隧道施工中喷锚支护有关参数的选择及计算.pdf

2 0 0 2年 4月 第 3 1卷第 2期 有色矿山 No n f e r r o u s M i n e s Ap r ． ， 2 0 0 2 V01 ． 31 No． 2 隧道施工中喷锚支护有关参数的选择及计算 史 马祥 中铁十五局集团第六工程有限公司， 河 南 恪 阳 4 7 1 0 1 3 [ 关键词 l喷射混凝土 ；锚杆；回弹率 ； 抗 压强度 [ 摘要】根据宝鸡至成都铁路复线新清风峡隧道和新安乐河隧道的施工实践． 并参考有关琐锚支护参数计算 理论公式． 总结了喷锚 支护有关参 数的选择及计算方法。 【 中囝分娄号 1 T D 3 5 2 5 【 文献标识码 ]B 【 文章缩 号 1 1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 2 0 0 1 7 0 4 S e l e c t i n g a n d c a l c u l a t i o n s o f s h o t c r e t e a nd b o l t s u p p o r t p a r a me t e r s i n t h e p r o c e s s o f t u n n e l p r o j e c t s S HI M a x i a n g T h e S i x t h En g i n e e r i n g L i mi t t e d C o r p o r a t i o n o fC h 6 a R a i l wa y 1 5 t h E n g i n e e r i n g Gr o u p，L u o y a n g 4 7 1 0 1 3 C h i n a Ke y wo r d s s h o t c r e t e ；a n c h o r b o l t ；r a t e o f r e b o u n d ；c o mp r e s s i o n s t r e n g t h Ab s t r a c t Ac c o r d i ng t o t h e e x p e r i e n c e o f s e v e r a l r a i l wa y t u n n e l p e c t s ，wh i c h i s Xi n q i ng f e n g x i a a n d X i n’ a n l e h e t u n n e 1 ．f rom Ba o j i t o Ch e n g d u ，s e l e c t i ng a n d c a l c u l a t i o n me t h o d s a r e s u mma r i z e d a f t e r r e f e r r i n g s o me t h e o r e t i a l f o r mu l a e a bo u t s h o t c r e t e a n d b o l t s u p p o r t p a r a me t e r s c a l c u l a t i o n ． 1 引言 隧道施工中喷锚支护的各种参数的选择通常是 凭经验选取， 因为国内外喷锚支护 的理论研究还很 不充分 ． 这样， 在各种参数的选择上盲 目性 就很大。 本文总结了在隧道施工中喷锚支护的有关参数的选 择及计算方法， 隧道施工中喷锚支护时可供参考。 2 喷射混凝土工艺参数的确定 2 ． 1 喷射混凝土机的风压计算 根据P， 1 0 ． 0 1 3 L 式中 P1 喷射混凝土机工作风压， k g ／ e m 2 ； L 输料管长度， m。 在实际施工中， 当输料管长度为 2 0 m， 喷头与受 喷面之间为 l m 时， 无论从 回弹损失或混凝土强度 [ 收稿 日期]2 0 0 1 ． 1 1 - 0 6 【 作者筒介】史马 祥 1 9 6 5一 事 铁路 工程管理 工作。 来衡量， 工作风压应 在 1 ． 1 ～1 ． 3 k g ／ e m ， 工 作风压 与混合料的输送距离、 高程、 输料管的弯曲程度、 干 混合料的含水率及单位时间内通过输料管的干料量 有关 ； 石子的形状和种类、 混凝土配合比及输料管内 壁的粗糙程度等对工作风压也有影响。