地下工程施工隧道支护技术ppt课件.pptx
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1、隧道支护技术 概概 述述 坑道支护体系是由岩体和支护结构两部分组成的坑道支护体系是由岩体和支护结构两部分组成的,通常情况下,岩体是主要的承载单元,而支护结构是通常情况下,岩体是主要的承载单元,而支护结构是辅助性的,但也是不可缺少的。在某些特殊情况下,辅助性的,但也是不可缺少的。在某些特殊情况下,支护结构也是主要的承载单元,支护结构也是主要的承载单元, 支护结构的基本作用:支护结构的基本作用: 保持坑道断面的使用净空;保持坑道断面的使用净空; 防止岩体质量的进一步恶化;防止岩体质量的进一步恶化; 承受可能出现的各种荷载;承受可能出现的各种荷载; 使坑道支护体系有足够的安全度。使坑道支护体系有足够
2、的安全度。隧道支护技术 1 1、能与周围岩体大面积地牢固接触、能与周围岩体大面积地牢固接触 即即支护支护围岩体系围岩体系作为一个的整体工作。接触作为一个的整体工作。接触状态的好坏,不仅改变了荷载的分布图形,也改变状态的好坏,不仅改变了荷载的分布图形,也改变了两者之间相互作用的性质。了两者之间相互作用的性质。 由于施工方法、支护类型的不同,两者的接触由于施工方法、支护类型的不同,两者的接触状态也是不同的。接触状态可作如下分类:状态也是不同的。接触状态可作如下分类:一个理想的支护结构应满足的基本要求:一个理想的支护结构应满足的基本要求:隧道支护技术 分为分为A、B、C、D四类。四类。 接触状态的不
3、同,对围岩应力分布、支护结构的接触状态的不同,对围岩应力分布、支护结构的受力状态等都有着重要的影响。受力状态等都有着重要的影响。 围岩支护结构的接触状态模注砼、木支撑喷砼、泵送砼衬砌A 任意的面接触点接触土质隧道有回填B 确定的C 松散的D 牢固的钢支撑隧道支护技术四类接触状态的力学状态大致如图所示。四类接触状态的力学状态大致如图所示。 现代支护理论的研究多数是以全面接触为出发点的。因现代支护理论的研究多数是以全面接触为出发点的。因此在施工作业时必须尽量实现这一点。此在施工作业时必须尽量实现这一点。 隧道支护技术2 2 重视初期支护,使之与永久支护相配合,协调一致地工作重视初期支护,使之与永久
4、支护相配合,协调一致地工作 初期支护初期支护:是为了暂时地、迅速地控制坑道围岩的力学是为了暂时地、迅速地控制坑道围岩的力学过程,为永久支护创造有利条件。过程,为永久支护创造有利条件。 永久支护:永久支护:作为隧道安全的基本承载支护结构。早期一作为隧道安全的基本承载支护结构。早期一般忽视初期支护的作用。般忽视初期支护的作用。 随着支护技术的发展,逐步把初期支护与永久支护合并随着支护技术的发展,逐步把初期支护与永久支护合并考虑,初期支护亦作为永久支护的一个重要部分。考虑,初期支护亦作为永久支护的一个重要部分。 如:如: 喷射混凝土喷射混凝土 锚杆支护锚杆支护、薄板混凝土支护薄板混凝土支护、钢纤维钢
5、纤维喷混凝土等喷混凝土等。隧道支护技术3 3、允许坑道、允许坑道支护体系产生有限制的变形,充分协调支护体系产生有限制的变形,充分协调发挥两者的共同作用。发挥两者的共同作用。 要求:要求:支护结构刚度小,构造具有一定柔性或可支护结构刚度小,构造具有一定柔性或可缩件。允许支护结构产生一定的变形,充分发挥围缩件。允许支护结构产生一定的变形,充分发挥围岩的承载作用,柔性结构能产生一定的变形,使支岩的承载作用,柔性结构能产生一定的变形,使支护护围岩中的应力重新调整,围岩中的应力重新调整,使两者协调工作使两者协调工作。 目前的支护结构,其刚度相对地降低很多,即以目前的支护结构,其刚度相对地降低很多,即以采
6、用柔性支护结构为主。与过去的刚性支护结构采用柔性支护结构为主。与过去的刚性支护结构现灌混凝土衬砌相比,厚度有了大幅度减小。现灌混凝土衬砌相比,厚度有了大幅度减小。 隧道支护技术 4 4、保证支护结构架设及时、保证支护结构架设及时 支护过晚会使围岩暴露时间长,产生支护过晚会使围岩暴露时间长,产生过度的位移而濒临破坏(极限平衡),因过度的位移而濒临破坏(极限平衡),因此,支护构架应在围岩达到极限平衡之前此,支护构架应在围岩达到极限平衡之前发挥作用。发挥作用。 坑道开挖后要及时地、尽快地加以支护,坑道开挖后要及时地、尽快地加以支护,其目的在于控制围岩的初始位移,这一点其目的在于控制围岩的初始位移,这
