湖北水利水电职业技术学院 教师授课教案 课程名称:水利水电工程施工技术 00年至200年第学期第40次课 授课班级:03级水工 编制日期 课题(章节):第十章隧洞工程10.3喷锚支护技术 10.4隧洞施工安全技术 传授主要知识点 锚杄支护、喷混凝土支护、隧洞施工安全技术 传授主要技能点 掌握隧洞锚杆支护的施工方法特点 了解隧洞施工安全技术措施 教学步骤安排:1、复习上节课内容 2、讲述喷锚支护技术 3、讲述隧洞施工安全技术 4、小结本次课内容 授课方式 课堂讲授 2、多媒体演示 3、介绍典型的施工实例 教学手段: 板书、多媒体、相关施工图片 作业布置情况 利用课后习题进行练习,巩固知识,补充习题 课后分析与小结 教师签名 页
教师签名： 第 1 页 湖北水利水电职业技术学院 教 师 授 课 教 案 课程名称：水利水电工程施工技术 200 年至 200 年第 学期第 40 次课 授课班级： 03 级水工 编制日期： 年 月 日 课题（章节）： 第十章 隧洞工程 10.3 喷锚支护技术 10.4 隧洞施工安全技术 传授主要知识点： 锚杆支护、 喷混凝土支护、隧洞施工安全技术 传授主要技能点： 掌握隧洞锚杆支护的施工方法特点 （2）掌握隧洞开挖方法。 了解隧洞施工安全技术措施 教学步骤安排： 1、复习上节课内容 2、讲述喷锚支护技术 3、讲述隧洞施工安全技术 4、小结本次课内容 授课方式： 1、课堂讲授 2、多媒体演示 3、介绍典型的施工实例 教学手段： 板书、多媒体、相关施工图片 作业布置情况： 利用课后习题进行练习，巩固知识，补充习题。 课后分析与小结：
第三节喷锚支护技术 喷锚支护是喷混凝土支护、锚杄支护及喷混凝土与锚杄、钢筋网联合支护的统称。它是地下工程支扩 的一种新型式,也是新奥地利隧洞工程法(简称新奥法)的主要支护措施。喷锚支护适用于不同地层条件 不同断面大小的地下洞室工程,既可用作临时支护也可用作永久性支护。 喷锚支护是在隧洞开挖后,及时在围岩表面喷射一层厚3-5cm的混凝土,必要时加上锚杆、钢筋网以 稳定围岩。这一层混凝土一般作为临时支护,以后再在其上加喷混凝土至设计厚度作为永久支护。这种施 工方法称为“新奥法”。 新奧法”所依据的理论与现浇混凝土支撑拱的理论显著不同。现浇混凝土衬砌的理论是把围岩当作 衬砌设计的主要荷载,而“新奥法”是在隧洞开挖后围岩产生大量变形以前在围岩石表面喷射一层混凝土, 以期达到以下目的:密封围岩、防止围岩风化:粘结和填充围岩裂隙,防止围岩松动:加固围岩,提高其 强度和整体性。新奥法的理论依据是通过对围岩的适时支护,来控制和调整围岩中的应力,防止围岩开挖 后产生过渡松动或坍塌,使围岩在与喷锚支护的共冋变形中取得稳定。新奥法把“围岩是结构的荷载”的 理论转化为“围岩是承载结构的重要组成部分”,围岩荷载由围岩与支护共同承担,从而减少衬砌的厚度。 从我国已建隧洞工程的实际来看,采用喷锚支护,可以减少衬砌工程量50%以上,节约水泥12~1/3,减 少劳动力和工程投资50%左右,缩短工期50%以上。喷锚支护,不需要安装模板,也不需要进行回填灌浆, 操作方便,施工安全 、锚杆支护 锚杆是为了加固围岩而锚固在岩体中的金属杆件。锚杆插入岩体后,将岩块串联起来,改善了围岩的 原有结构性质,使不稳定的围岩趋于稳定,锚杆与围岩共同承担山岩压力。锚杆支护是一种有效的内部加 固方式 1、锚杆的作用 (1)悬吊作用。即利用锚杆把不稳定的岩块固定在完整的岩体上,如图1126(a) (2)组合岩梁。将层理面近似水平的岩层用锚杆串联起来,形成一个巨型岩梁,以承受岩体荷载,如 图11-27(b)。 (3)承载岩拱。通过锚杆的加固作用,使隧洞顶部一定厚度内的缓倾角岩层形成承载岩拱。但在层理、 裂隙近似垂直,或在松散、破碎的岩层中,锚杆的作用将明显降低,如图11-27(c)。 中摔 岩拱 岩梁 (b) 锚杆的作用 ((a)悬吊作用;(b)组合岩染:(c)承载岩 图11-26 教师签名 第_2页
