7、4，特殊条件下的锚喷支护设计,浅埋土质隧道的锚喷支护设计7,4.1 7，4,2.浅埋土质隧道的埋深一般小于4倍 6倍隧道开挖宽度.常为2倍隧道开挖宽度,浅埋土层一般地质松软、难以发挥锚杆的加固作用、可不予采用、应采用有格栅拱架的配筋喷射混凝土支护 塑性流变岩体中隧洞锚喷支护设计7。4，6、隧洞断面形状要尽量做到与围岩压力分布相适应 塑性流变岩体一般是四周来压或有很大的水平压力,因此、在这类围岩中的隧洞断面宜采用圆形,椭圆形或马蹄形等断面形状。采用圆滑曲线的断面轮廓、可以减小应力集中引起的围岩破坏和增强喷层的结构作用.在塑性流变岩体中开挖隧洞.一条基本原则是不使围岩发生有害松散的前提下，容许围岩产生较大的变形，以减小支护抗力.使喷锚支护达到经济合理.安全可靠。因此 在隧洞的设计中、断面尺寸应预留允许的周边收敛量,7、4 7,塑性流变岩体的主要特点是在隧洞开挖后.围岩变形量大、延续时间长，在这种情况下、正如,围岩 支护。相互作用原理，图6、所示的那样、若采用一次完成的刚性大的永久支护 对围岩过早地施加过强的约束力 会导致支护结构承受较大的荷载、甚至常出现破坏 通过塑性流变岩体的隧洞.一般应分两期支护、即初期支护与后期支护、初期支护的作用是及时提供支护抗力保护和加固围岩 使围岩不致发生松散破坏。同时 又允许围岩的塑性变形有一定发展。使围岩应力得以释放,以充分发挥围岩的自支承作用，后期支护的作用是保持隧洞的长期稳定性 并满足工程使用要求、图6 岩石特性曲线与支护特性曲线相互作用图a。原始地应力。b,岩石特性曲线,c、岩石拱形成 d,岩石拱破坏,e 支护特性曲线,f，支护承受部分，g.岩石拱承受部分,1 太刚，2、适宜、3，太晚，4 太柔.显然、在塑性流变岩体的隧道中,采用薄层喷射混凝土加柔性较好的锚杆做初期支护 是较为理想的,但也必须指出.塑性流变岩体有明显的时间效益,如图7所示 在不同的时间阶段，岩体的应力，位移曲线是不同的，比较柔性的锚喷支护在t1,t2时。支护特性曲线与岩体特性曲线相交.说明两者能取得平衡,这时。支护结构承受较小的荷载、但却引起大的位移,当超过t2时 两者特性曲线不得相交 并出现过度的支护变形.易使围岩松散 因而.必须适时地提高支护抗力，使支护特性曲线在t3时，与围岩特性曲线相交。以保证隧洞的长期稳定性,图7 不同时间阶段围岩特性曲线与支护特性曲线的适应性s 初期支护的特性曲线。c.后期支护的特性曲线.PS。支护结构的抗力,在塑性流变岩体中开挖隧洞.由于岩体潜在应力的释放或岩体吸水膨胀.沿四周逐渐向隧洞内挤出,支护结构在一定程度上抑制了岩体的挤压膨胀,但如底部没有约束.围岩裸露，必然形成膨胀和应力释放的集中部位 产生底鼓。如底鼓不加控制，任其发展.常常造成隧洞墙脚内移和支护结构的严重破坏,这在实际工程中是屡见不鲜的。因而，必须设置抑拱.形成全封闭环 以提高支护系统的整体抗力,塑性流变岩体中的隧洞采用锚喷支护,应及时进行、围岩，支护，体系的受力与变形监测。了解不同时间阶段内围岩与支护的变形特性、根据现场监测数据的变化趋向,适时地调整支护抗力、直至水平收敛速度及拱顶或底板垂直位移速度明显下降.连续5天内隧洞周边水平收敛速度小于0 2mm，d拱顶或底板垂直位移速度小于0。1mm d方可进行后期支护。水工隧洞锚喷支护设计7、4 8、在水工隧洞的设计中,为充分利用围岩的承载能力和防渗能力,以减少投资.国内外的经验是尽可能采用不衬砌及锚喷隧洞。例如我国广西天湖水电站引水隧洞的最大内水压力6.17MPa，采用锚喷支护隧洞.运行情况良好 国外也有10MPa左右的有压隧洞采用锚喷支护的工程实例，在.类围岩中 已有许多工程采用锚喷作为永久支护。这些工程运行情况良好,水工隧洞不同于其他交通隧洞、其长期处于水的作用下工作.有的甚至在较高水压力中工作,要承受较大的内、外水压力。围岩压力等 锚喷支护除必须满足围岩稳定要求外,还须满足防渗、抗冲刷和环境保护等要求、渗漏水量损失也是一项重要的控制指标 目前锚喷支护作为最终永久支护时，仅限制在，级或以上的围岩中应用.对于、级围岩,由于岩体完整性差、结构破碎或岩质软弱。承载能力低。围岩的 流变特征,常较为明显.为确保隧洞结构的长期稳定和安全运行。仍宜采用初期锚喷支护和后期钢筋混凝土衬砌相结合的复合支护.另外，长期大面积涌水洞段 有腐蚀性及膨胀性地层的洞段和有特殊要求的洞段，也不宜采用锚喷支护作为最终的永久性支护。国内个别水工隧洞因各种原因 甚至在有衬砌的情况下.出现了严重的内水外渗 导致隧洞外侧山体发生渗漏破坏和河道堵塞,损失巨大。环境影响严重，因此，对锚喷支护的水工隧洞,必须高度重视防渗设计和施工质量、7,4。10 外水压力是水工隧洞的主要荷载之一 锚喷支护也不例外 据 一级电站。