7、一点在埋深小、围岩差的情况下,尤其重要。在埋深小、围岩差的情况下,尤其重要。 隧道支护技术 5 5、支护结构要根据围岩的动态(位移、应力、支护结构要根据围岩的动态(位移、应力),及),及时地进行调整和修改参数时地进行调整和修改参数 适应不断变化的围岩状态。这一点在传统的木支撑适应不断变化的围岩状态。这一点在传统的木支撑条件下,也是较难实的,而用现代支护技术,则可采取条件下,也是较难实的,而用现代支护技术,则可采取分次喷射,增设锚杆或调整其参数(间距、锚杆直径和分次喷射,增设锚杆或调整其参数(间距、锚杆直径和长度)等方法来实现。长度)等方法来实现。 支护结构要完全满足上述技术要求是很困难的,这支
8、护结构要完全满足上述技术要求是很困难的,这就要求我们对各种类型的支护结构有一正确的评价,以就要求我们对各种类型的支护结构有一正确的评价,以便根据变化的地质条件进行合理的选择。便根据变化的地质条件进行合理的选择。隧道支护技术一、根据其使用目的分类一、根据其使用目的分类 防护型支护防护型支护 支护中最轻型者,不能阻止和承受岩体压力,仅用以支护中最轻型者,不能阻止和承受岩体压力,仅用以封闭岩面,防止坑道围岩进一步恶化。通常是喷浆、喷混封闭岩面,防止坑道围岩进一步恶化。通常是喷浆、喷混凝土或单独锚杆来完成的。凝土或单独锚杆来完成的。 构造型支护构造型支护 用于长时间坑道基本稳定的岩体。此时力学行为是弹
9、用于长时间坑道基本稳定的岩体。此时力学行为是弹性的,支护参数只满足施工要求,如性的,支护参数只满足施工要求,如砼最小厚度、锚杆最砼最小厚度、锚杆最小直径及长度小直径及长度等。支护参数不由计算决定,由施工决定。等。支护参数不由计算决定,由施工决定。 承载型支护承载型支护 坑道支护的主要类型。视坑道围岩的力学动态,分为坑道支护的主要类型。视坑道围岩的力学动态,分为轻、中、重型。视压力大小,采用顶部支护和完全支护。轻、中、重型。视压力大小,采用顶部支护和完全支护。 隧道支护技术二、根据采用的材料分类二、根据采用的材料分类1、木支撑、木支撑2、钢支撑、钢支撑3、锚杆和金属网支护、锚杆和金属网支护4、模
10、注混凝土和喷混凝土支护、模注混凝土和喷混凝土支护(1)混凝土支护、包括混凝土预制块支护)混凝土支护、包括混凝土预制块支护(2)喷混凝土支护)喷混凝土支护5、组合支护、组合支护(1)钢支撑加背板)钢支撑加背板(2)喷混凝土与锚杆)喷混凝土与锚杆(3)喷混凝土、钢支撑和锚杆)喷混凝土、钢支撑和锚杆等等隧道支护技术三、各类支护结构的技术特征及其存在的问题三、各类支护结构的技术特征及其存在的问题木支撑木支撑:采用立柱或支架形式,目前部分工程还在采用,采用立柱或支架形式,目前部分工程还在采用, 逐渐在减少。逐渐在减少。钢支撑钢支撑:可迅速架设并有足够的阻力,能变换支撑刚度,与可迅速架设并有足够的阻力,能
11、变换支撑刚度,与围岩接触条件比木支撑好。在部分工程中,是不拆除的,围岩接触条件比木支撑好。在部分工程中,是不拆除的,作为永久衬砌的一部分。作为永久衬砌的一部分。锚杆支护锚杆支护:是支护技术的一大进展,从内部提高岩体的承载是支护技术的一大进展,从内部提高岩体的承载能力。预应力的锚杆更易形成主动的支护力,阻止岩体能力。预应力的锚杆更易形成主动的支护力,阻止岩体强度降低。一般说锚杆的支护阻力是不充分的,但可随强度降低。一般说锚杆的支护阻力是不充分的,但可随时给以加强。时给以加强。隧道支护技术模筑混凝土支护模筑混凝土支护:能起到有效地支护暴露岩体这样的目的。能起到有效地支护暴露岩体这样的目的。但模筑混
12、凝土的厚度几乎不会小于但模筑混凝土的厚度几乎不会小于0.300.300.40m0.40m,由此,由此会使开挖成本增加。会使开挖成本增加。 喷浆喷浆:是一种喷射是一种喷射3cm3cm厚的水泥砂浆的方法,在厚的水泥砂浆的方法,在5050年代初年代初代替了顶部防护木支撑,现在用来防止暴露岩面的风化,代替了顶部防护木支撑,现在用来防止暴露岩面的风化,它的进一步发展是喷混凝土。它的进一步发展是喷混凝土。 喷混凝土喷混凝土:是一种较好的支护方法,在围岩紧密结合和迅是一种较好的支护方法,在围岩紧密结合和迅速施喷方面;在岩体条件和坑道形状的适应性上,喷混速施喷方面;在岩体条件和坑道形状的适应性上,喷混凝土支护