教师签名： 第 2 页 第三节 喷锚支护技术 喷锚支护是喷混凝土支护、锚杆支护及喷混凝土与锚杆、钢筋网联合支护的统称。它是地下工程支护 的一种新型式，也是新奥地利隧洞工程法（简称新奥法）的主要支护措施。喷锚支护适用于不同地层条件、 不同断面大小的地下洞室工程，既可用作临时支护也可用作永久性支护。 喷锚支护是在隧洞开挖后，及时在围岩表面喷射一层厚 3~5cm 的混凝土，必要时加上锚杆、钢筋网以 稳定围岩。这一层混凝土一般作为临时支护，以后再在其上加喷混凝土至设计厚度作为永久支护。这种施 工方法称为“新奥法”。 “新奥法”所依据的理论与现浇混凝土支撑拱的理论显著不同。现浇混凝土衬砌的理论是把围岩当作 衬砌设计的主要荷载，而“新奥法”是在隧洞开挖后围岩产生大量变形以前在围岩石表面喷射一层混凝土， 以期达到以下目的：密封围岩、防止围岩风化；粘结和填充围岩裂隙，防止围岩松动；加固围岩，提高其 强度和整体性。新奥法的理论依据是通过对围岩的适时支护，来控制和调整围岩中的应力，防止围岩开挖 后产生过渡松动或坍塌，使围岩在与喷锚支护的共同变形中取得稳定。新奥法把“围岩是结构的荷载”的 理论转化为“围岩是承载结构的重要组成部分”，围岩荷载由围岩与支护共同承担，从而减少衬砌的厚度。 从我国已建隧洞工程的实际来看，采用喷锚支护，可以减少衬砌工程量 50%以上，节约水泥 1/2~1/3，减 少劳动力和工程投资 50%左右，缩短工期 50%以上。喷锚支护，不需要安装模板，也不需要进行回填灌浆， 操作方便，施工安全。 一、锚杆支护 锚杆是为了加固围岩而锚固在岩体中的金属杆件。锚杆插入岩体后，将岩块串联起来，改善了围岩的 原有结构性质，使不稳定的围岩趋于稳定，锚杆与围岩共同承担山岩压力。锚杆支护是一种有效的内部加 固方式。 1、锚杆的作用 （1）悬吊作用。即利用锚杆把不稳定的岩块固定在完整的岩体上，如图 11-26（a）。 （2）组合岩梁。将层理面近似水平的岩层用锚杆串联起来，形成一个巨型岩梁，以承受岩体荷载，如 图 11-27（b）。 （3）承载岩拱。通过锚杆的加固作用，使隧洞顶部一定厚度内的缓倾角岩层形成承载岩拱。但在层理、 裂隙近似垂直，或在松散、破碎的岩层中，锚杆的作用将明显降低，如图 11-27（c）。 图 11-26
2、锚杆的分类 按锚固方式的不同可将锚杆分为:张力锚杆和砂浆锚杆两类。前者为集中锚固,后者为全长错固。 (1)张力锚杆 张力锚杄有楔缝式锚杄和胀圈式锚杄两种。楔缝式锚杄由楔块、锚栓、垫板和螺帽等四部分组成,如 图11-28(a)。锚栓的端部有一条楔缝,安装时将钢楔块少许楔入其内,将楔块连同锚栓一起插入钻孔, 再用铁锤冲击锚栓尾部,使楔块深入楔缝内,楔缝张开并挤压孔壁岩石,锚头便锚固在钻孔底部。然后在 锚栓尾部安上垫板并用螺帽拧紧,在锚栓内便形成了预应力,从而将附近的岩层压紧。 胀圈式锚杄的端部有四瓣胀圈和套在螺杆上的锥形螺帽,如图1-27(b)。安装时将其同时插入钻孔 因胀圈撑在孔壁上,锥形螺帽卡在胀圈内不能转动,当用扳手在孔外旋转锚杄时,螺杄就会向孔底移动, 锥形螺帽作冋上的相对移动,促使胀圈张开,压紧孔壁,锚固螺杆。锚杆上的凸头的作用是当锚杄插入钻 孔时,阻止锚杆下落。胀圈式锚杆除锚头外,其他部分均可回收 张力锚杆 ((a)楔缝式:(b)胀圈 式( 一楔块:2—锚栓 3—垫板:4、8-螺帽 5—锥形螺帽:6一胀圈 图11-2 (2)砂浆锚杆 在钻孔内先注入砂浆后插入锚杆,或先插锚杆后注砂浆,待砂浆凝结硬化后即形成砂浆锚杆,如图 11-28。因砂浆锚杄是通过水泥砂浆(或其他胶凝材料)在杄体和孔壁之间的摩擦力来进行锚固的,是全长 锚固,所以锚固力比张力锚杄大。砂浆还能防止锚杄锈蚀,延长锚杄寿命。这种锚杄多用作永久支护,而 张力锚杆多用作临时支护。 教师签名 页
