论公路隧道锚喷支护施工技术

摘要：目前公路隧道喷锚支护修建技术还处于积累经验阶段，还依赖于“经验类比，存在很多需要进一步研究的问题，如支护形式和时间的确定、施工控制、低温下喷混凝土的成型等，本文结合我国目前的隧道施工技术，主要介绍了新奥法的概念、支护与围岩共同受力分析。

主题词：隧道 喷锚支护 新奥法 施工 技术

一 锚喷支护的概述

喷混凝土是利用高压空气，将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机与高压水混合，喷射到岩面上，迅速凝结而成的。

锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式。可以根据不同围岩的稳定状况，采用锚喷支护中的一种或几种结构的组合。用机械方法加固隧道围岩，可设锚杆;张挂金属网，可提高喷混凝土支护层的抗拉能力、抗裂性、抗震性。

工程实践证明锚喷支护较传统的现浇混凝土衬砌优越，由于锚喷结构能及时支护，有效地控制围岩的变形，防止岩块坠落和坍塌的产生，充分发挥围岩的自承能力，所以锚喷结构比模注混凝土衬砌的受力更为合理。锚喷支护能大量节省混凝土等材料、、人力，加快施工进度，工程造价可降低40~50%，有利于施工机械化和改善劳动条件等。

锚喷支护是一种符合岩体力学原理的积极支护方法，具有良好的物理力学性能。它能及时支护和加固围岩，与围岩密贴，封闭岩体的张性裂隙和节理，加固围岩结构面，有效地发挥和利用岩块间的镶嵌、咬合和自锁作用，从而提高岩体自身的强度、自承能力和整体性。由于锚喷支护结构柔性好，所以它能同围岩共同变形，构成一个共同工作的承载体系。在变形过程中，它能调整围岩应力，抑制围岩变形的发展，避免岩体坍塌的产生，防止过大的松散压力出现。锚喷支护技术不再把围岩仅仅视作荷载(松散压力)，同时还把它视为承载结构的组成部分。锚喷支护结构承受荷载的性质也变为承受围岩的形变压力。

这样，从岩体力学观点出发，进行支护设计和施工时，把坑道周围岩体和各种支护结构作为一个完整支护体系的新的支护理论和方法，称为新奥法(New Austrian Tunnelling Method,简写为NATM)。

新奥法是奥地利学者L.V.Rebcewicz教授1948年提出来的，它的要点是：

1、围岩体和支护视作统一的承载结构体系，岩体是主要的承载单元;

2、允许围岩产生局部应力松驰，也允许作为承载环的支护结构有限制的变形;

3、通过试验，量测决定围岩体和支护结构的承载一变形一时间特性;

4、按“预计的”围岩局部应力松驰选择开挖方法和支护结构;

5、在施工中，通过对支护的量测、监视，修改设计，决定支护措施或第二次衬砌。

锚喷支护应配合光面爆破等控制爆破技术，使开挖断面轮廓平整、准确，便于锚喷成型，并减少回弹量;减加强爆破对围岩的松动破坏，维护围岩强度和自承能力，使其承受良好。

目前，锚喷支护的设计和施工，还处于积累经验阶段。设计和施工除了计算之外，还依赖于“经验类比”。还有很多需要进一步研究的问题，如支护结构设计理论;支护形式和时间的合理确定;施工控制;低温下喷混凝土的成型等问题。

另外，锚喷支护的使用也是有一定条件的，在围岩的自立能力差、有涌水及大面积淋水处，地层松软处就很难成型。

二 新奥法修建隧道的基本概念

一般在较好的围岩中，可将喷混凝土作为主要的支护手段;辅以锚杆加固，尤其是预应力锚杆作为主要岩体加固手段，并与喷混凝土、钢筋网喷混凝土或加筋拱的钢筋网喷混凝土配合使用。