正确控制风 压， 可以减少回弹和粉尘， 保证混凝土的质量。在实 际施工中， 操作工要根据实际施工情况参考公式计 算风压的大小， 及时调整工作风压． 确保出料顺畅和 喷射混凝土的质量。 2 ． 2 水压 喷射混凝土机喷头处的喷水水压力应 比工作风 压高 1 k g ／ e m2 ． 以利水流穿射干料 ， 保证 干混合料能 在喷出的瞬间得到充分的湿润． 即工作 风压与水压 关 系 P， P1 1 式中 P1 工作风压， k g ／ c m ； P 2 水压， ／ c m2 。 山西 河 津人， 工程 师I 从 2 ．3 喷头与受喷面的距离和倾 角 从 宝成复线的实际施工经验来看， 当喷头与受 维普资讯 l 8 有色矿山 2 0 0 2年 第 3 l 卷 喷面垂直时． 混凝土 回弹损 失最 小， 混 凝土 也最密 实， 在这种情况下， 部分 回弹物又被喷 出的料束冲挡 回去． 因此喷头与受喷面应尽量保持垂直。 一 般情况下， 当输料管长度为 2 0 m， 工作风压为 1 ． 1 ～1 ． 3 k g ／ c n 2 时， 喷头 与受喷 面的距离 应为 l m 左 右 。 3 锚杆支护参数的确定 根据新清风峡隧道和新安乐河隧道的施工实际 情况， 锚杆的布置可以分为较大面积、 较大数量的系 统布置和较小面积、 较小数量的局部布置两种情况。 3 ． 1 系统布置时的锚杆参数的确定 系统布置时锚杆参数的计算是以挤压原理为根 据， 在选择锚杆长度时要从隧道跨度 、 岩石性质以及 加固的部位等综 合因素来考虑。隧道跨度大， 锚杆 较长 ； 岩体不稳定时， 应使用较长锚杆； 用于拱部 的 锚杆可以较长， 用于侧墙的可稍短 ； 锚杆长度还与锚 杆间距有关， 间距小时锚杆可以适当缩短。 根据挤压加固原理， 结合实际施工情况， 系统布 置时锚杆的参数可以按以下公式计算 锚 杆 长 度 L A 【 1 ． 1 J ， m L 2 岩 石 节 理间距 ； 锚杆间距 C 0 ． 5 ～0 ． 7 x L． m C3岩 石节理间距 ； 锚杆直径 d L， c m； 式中 B隧道跨度， m； A 围岩稳定性影响系数。 稳定性好的围岩 A 取 0． 9 ； 中等稳定性 的围岩 A 取 1 ． 0 ； 稳定性差的 围岩 A 取 1 ． 1 ； 不稳定的围岩 A 取 1 ． 2 。 在新清风峡隧道和新安 乐河隧道工程施工 中． 在靠近洞门的地段， 大断裂破碎地段 ， 以及个别的稳 定性较差的围岩地段 ， 均采用了喷锚联合支护。 新清风峡隧道和新安乐河隧道的开挖断面的跨 度 B 为 6 ． 5 m， 岩石节理 问距平均为 3 0 c m． 围岩稳 定性影响系数 取 1 ． 1 ， 根据上述 计算公式锚杆长度 L A 【 1 ． 1 品 1 ． 1 1 ． 1 需J 1 ． 9 3 m ； 锚 杆 间距 C0 ． 5 X L0 ． 5 X 1 ． 9 3 ≈0． 9 7 m． 根据锚杆 间距 C3 X岩石节理 间距 的要求． 取 C 表21 ， 此类钢筋的抗拉强度 R 为 2 4 5 0 k g ／ c m2 ； 砂浆与钢 筋间的粘结 强度 t ． 通过 实验得 7 ～1 3 k g ／ c m2 ， 取 1 0 k g ／ c m2 ， 锚杆直径采用 1 ． 8 c m； 不稳定岩体的平均 厚度为 0 ． 8 m； 安全系数 K 取 1 ． 5 ； 锚杆外露长度取 1 0 c m。根据上述计算公式， 锚入稳定岩层的锚杆长 度 z 1 维普资讯 第 2期 史马祥 隧道施工中喷锚支护有关参数的选择及计算 1 f≥ 7 3 ． 5 -7 4 c m1 4 5 1 0 ，／ 4 一 1 ． 一‘ 刚锚杆长度 L≥7 4 8 O1 0 1 6 4 c m。 3 ． 2 ． 2锚 杆 间距 根据悬吊理论。 每根锚杆承受的岩石重量小于 其锚固力或杆体的拉断力， 即 Kr h C ≤Q 或 K r h C ≤ R 或 K G ≤ 譬 式中 c锚杆的间距； 不稳定岩体的厚度； Q锚杆的锚固力， 最大锚固力等于钢筋的 抗拉强度 R 钢筋的断面积 ； r岩石的容重 ； K 安全系数， 可取 K2 ～3 ； G不稳定结构体重量 ； s 不稳定结构体的面积； 其它符号意义同前。 