教师签名： 第 3 页 2、锚杆的分类 按锚固方式的不同可将锚杆分为：张力锚杆和砂浆锚杆两类。前者为集中锚固，后者为全长锚固。 （1）张力锚杆 张力锚杆有楔缝式锚杆和胀圈式锚杆两种。楔缝式锚杆由楔块、锚栓、垫板和螺帽等四部分组成，如 图 11-28（a）。锚栓的端部有一条楔缝，安装时将钢楔块少许楔入其内，将楔块连同锚栓一起插入钻孔， 再用铁锤冲击锚栓尾部，使楔块深入楔缝内，楔缝张开并挤压孔壁岩石，锚头便锚固在钻孔底部。然后在 锚栓尾部安上垫板并用螺帽拧紧，在锚栓内便形成了预应力，从而将附近的岩层压紧。 胀圈式锚杆的端部有四瓣胀圈和套在螺杆上的锥形螺帽，如图 11-27（b）。安装时将其同时插入钻孔， 因胀圈撑在孔壁上，锥形螺帽卡在胀圈内不能转动，当用扳手在孔外旋转锚杆时，螺杆就会向孔底移动， 锥形螺帽作向上的相对移动，促使胀圈张开，压紧孔壁，锚固螺杆。锚杆上的凸头的作用是当锚杆插入钻 孔时，阻止锚杆下落。胀圈式锚杆除锚头外，其他部分均可回收。 图 11-27 （2）砂浆锚杆 在钻孔内先注入砂浆后插入锚杆，或先插锚杆后注砂浆，待砂浆凝结硬化后即形成砂浆锚杆，如图 11-28。因砂浆锚杆是通过水泥砂浆（或其他胶凝材料）在杆体和孔壁之间的摩擦力来进行锚固的，是全长 锚固，所以锚固力比张力锚杆大。砂浆还能防止锚杆锈蚀，延长锚杆寿命。这种锚杆多用作永久支护，而 张力锚杆多用作临时支护
中=12-14 钢筋砂浆锚杆 (单位 1—钻孔:2—钢筋:3—水泥砂浆 图11-28 10 风动压浆罐构造简图 1—贮气间2—气孔(10mn)3-装料口4一风管5—隔板 6—出料口7—支架8—注浆管9—进气口10输料软管 图11-29 先注砂浆后插锚杄的施工程序一般为:钻孔、清洗钻孔、压注砂浆和安插锚杆。钻孔时要控制孔位、 孔径、孔向、孔深符合设计要求。一般要求孔位误差不大于20cm,孔径比锚杆直径大10mm左右,孔深 误差不大于5cm。钻孔清洗要彻底,可用压气将孔内岩粉、积水冲洗干净,以保证砂浆与孔壁的粘结强 由于向钻孔内压注砂浆比较困难(当孔口向下时更困难),所以钢筋砂浆锚杆的砂浆常采用风动压浆 罐(图11-②9)灌注。灌浆时,先将砂浆装λ罐内,再将罐底岀料口的铁管与输料软管接上,打开进气阀, 使压缩空气进入罐内,在压气作用下,罐内砂浆即沿输料软管和注浆管压入钻孔内。为了保证压注质量, 注浆管必须插至孔底,确保孔内注浆饱满密实。注满砂浆的钻孔,应采取措施将孔口封堵,以免在插入锚 杆前砂浆流失 风动压浆罐的工作风压为0.5~06MPa:砂浆的配合比一般为04(水):1.0(水泥):0.5(细砂) 安装锚杆时,应将锚杄徐徐插入,以免砂浆被过量挤岀,造成孔内砂浆不密实而影响锚固力。锚杆插 到孔底后,应立即楔紧孔口,24h后才能拆除楔块 先设锚杆后注砂浆的施工工艺要求基本同上。注浆用真空压力法,如图11-30。注浆时,先启动真空 泵,通过端部包以棉布的抽气管抽气,然后由灰浆泵将砂浆压入孔内,一边抽气一边压注砂浆,砂浆注满 后,停止灰浆泵,而真空泵仍工作几分钟,以保证注浆的质量。 教师签名 第_4页
