隧道设计理论 张学富重庆交通大学土木建筑学院 1 1 锚杆支护结构2 喷射混凝土结构 2 1 锚杆支护结构 锚杆类型 锚杆的力学作用 锚杆的设计与计算 支护块状围岩 加固裂隙围岩 3 锚杆类型 全长粘结型 4 锚杆类型 端头锚固型 5 锚杆类型 端头锚固型 6 锚杆类型 端头锚固型 7 锚杆类型 摩察型 8 锚杆类型 摩察型 9 10 11 12 锚杆的力学作用 悬吊作用 减跨作用 组合梁作用 整体加固作用 13 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 14 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 15 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 16 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 17 锚杆的设计与计算 锚杆承载力计算 锚杆锚固长度确定 锚杆直径的确定 锚杆间距的确定 18 锚杆承载力计算 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 19 锚杆承载力计算 如图所示 根据静力平衡及正弦定理有 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 是锚杆与垂直线夹角 20 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 21 其中 d是锚杆直径 螺纹钢筋 D是钻孔直径 k安全系数 3 5 是砂浆与岩孔之间的抗剪强度 实践中要求大于30厘米 22 锚杆长总度L 式中 L1是锚固深度 L2为不稳定岩层厚度 L3是外露长度 约小于喷射混凝土厚度 23 锚杆直径的确定以抗拉为例 锚杆直径可用下式计算 式中 K是安全系数 可取2 Rg是锚杆抗拉强度 N是锚杆所受拉力 d是锚杆直径 24 锚杆间距的确定 若等间距布置 每根锚杆所负担的岩体重量即为所受荷载 其中 是岩体容重 b锚杆间距 一般L1 2b k安全系数2 3 25 支护块状围岩围岩塌落总是从危石开始 可能形成连锁反应 26 砂浆锚杆的承载力 27 加固裂隙围岩若在隧道顶部出现裂隙 为防止进一步扩展危及顶部岩体稳定 可采用预应力锚杆加固 28 第7章锚喷支护结构设计与施工原则 29 假设裂隙受到预加力T和水平方向压力P 则裂隙法向力和抗滑力分别为 是裂隙面内摩察角 沿裂隙面的下滑力必须满足的条件 30 2 喷混凝土支护结构 1 什么是喷射砼 2 喷射砼的作用 3 作用原理 4 喷射砼设计 31 2 喷混凝土支护结构 1 什么是喷射砼水泥 砂子 石子 速凝剂压缩空气高压水 32 33 2 喷射砼的作用充填裂隙 加固围岩找平 封闭围岩 防止围岩风化喷砼与围岩组成共同承载结构 34 3 作用原理局部稳定原理喷射砼支护危石喷射砼可能发生破坏 35 整体稳定原理与岩体表面粘结 使表面岩体形成平顺的整体依靠结合面的抗拉 压 剪能力 与岩体密贴 组成 组合结构 或 整体结构物 36 37 4 喷射砼设计设计参数有哪些厚度和强度 38 厚度设计抗冲切计算喷层厚度必须满足 是什么物理意义 39 抗撕裂计算喷层厚度必须满足 40 厚度确定按照抗冲切和抗撕裂分别计算 取其最大值 还必须满足构造要求 不小于5cm 不大于20cm 思考为什么呢 41 强度设计计算方式 42 经验方法设计强度不低于C15竖井 斜井及重要隧道等工程 不低于C201d龄期抗压强度不低于5MPa 43