新奥法不同于传统的开挖、支撑、模注衬砌的施工方法，它是将隧道全断面一次掘出，在开挖洞室的同时，尽可能迅速地观察围岩的位移和变形，并以及时的锚喷作为临时支护，称为“第一次衬砌”。它起到稳定围岩，控制围岩应力变形，防止松弛、坍塌和产生“松散应力”等作用。所谓“及时”，对差的围岩是指尽快，对好的围岩是指适时。凝结后即连续的对支护层的变形进行检测，在临时支护基础上逐步增加支护措施，把喷层加厚，或增设长锚杆、钢筋网等，待其基本稳定后，再加做模注混凝土“二次衬砌”，此时原来的临时支护(锚喷支护)成为永久衬砌的一个组成部分，而“二次衬砌”基本上不承载或承载很小的，主要是为了隧道结构物的安全、耐久、防水和装饰表面的需要。

由于新奥法在施工过程中要采用光面爆破、大断面开挖，或采用隧道掘进机开挖，所以要求对围岩扰动少;围岩与锚杆支护、模筑“二次衬砌”结合在一起，从根本上改善了支护结构的静力工作条件;通过锚杆支护保护和加固了围岩，提高了围岩的强度和稳定性，并给围岩以主动支护力，在与围岩共同承受共同变形中承受变形压力(而不是塌方荷载)，保持隧道的稳定性和安全，其中围岩自身成为“承载结构”的一个主要组成部分，而锚喷支护成为一种充分利用和加固围岩自身支撑能力，把围岩和支护结构组成一个统一结构工作体系的重要支护手段。

新奥法不单是一种施工方法，更不能认为采用喷锚支护就是新奥法。新奥法应该是抢修建隧道的指导原则和积极的思想。我们采用新奥法时，应掌握三个基本点。

1 围岩是隧道稳定的基本部分。支护是为了与围岩共同形成能自身稳定的“承载圈”或支撑单元。因此应尽量维护围岩体的强度性能，尽量采用控制爆破或无爆破开挖，尽量采用大断面或全断面掘进。

2 支护、衬砌要薄而具有柔性并与围岩蜜贴，使因产生弯矩而破坏的可能性达到最小。当需要增加支护衬砌强度时，宜采用锚杆、钢筋网，以至钢支护等加固;而不应大幅度增加喷层或衬砌厚度。

3设计施工中要正确地估计围岩的特性及其随时间的变化。而要进行必要的试验和测量，以确定围岩的分类、自稳时间和位移变形速率等参数，选择最适宜的支护措施和支护时间。

三新奥法中支护与围岩共同受力分析

在新奥法中，支护结构的设计原理是围岩体和柔性支护结构共同变形、破坏的弹、塑性理论。当坑道开挖后，将引起一定范围内的围岩应力重分布和局部地层残余应力的释放，在重新分布应力作用下，一定范围内的围岩产生位移，形成松弛，同时也恶化了围岩的物理力学性质，坑道围岩将在薄弱处产生局部破坏。局部破坏的扩大，造成整个坑道的坍塌。

为了分析在新奥法施工中支护与围岩共同作用的力学原理，假定如下;

1 围岩为均质的各向同性的连续弹塑性体，岩体在塑性变形、剪切破坏的极限平衡中仍表象有剩余强度。

2 隧道衬砌应力场为自重应力场，侧压力系数为1.。

3隧道的形状为圆形。

4隧道在一定的埋深条件下，将它看作无限体中的孔洞问题。

当隧道开挖后，围岩发生变形，当内缘的二次应力小于围岩强度时，洞室内是稳定的，当开挖后的二次应力超过围岩强度时，围岩就产生塑性变形和松弛，如不加以支护，坑道将会坍塌破坏。

对隧道围岩的变形、应力、周边位移、支护措施及其相互关系进行研究的目的是期望对新奥法中的支护原理的力学过程有一个定性的了解。由于篇幅较多，将在以后专门论述，这里不再多速。

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