文档介绍：新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
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新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
概述
1、支护结构理论的发展
⑴ 1920年以前的古典压力理论阶段：
● 特点：作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重上增加了支点，使隧道跨度减小，从而使顶板岩体应力减小。
③ 组合梁作用：在岩层中大入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力。
减跨作用
组合梁作用
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④ 挤压加固作用（整体加固作用）：预应力锚杆群锚入围岩后，其两端附近岩体形成圆锥形压缩区，按照一定间距排列的锚杆在预应力作用下构成一个均匀的压缩带，即承载环。压缩带中的岩体处于三向应力状态，显著提高围岩强度。
整体加固作用
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⑶ 锚杆的设计与计算
① 锚杆承载力计算
当块体危石坠落时，除使锚杆受拉外，还对锚杆产生剪切作用，如图所示，根据静力平衡及正弦定理有：
式中：N是锚杆所受拉力；Q是锚杆所受剪力；G是危石重量或一根锚杆承担的岩石重量；是锚杆与地质结构面的夹角；是锚杆与垂直线夹角。
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② 砂浆锚杆所需锚固长度
● 锚杆直径d：
以抗拉为例，锚杆直径可用下式计算：
式中：K是安全系数，可取2；Rg是锚杆抗拉强度；N是锚杆所受拉力；d是锚杆直径。
● 锚固深度L1：
根据锚杆抗拉强度与砂浆粘结力相等的等强度原则，可确定锚杆的锚固深度L1：
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其中：d是锚杆直径，螺纹钢筋；D是钻孔直径；k安全系数，3-5；是砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求大于30厘米；
● 锚杆长总度L：
式中：L1是锚固深度；L2为不稳定岩层厚度；L3是外露长度（约小于喷射混凝土厚度）；
⑶ 锚杆间距的确定：若等间距布置，每根锚杆所负担的岩体重量即为所受荷载。
其中，γ是岩体容重；b锚杆间距，一般L1>2b；k安全系数2-3。
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砂浆锚杆的承载力：
⑸ 加固裂隙围岩：若在隧道顶部出现裂隙，为防止进一步扩展危及顶部岩体稳定，可采用预应力锚杆加固。
⑷ 支护块状围岩：围岩塌落总是从危石开始，可能形成连锁反应。
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假设裂隙受到预加力T和水平方向压力P，则裂隙法向力和抗滑力分别为：
是裂隙面内摩察角，沿裂隙面的下滑力必须满足的条件：
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2、喷混凝土支护结构
喷射砼(干喷)是将水泥、砂子、石子、速凝剂按一定的比例均匀的搅拌后送入喷射机，借助压缩空气将干混合料通过管道压送到喷头与高压水混合，以很高的速度喷射到岩壁表面凝结而成的砼。它是通过局部稳定围岩和整体稳定围岩起支护作用。
⑴ 喷射砼的作用
① 充填裂隙加固围岩；
② 找平，封闭围岩表面防止风化；
③ 喷砼与围岩组成共同承载结构。
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⑵ 局部稳定原理
危石除用锚杆支护外，也可用喷射混凝土层支护。在危石重力作用下混凝土喷层可能出现冲切破坏和撕裂破坏。
① 抗冲切计算
喷层厚度必须满足：
其中：为喷射混凝土抗拉强度（理论上应是抗剪强度，因抗剪强度较大，计算不安全）；u为危石底面周长，k是安全系数3～5。
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② 抗撕裂计算
其中：是喷层和岩石之间的计算粘结强度。
为此，需求出危石自重作用下在喷层与岩石之间的拉应力q的大小，利用弹性半地基上的半无限长梁公式：；其中；K岩体弹性系数；E是混凝土弹性模量。当x=0端点时，有最大值：
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⑶ 整体稳定原理
喷混凝土层与围岩体表面紧密粘结、咬合、使洞室表面岩体形成较平顺的整体，依靠结合面处的抗拉、抗压、抗剪能力，与岩体密贴组成“组合结构”或“整体结构物”共同工作。
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3、锚喷联合支护
⑴、锚喷联合支护修建隧道的基本概念
锚杆是深层加固围岩，喷射混凝土是表层及局部加固围岩
锚喷支护不单纯是一种施工方法，而且是一种指导原则和思路
● 围岩是隧道稳定的基本部分，尽量维护围岩体的强度特性
● 支护结构要薄而具有柔性，并与围岩密贴，使因产生弯矩而破坏的可能性达到最小