向钢管内注浆,浆液即由导管渗透到地层中,在隧道拱部形成固浆液即由导管渗透到地层中,在隧道拱部形成固结体并加固围岩。结体并加固围岩。超前小导管适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅超前小导管适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。碎带等地段的预支护。小导管施工施工图超前支护超前支护 超前锚杆超前锚杆超前锚杆是沿开挖轮廓线,以一定的外角打入
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