镇电站试验资料,当外水压力为1,4MPa、1,6MPa时、喷层局部剥落.一般呈现粘结破坏。所以当隧洞外水压力较高或隧洞使用中放空时,应复核其稳定性。平衡外水压力的主要抗力应为喷混凝土与岩面的黏结力 而非预应力的系统锚杆所提供的抗力。当未采用挂网时.锚杆所提供的抗力几乎可以不计.当采用挂网锚喷时,若锚杆与挂网钢筋具有可靠连接.可计入一定 0 3倍.0,5倍锚杆设计抗拉力。的锚杆抗力 喷混凝土支护与围岩是互相紧密结合的两种不同的透水介质 在地下水位变幅较小,补水排水条件基本稳定的情况下 将形成稳定的渗流场,这种作用在支护上的外水荷载是一种场力、由于围岩的非均质性和各向异性性。其渗流场或外水压力值的准确确定是一件十分困难的事情.对于一般工程,常采用地下水位线以下的水柱高乘以相应的折减系数的方法估算，表10 一般工程的地下水位均较低。隧洞放空时的外水压力是内水外渗后并存蓄在围岩中的水产生的.对于此种情况 采用控制隧洞放空速率及间歇式放空措施，对降低外水压力的作用是十分显著的。表10,隧洞外水压力折减系数7。4.11，采用混凝土衬砌的水工隧洞常有一个。最优洞径、或、经济洞径。的概念。即隧洞直径常通过经济比较 普通公用引水洞.动能、经济比较，电站引水洞，或技术经济比较,特大。特小隧洞、确定.而锚喷隧洞的糙率及水头损失与混凝土衬砌隧洞的糙率及水头损失差别甚大，若采用与混凝土衬砌相同的过水断面即所谓。等过水断面 等流速 的设计是十分不经济合理的 故本规范推荐采用水电行业中的,等水头损失。的设计原则.锚喷隧洞的糙率系数n值与隧洞洞壁起伏差和底板铺设情况关系较大,以往的经验公式不够便捷 本规范推荐的糙率系数经验值,表7 4 11.是通过相关工程实例资料验证的.其精度能够满足普通的水力计算及动能计算的要求，从工程效率考虑、设计要求喷层平均起伏差不应超过0.15m,0、20m 7。4,12 锚喷支护的电站引水隧洞和尾水隧洞的水流流速均不高、一般为2m。s,4m.s,只在泄洪隧洞和导流隧洞采用较高流速、例如。星星哨水库泄洪洞的流速为7m、s.丰满电站2号泄洪洞的流速达13 5m.s。墨西哥奇森水电站两泄洪洞的流速为12m。s。运行情况均较正常。一般来说，围岩条件好,允许流速可适当提高、但不宜超过12m.s 否则。有可能发生冲刷破坏或空蚀破坏，国内外也有在12m,s左右的流速发生锚喷支护破坏的实例 其破坏一般发生在地质条件较差的洞段,在泄洪隧洞和导流隧洞中,可根据围岩条件选择锚喷支护的允许流速.对于地质条件较差.而流速又较高,还要采用锚喷支护作为最终永久支护的隧洞洞段 必须采取可靠的结构措施增强支护与围岩的整体性.有关防空蚀破坏和冲刷破坏,随着近年来施工机械。施工方法和建筑材料的进步,使锚喷支护隧洞的起伏差,糙率、不平整度都有明显的改善 喷混凝土的粘结强度也有明显的提高、相应提高了隧洞的防空蚀破坏和冲刷破坏能力，受采动影响的巷道锚喷支护设计7，4、14。受采动影响的巷道是指地下矿山开采中受采矿工作面开采。采场爆破 采空区及放顶等影响的巷道 对煤矿来说，包括采煤工作面回采巷道,顺槽，开切眼。回撤通道及联络巷等、受采动影响的采区上下山与集中巷、及受采动影响的大巷与洞室等。7.4,15.受采动影响巷道的支护型式与参数主要根据受采动影响程度。围岩地质与生产条件确定,受采动影响巷道承受不断变化的采动力作用。最大采动应力一般高出原始应力数倍.导致围岩应力集中严重,变形增大,因此、支护形式应以预应力锚杆为主.既能有效控制围岩离层、结构面滑动，裂隙张开等有害变形.又具有一定的延伸率,允许围岩有一定的持续变形。使高应力得以释放,根据巷道条件.可选择采用锚杆支护.锚杆，金属网支护，锚杆。钢带支护。锚杆 钢带,梁,金属网支护等支护形式 受采动影响巷道的使用条件有很大区别、对于服务年限很短,2年以内,且围岩受风化影响小的回采巷道。一般只采用锚杆支护，无须喷射混凝土支护。对于围岩受风化影响严重的巷道，及服务时间长的采区上下山，集中巷,大巷与洞室等.应采用锚喷支护、对于服务时间长.围岩变形大的巷道、宜采用韧性较大的钢纤维喷射混凝土支护。对于受强烈采动影响，围岩破碎的大变形巷道。单独采用锚杆 锚喷支护不能有效控制围岩变形、保证巷道安全.在这种条件下.可将锚固与注浆有机结合，通过注浆充填围岩内的裂隙。将破碎围岩固结起来 改善围岩力学性质，提高围岩整体强度、也可将锚杆,锚喷支护与金属支架联合使用，采用U型钢可缩性支架支护巷道、为全面了解受采动影响巷道围岩，支护体系的受力与变形状况 应及时进行采动应力.围岩变形。锚喷支护受力与变形的监测 根据监测数据评价巷道支护效果与安全程度。必要时、应调整锚喷支护形式与参数