浅谈新奥法初期支护—喷锚支护在软弱围岩应用.docVIP

浅谈新奥法初期支护—喷锚支护在软弱围岩的应用 福铁建设集团公司泉州分公司 李小勇 [摘要] 本文结合赣龙铁路考塘隧道中的Ⅲ类围岩地段初期支护中的锚杆数量与喷层厚度控制，介绍新奥法初期支护的作用原理以及此类支护在软弱围岩中的应用。 [关键词] 喷锚支护 作用原理 应用 前言 新奥法初期支护是喷锚联合支护使用较成熟的施工方法，它并不是一般的喷射混凝土和锚杆的联合支护，而是“设计、施工、监测”相结合的科学的隧道建造方法。“喷射混凝土、锚杆和现场监控量测”是新奥法的三大支柱，它的工作原理在工程实践中不断地被充实与提高，从而获得了极为迅速的发展，特别是在控制围岩的高挤压变形方面，显示了很大的优越性。下面首先介绍喷锚支护的工作原理，然后结合考塘隧道中的三级围岩地段的实施情况，阐述喷锚支护设计参数在实际中的应用。 工程概况 考塘隧道为赣龙铁路的一座单线隧道，隧道埋深＜50m，地质情况处于丘陵缓坡地带，表层为第四纪残积层棕黄色砂粘土，下伏γ52灰白色花岗岩，粗粒结构。隧道全长550米，其中Ⅲ类围岩地段295米，里程为DK270+064~DK270+359，岩质为风化颇严重的粉砂岩，呈破碎状，初期支护设计采用喷射8cm的混凝土及每延米打入2.0m的普通砂浆锚杆3根的方案进行支护。 三、喷锚支护的作用原理 新奥法初期支护的具体作法是随隧道掘进及时喷射一层混凝土，封闭围岩暴露面，形成初期柔性支护，随后按设计要求布置系统锚杆加固深部围岩。锚杆、喷层和围岩共同组成承载环，支承围岩压力，形成了新奥法初期支护结构(称为外拱)，在施工过程中，通过监测了解外拱围岩的变形情况，待支护抗力与围岩压力适应时进行封底，使变形收敛，隧道围岩趋于稳定，随后进行二次衬砌(称为内拱)，内拱为储备强度。新奥法的施工必须严格控制二次衬砌时间，以便支护性能呈现先柔后刚的特性。 喷射混凝土是将一定比例的水泥、河砂、碎石均匀搅拌后，装入混凝土喷射机，借助压缩空气作为动力，使混合料连续地沿管路压送至喷头处与水混合后，以较高压力及速度（30~100m/s）喷射在岩面上凝结硬化而成。由于混合料以高速喷射，使砂、石骨料和水泥颗粒经重复碰撞冲击，相当于得到连续的冲实和压密，而喷射工艺又可使用较小的水灰比，这就保证了喷射混凝土具有较高的物理力学性能。 锚杆是一种锚固在岩体内部的杆状支架，锚杆支护是通过锚入岩体内部的锚杆，达到改善围岩的受力状态，实现加固围岩、维护隧道的目的。 当加固拱顶崩落的不稳定块体时，锚杆起悬吊作用；当加固层状岩体时，锚杆起组合作用；另外拱顶锚杆还有减跨和挤压加固作用。如下图所示： 在支护作用原理上，喷锚支护能充分发挥围岩自承能力，从而使围岩压力降低，支护厚度减薄；在施工工艺上，喷射混凝土支护，实现了混凝土的运输、浇注和捣固的联合作业，且机械化程度高，施工简单，因而有利于减轻劳动强度和提高工效。 锚杆与喷射混凝土的施工工艺要求，在隧道施工规范与一些相关的工程资料上均有详细的介绍和具体的要求，在此本文不做赘述。 四、施工情况： 在考塘隧道三类围岩地段洞身开挖施工过程中，我们于拱脚及拱顶布设了多方位的监测，其中对DK270+130~DK270+155段的拱顶下沉及净空收敛连续观测过程中，发现该段拱顶下沉大于2.0mm/d，净空收敛值大于1.0mm/d，均大于规范允许值，通过数据的回归分析，结果是围岩周边收敛值达到规范允许值的上限0.5%，有些地段甚至超过该上限，(该段的收敛数据及回归分析附后)经过与业主、设计单位的会诊达成了共识：认为在这种围岩条件下设计所采用的初期支护不能满足稳定要求，因此有必要采取加强措施，重新进行锚杆的设计与喷射混凝土厚度的计算，确定初期支护的参数，现以此为例说明其主要参数的确定。 锚杆的计算及喷射混凝土厚度的确定 锚杆的计算： 从量测数据及现场情况来看，发生变形较大的部位主要位于拱部，说明了拱部的支护条件不足，锚杆与喷射混凝土承受能力小于变形体压力，因此，计算锚杆时以拱部为考虑。锚杆类型仍依设计采用粘结式注浆锚杆。 锚杆长度的确定 根据锚杆在受力状态下，钢筋抗拉能力与水泥浆粘结力相等的等强原则，可求出锚杆插入稳定岩层中的长度L1（即锚固长度） 由：[σt]=πdL1[C] 可得 L1≥d[σt]/4[C]=22×360/3×4=660mm 1.2×L1=792mm 取800mm [C]——砂浆与锚杆间的粘结力；此取3.0MPa [σt]—-锚杆钢材的抗拉强度；取360MPa d—-锚杆直径 （另：工程实践中常要求L1≥300mm） 从锚杆的组合和悬吊作用出发，锚杆总长度按下式进行计算： L=L1+hn+L2=800+1000+100=1900mm 式中L2—锚杆外露长度，取100