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锚喷

2020-04-09 21:01

用锚杆和喷射砂浆或喷射混凝土(必要时喷射钢纤维混凝土)支护围岩的工程措施。锚喷支护体系,由围岩承载带和喷射混凝土组成,围岩承载带用锚杆加固,有时辅以固结灌浆,喷射混凝土则直接喷在围岩或加钢丝网的围岩上。根据围岩的地质条件,可以采用多种支护形式:① 单独采用锚杆,一般只用于局部。② 单独采用喷射混凝土,有时也只用于局部。③ 锚杆结合喷射混凝土,多用于地下洞室的顶拱、边墙和高边坡。④ 锚杆和喷射混凝土,加设单层或双层钢筋网,可提高喷层抗拉强度和抗裂能力,从而提高支护能力。⑤ 锚喷加金属网,并在喷层内加设工字钢等型钢做成的肋形支撑。

锚杆的作用

可以减少岩体的不均匀性(各向异性),把岩石各层连成一体,提高各岩层间和裂隙岩块间的黏着力和摩擦力;在围岩破坏带范围内,通过锚杆可以形成一个岩石承载拱,能承受其上覆盖层的荷载。岩石承载拱的弹性模量有所提高,物理力学性质有所改善。如果采用预应力锚固,岩石承载拱则成为受压承载结构。锚杆多采用金属材料如钢筋、高强度钢丝束等,也有用塑料或木锚杆的。

喷射混凝土的作用

加固围岩,防止岩块松动、剥离或坠落,喷射混凝土于加钢丝网的围岩上,可提高喷层强度、承受拉应力、传递温度应力、减少收缩裂缝,支护能力可得到提高。喷射混凝土可用干喷法、湿喷法或水泥裹砂法。干喷法是将砂石料、水泥和速凝剂干拌后,用压缩空气输送,在喷嘴处加水混合后喷出。湿喷法是把砂石料、水泥和水拌和后用压缩空气或泵输送,在喷嘴处加速凝剂,并用压缩空气补给能量后喷出。由于环保要求,干喷法应有条件的限制使用。

锚喷支护结构的设计

有3种方法:① 以围岩分类为基础的工程类比法,是应用最广的一种设计方法,根据已经建成的类似工程的经验直接提出支护设计参数。② 以计算为基础的理论分析法,是锚喷支护设计的重要组成部分。③ 以量测为基础的现场监控设计法,通过现场量测开挖后的围岩与支护系统的力学形态的变化动态,结合其他方法建立一些必要的判据,判断围岩的稳定性和支护系统的可靠性,直接用来及时调整支护参数或进行施工决策。为了做出经济合理并符合客观实际的设计,常常需要2种或3种设计方法结合使用。

锚喷支护的作用

给地下工程的快速掘进创造了条件。软弱岩层中开挖隧洞,可用喷射混凝土作为临时支护。锚喷支护紧跟掘进工作面,及时提供连续的支护抗力,充分利用空间效应(端部支承效应),限制支护前变形的发展,阻止围岩进入松弛状态;锚喷支护同围岩紧密黏结,黏结效应使在喷层与岩石结合面上传递剪应力、拉应力和压应力,喷射物充填围岩表层的节理裂隙,使被裂隙分割的岩块联结起来,保持岩块间的咬合镶嵌作用,还能使不稳定危岩的荷载得到转移;锚喷支护是既有一定支承抗力又有良好柔性的支护结构,能控制塑性流变围岩的初始变形,允许围岩塑性区有一定发展,避开应力峰值,充分发挥围岩的自支承能力和有效地利用支护材料,保护围岩承载拱的形成,对山岩压力有效地起到卸载作用。这样就大大减少作用在支护上的最终荷载,待围岩由喷射混凝土层的支护,经过应力调整而平衡后,可再作永久支护。在有些情况下,也可以不必再作永久支护;喷层具有高水泥含量、低水灰比和大量封闭的毛细孔,因而具有良好的不透水性和气密性,阻止或限制了水流从地层中流出,大大降低了潮湿空气或地下水对岩体的侵蚀和由此伴生的潮解、膨胀与矿物变质,有利于保持岩体的固有强度,也提高了岩体的抗冻性,阻止了节理间充填物和断层泥的流失,保持岩块间的摩擦力,有助于岩层的稳定。

喷射混凝土与岩石之间的计算黏着力一般为1~1.5mPa。如岩石冲刷不良或部分含泥,特别是风化的粉砂岩,需注意将岩面冲洗干净,以提高其黏着力。

锚喷支护的优缺点

优点:① 不需要模板。② 喷层具有高黏附性,与岩层胶结紧密,使喷层与岩层共同承受荷载。③ 锚喷支护将松散的颗粒体和岩块相互胶结,充填裂隙并深入内部,减少围岩周边的应力集中和个别岩体的移动。④ 喷层具有高密度、高强度和良好的不透水性。⑤ 不需要另设临时支护。⑥ 锚喷支护紧跟掘进工作面,可有效防止由于风化影响而引起岩石塌落,并防止围岩的位移及由此而引起的地压。⑦ 锚喷支护衬砌断面较小。⑧ 节省投资与劳动力。缺点:① 使用范围有一定的限制。② 喷射混凝土过程中回弹量大,一般为10% ~30%。③ 粉尘多。减少回弹量可采用具有高黏性能的速凝混凝土,合理选择骨料的级配和改善喷射设备等。减少粉尘可用水幕、水力旋流器,在输料管中增加混凝土的湿度,采用水套管的特殊喷头,加强通风及个人防尘设施等。用水泥裹砂法喷射,可减少回弹和粉尘,已广泛用于地下工程和支护高边坡等工程。

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