13、方法也是突出的,它的支护能力很高,并可随凝土支护方法也是突出的,它的支护能力很高,并可随时进行加强。时进行加强。隧道支护技术四、隧道支护类型的选择四、隧道支护类型的选择 隧道支护类型的选择主要根据下述条件决定:隧道支护类型的选择主要根据下述条件决定:(1 1)对预计的主要岩体类型的评价;)对预计的主要岩体类型的评价;(2 2)对岩体类别变化的适应性;)对岩体类别变化的适应性;(3 3)对很大的或特殊地压的适应性;)对很大的或特殊地压的适应性;(4 4)对地下水性质的适应性;)对地下水性质的适应性;(5 5)经济性;)经济性;(6 6)作业时间消耗。)作业时间消耗。隧道支护技术 支护支护 类型类
14、型要求要求木木支支撑撑钢钢支支撑撑锚锚杆杆加加金金属属网网混凝土支护混凝土支护 混合支护混合支护防防护护砼砼喷喷浆浆喷喷砼砼钢钢支支撑撑喷砼喷砼钢支钢支撑短撑短锚杆锚杆喷砼喷砼钢支钢支撑钢撑钢背板背板紧密接触紧密接触1203-31 3 2全面接触全面接触1103-31 3 2迅速施设迅速施设0130-31 2 2支护阻力小支护阻力小1213-22 3 3预加应力的可能性预加应力的可能性1120-01 2 1以后加强的可能性以后加强的可能性2231-32 3 2顶替造成的危害顶替造成的危害1-33-21 - -对岩体性质的适应性对岩体性质的适应性2211-32 3 3对坑道形状的适应性对坑道形状
15、的适应性0131-31 3 2排水条件排水条件3132-33 3 10不可用不可用1可用可用2合适合适3很好很好隧道支护技术 支护方法支护方法 地质数据地质数据 木木支支撑撑钢钢支支撑撑锚锚杆杆网网防防护护砼砼喷喷浆浆喷喷砼砼钢钢支支撑撑喷砼喷砼钢支钢支撑短撑短锚杆锚杆喷砼喷砼钢支钢支撑钢撑钢背板背板岩石强度高岩石强度高1 12 23 30 03 32 22 2 1 1 0 0岩石强度中等岩石强度中等1 12 21 12 20 02 22 2 3 3 2 2粘性土粘性土1 12 20 02 20 01 12 2 3 3 3 3松散土松散土0 02 20 00 00 00 01 1 1 1 3
16、3高岩压或较小岩石强度高岩压或较小岩石强度2 22-32-30 01-21-20 00 02-32-33-43-4 2 2裂隙间距小裂隙间距小1 12 20 02 21 13 31 1 3 3 2 2裂隙间距大裂隙间距大2 21 13 31 11 12 21 1 2 2 1 1很小分离度很小分离度2 21 13 32 23 33 32 2 3 3 0 0很高分离度很高分离度1 12 21 12 20 03 31 1 2 2 0 0张开裂隙张开裂隙1 11 11 12 20 02 21 1 3 3 0 0粘土充填裂隙粘土充填裂隙1 12 21 12 20 03 31 1 3 3 3 3隧道支护技
17、术 答答:是把锚杆安设在坑道的围岩中,使层状:是把锚杆安设在坑道的围岩中,使层状的、软质的岩体得到不同形态的得加固,和围的、软质的岩体得到不同形态的得加固,和围岩共同形成完整的支护结构,提供一定的支护岩共同形成完整的支护结构,提供一定的支护抗力,共同抵抗围岩的位移和变形。抗力,共同抵抗围岩的位移和变形。 隧道支护技术钢筋或钢丝绳砂浆锚杆:钢筋或钢丝绳砂浆锚杆:以以水泥砂桨作为锚杆与围岩的粘结剂。倒楔式金属锚杆:倒楔式金属锚杆:曾经是使用最广泛的锚杆形式之一。加工简单,安 装方便,具有一定的锚固力,因此在一定范围内至今还在使用。管缝式锚杆:管缝式锚杆:是一种全长摩擦锚固式锚杆。这种锚杆具有安装简
18、单、锚固可靠、初锚力 大、长时锚固力随围岩移动而增长等特点。树脂锚杆:树脂锚杆:用树脂作为锚杆的粘结剂,成本较高。自进式中空注浆锚杆:自进式中空注浆锚杆:具有边钻进边加长的特性,不需套管护壁、预注浆等特殊手法加固围岩 锚杆种类锚杆种类隧道支护技术钢质涨壳体锚杆钢质涨壳体锚杆中空注浆锚杆中空注浆锚杆中空自钻锚杆中空自钻锚杆全螺纹等强锚杆全螺纹等强锚杆 隧道支护技术 答:利用喷射设施将一定配比的混凝土喷射到隧道开挖毛洞的表面,形成具有一定厚度和支护强度的薄壁结构,达到封闭暴露的岩体和加固岩体的目的。 隧道支护技术根据工艺不同分干喷、潮喷、湿喷三种。主要区别是投料程序不同。根据工艺不同分干喷、潮喷、
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