教师签名： 第 4 页 图 11-28 图 11-29 先注砂浆后插锚杆的施工程序一般为：钻孔、清洗钻孔、压注砂浆和安插锚杆。钻孔时要控制孔位、 孔径、孔向、孔深符合设计要求。一般要求孔位误差不大于 20cm ，孔径比锚杆直径大 10mm 左右，孔深 误差不大于 5cm 。钻孔清洗要彻底，可用压气将孔内岩粉、积水冲洗干净，以保证砂浆与孔壁的粘结强 度。 由于向钻孔内压注砂浆比较困难（当孔口向下时更困难），所以钢筋砂浆锚杆的砂浆常采用风动压浆 罐（图 11-29）灌注。灌浆时，先将砂浆装入罐内，再将罐底出料口的铁管与输料软管接上，打开进气阀， 使压缩空气进入罐内，在压气作用下，罐内砂浆即沿输料软管和注浆管压入钻孔内。为了保证压注质量， 注浆管必须插至孔底，确保孔内注浆饱满密实。注满砂浆的钻孔，应采取措施将孔口封堵，以免在插入锚 杆前砂浆流失。 风动压浆罐的工作风压为 0.5~0.6MPa；砂浆的配合比一般为 0.4（水）：1.0（水泥）：0.5（细砂）。 安装锚杆时，应将锚杆徐徐插入，以免砂浆被过量挤出，造成孔内砂浆不密实而影响锚固力。锚杆插 到孔底后，应立即楔紧孔口，24h 后才能拆除楔块。 先设锚杆后注砂浆的施工工艺要求基本同上。注浆用真空压力法，如图 11-30。注浆时，先启动真空 泵，通过端部包以棉布的抽气管抽气，然后由灰浆泵将砂浆压入孔内，一边抽气一边压注砂浆，砂浆注满 后，停止灰浆泵，而真空泵仍工作几分钟，以保证注浆的质量
50 真空压力灌浆布置图(单位:mm) 一锚杆2—砂浆3—布包4—橡皮塞5—垫板 6—抽气管7—真空泵8—螺帽9—套筒10灌浆管 11—关闭阀12—灌浆阀13-高压软管14灰浆泵 图11-30 3、锚杆的布置 锚杆的布置主要是确定锚杆的插入深度、间距及布置形式 锚杄的布置有局部锚杄和系统锚杄。局部锚杄主要是用来加固危石,防止掉块。系统锚杄主要用来提 高围岩的强度和整体性。锚杆的方向应尽量与岩体结构面垂直,当结构面不明显时,可与周边轮廓垂直。 圆断面隧洞可采用径向布置。锚杆在平面上的布置要求呈梅花形或方格形 锚杄的布置参数主要是通过工程类比和现场试验选择。系统锚杆,锚杆深入岩体深度一般为1.5~ 3.5m,但不一定要深入稳定岩层,当岩层破碎时,用短而密的系统锚杄,冋同样可取得较好的锚固效果。系 统锚杆间距为插入深度的1/2,但不得大于1.5m。局部锚杆,必须插入稳定岩体内,插入深度和间距根据 实际情况而定。大于5m的深孔锚杆应作专门设计 、喷混凝土支护 喷混凝土就是将水泥、砂、石等干料按一定比例拌和后装入喷射机中,再用压缩空气将混合料送到喷 嘴处与高压水混合,喷射到岩石表面,经凝结硬化而成的一种薄层支护结构。喷射到岩面上的混凝土,能 填充围岩的缝隙,将分离的岩面粘结成整体,提高围岩的强度,増强围岩抵抗位移和松动的能力,还能封 闭岩石,防止风化,缓和应力集中。 喷混凝土支护是一种不用模板就能成型的新型支护结构,具有生产效率髙,施工速度快,支护质量好 的优点。 1、原材料及配合比 喷混凝土原材料与普通混凝土基本相同,但在技术上有一些差别 水泥普通硅酸盐水泥,强度等级不低于32.5MPa,以利混凝土早期强度的快速增长。 砂子一般采用中砂或中、粗混合砂,平均粒径0.35~0.5mm。砂子过粗,容易产生回弹:过细,不仅 使水泥用量增加,而且还会引起混凝土的收缩,降低强度,还会在喷射中产生大量粉尘。砂子的含水量应 控制在4~6%之间。含水量过低,混合料在管路中容易分离而造成堵管:含水量过高,混合料有可能在喷 射罐中就已凝结,无法喷射 石子用卵石、碎石均可作为喷混凝土骨料。