所 以 c ≤ ／ 或 c ≤ 萼 ／ 或 c ≤ 譬 ／ 新清风峡 隧道进 口段顶部有一面积 S约 4 0 m 的不稳定岩层 ； 岩石容重 r查 为 2 l O 0 k g l m ； R 2 4 5 0 k g ／ c m2 ； 不稳定岩层 的厚度 为 0 ． 6 ml 锚杆直径 d为 1 ． 8 c m； 不稳定岩 层的重量 GS h r4 00 ． 62 1 0 05 0 4 0 0 k g ； 安 全系数 K 取 2 ． 5 根据上述间距计算公式 锚 杆 间 距 c ≤ 譬 ／ 1 ．J 3 ． 1 4 X 2 4 5 0 X 4 0 0 0 0 0l 4 0 ．6 5 c m≈ 1 ． 4 0 m。 2 -／ 5 0 4 0 0 ⋯ ⋯‘ ▲‘Ⅲ口 4 喷射混凝土厚度的计算 围岩暴露后， 立即喷射混凝土， 喷层同围岩相互 作用， 共同变形， 因此， 喷层所受围岩压力属于变形 地压。围岩作用于喷层压力． 可根据周边最大允许 的位移值和 围岩与喷层交界处应力这两个条件计算 求得。在工程实践中， 常使用奥地利 H 卡斯特奈尔 所著 隧道与坑道静力学 所给地压的计算公式 P J 式 中 安全系数， 一般取 1 ． 5 ； 岩石单轴抗压强度 实测得出 ． k e ． ／ ∞ ； 8 岩石结梅面的内摩擦 角。 根据奥地利的瞄布希维兹 I J l V． R a b c e w i c z 等 提出的“ 剪切破坏理论” 知道， 围岩稳 定性的丧失是 由于地压作用下两侧锥形剪切体， 径 向移动致使喷 层发生剪切破坏。莫尔强度理论认为中间主应力 2对岩石影响可不考虑。这样， 岩石 所受的应力 可 近似为平面应力状态， 即 和 3 ， 而最大主应力 t7 。 为开挖周边的切向应力， 最小主应力 为开挖周边 的径向应力。根据奠尔强度理论， 剪切斜面与 作 用线成 4 5 。 十 角度。剪切破坏发生 在与 开挖 周边切线成 1 4 5 一 的斜面上。喷层抗剪面的 长度 L 近似 的 等 于 ～ ， 因而 喷 层抗 剪 能 力 为 I n ’ ’2 r t 由喷层承载力与其所受地压值相等的平 衡条件得出下面关系式 P ‘ hl s i n t 。 1 ‘ 2 r 月 式中 P作用在喷层上的地压； h 。 地压作用的范围 取隧道的高度值 ， m； f 喷层厚度， c ml 喷层材料的抗剪强度， 一般可取 等 于喷射混凝土抗压强度的 2 0 ％ ； a l 剪切角， 4 5 一 ； 可 推得 喷 层厚 度的计 算 公式为 f } 。 ‘r B 同时 ， 喷层厚度的确定还要充分考虑到使其具 有一定柔性和保证其物理力学性 能。因此。 喷层的 厚度一般不应小于5 0 mm． 同时也不宜大于 1 5 0 m m， 大于 1 5 0 mm时在施工工艺和经济上均不合理。 宝成复线工程施工中， 新安乐河隧道主体岩层 为泥质砂岩， 泥质砂岩的抗压强度 查O ， 其次相关 系数近似 为 1 ， 即接近线性正相关． 由此表 明 XR F 法可靠准确。 4 结论 1 本仪器用于铝土矿分析结果表明， 能满足快 速分析、 指导生产的要求。 2 用硼酸盐熔融成玻璃样片制样 法可 以更好 地消除粒度和矿物效应 的影响， 尤其对 AI 、 s i 等元 素的分析， 但制样时间长。 3 制备标样时， 粒度、 压力及环境条件等与生 产样品制备条件一致时， 结果会更好， 可以进一步完 善。 4 方法准确， 但 3 0 7 0 E型分析仪 器已经落后 ． 应更新设备进行软件改造， 可以更快捷， 更方便。 5 本仪器用于氧化铝生产的快速分析， 更能发 挥其快速 、 准确的优势。 [ 参考文献 ] [ 1 ] R i g a k u 3 0 7 0 E型 X射线光谱仪说 明书 [ 说 明书 ] ． [ 2 ] 丁库 克． 邹 恩腾等． X RF法快速 测定铝 土矿 [ J ] ． 矿怕． 1 9 9 6 ， 5 2 { 8 2 [ 3 ] 粱国立， 罗立强 x荧光 交互有 效 、 基本参 数法 及其 在 铝土 矿和 粘土分 析 中的应 用 [ c ] ． 中 国理学 X R F光谱 仪论 文集． 1 9 9 5 ． 1 1 5 1 5 3 [ 4 ] 中国理学 X R F光谱 仪用户协会 ． 理学 电机 工业株式 会 社应用研 究中心合编 x射 线荧光 分析原理 与应 用[ 内 部教 材] ， 1 9 9 7 ． 维普资讯