石料粒径为520mm,其中大于15πm的颗粒应控制在 20%以内,以减少回弹。石子的最大粒径不能超过管路直径的1/2。石料使用前应经过筛洗 水喷混凝土用水与一般混凝土对水的要求相同 速凝剂为了加快喷混凝土的凝结硬化速度,防止在喷射过程中坍落,减少回弹,增加喷射厚度,提 髙喷混凝土在潮湿地段的适应能力,一般要在喷混凝土中掺入水泥重量2-4%6的速凝剂。速凝剂应符合国 家标准,初凝时间不大于5min,终凝时间不大于10min 喷混凝士配合比应满足强度和工艺要求。水泥用量一般为375~400kg/m3,水泥与砂石的重量比一般为 :4~1:4.5,砂率为45-~55%,水灰比为04~05。 水灰比的控制,主要依靠操作人员喷射时对进水量的调节,在很大程度上取决于操作人员的经验。若 教师签名 第_5页
教师签名： 第 5 页 图 11-30 3、锚杆的布置 锚杆的布置主要是确定锚杆的插入深度、间距及布置形式。 锚杆的布置有局部锚杆和系统锚杆。局部锚杆主要是用来加固危石，防止掉块。系统锚杆主要用来提 高围岩的强度和整体性。锚杆的方向应尽量与岩体结构面垂直，当结构面不明显时，可与周边轮廓垂直。 圆断面隧洞可采用径向布置。锚杆在平面上的布置要求呈梅花形或方格形。 锚杆的布置参数主要是通过工程类比和现场试验选择。系统锚杆，锚杆深入岩体深度一般为 1.5～ 3.5m，但不一定要深入稳定岩层，当岩层破碎时，用短而密的系统锚杆，同样可取得较好的锚固效果。系 统锚杆间距为插入深度的 1/2，但不得大于 1.5m。局部锚杆，必须插入稳定岩体内，插入深度和间距根据 实际情况而定。大于 5m 的深孔锚杆应作专门设计。 二、喷混凝土支护 喷混凝土就是将水泥、砂、石等干料按一定比例拌和后装入喷射机中，再用压缩空气将混合料送到喷 嘴处与高压水混合，喷射到岩石表面，经凝结硬化而成的一种薄层支护结构。喷射到岩面上的混凝土，能 填充围岩的缝隙，将分离的岩面粘结成整体，提高围岩的强度，增强围岩抵抗位移和松动的能力，还能封 闭岩石，防止风化，缓和应力集中。 喷混凝土支护是一种不用模板就能成型的新型支护结构，具有生产效率高，施工速度快，支护质量好 的优点。 1、原材料及配合比 喷混凝土原材料与普通混凝土基本相同，但在技术上有一些差别。 水泥 普通硅酸盐水泥，强度等级不低于 32.5MPa，以利混凝土早期强度的快速增长。 砂子 一般采用中砂或中、粗混合砂，平均粒径 0.35~0.5mm。砂子过粗，容易产生回弹；过细，不仅 使水泥用量增加，而且还会引起混凝土的收缩，降低强度，还会在喷射中产生大量粉尘。砂子的含水量应 控制在 4~6%之间。含水量过低，混合料在管路中容易分离而造成堵管；含水量过高，混合料有可能在喷 射罐中就已凝结，无法喷射。 石子 用卵石、碎石均可作为喷混凝土骨料。石料粒径为 5~20mm，其中大于 15mm 的颗粒应控制在 20%以内，以减少回弹。石子的最大粒径不能超过管路直径的 1/2。石料使用前应经过筛洗。 水 喷混凝土用水与一般混凝土对水的要求相同。 速凝剂 为了加快喷混凝土的凝结硬化速度，防止在喷射过程中坍落，减少回弹，增加喷射厚度，提 高喷混凝土在潮湿地段的适应能力，一般要在喷混凝土中掺入水泥重量 2~4%的速凝剂。速凝剂应符合国 家标准，初凝时间不大于 5min，终凝时间不大于 10min。 喷混凝土配合比应满足强度和工艺要求。水泥用量一般为 375~400kg/m3 ,水泥与砂石的重量比一般为 1：4~1：4.5，砂率为 45~55%，水灰比为 0.4~0.5。 水灰比的控制，主要依靠操作人员喷射时对进水量的调节，在很大程度上取决于操作人员的经验。若