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1、水利工程施工水利工程施工 课程主要内容 绪论 第一章 施工水流控制 第二章 工程爆破技术 第三章 地基处理技术 第四章 土石坝施工 第五章 混凝土坝施工 第六章 地下建筑工程施工 第七章 施工总组织 第六章 地下建筑工程施工 第一节 概述 第二节 地下工程施工程序 第三节 钻孔爆破法开挖 第四节 掘进机开挖 第五节 锚喷支护 第六节 衬砌施工 第七节 盾构施工技术 第八节 顶管法施工 第九节 塌方预防及处理 地下建筑工程的概念 地下建筑工程的分类 地下建筑工程施工的特点 什么是地下建筑工程？地下建筑工程有哪些分类？地下建筑工程施工的主要内容有哪些？地下建筑工程施工有什么特点？第一节 概述 一、
2、地下建筑工程的概念 高速铁路和高速公路的交通隧洞 地下发电厂房 引水隧洞 导流隧洞 泄洪隧洞 第一节 概述 抽水蓄能电站隧洞 第一节 概述 二、地下建筑工程的分类 水利水电工程中的地下建筑工程，按是否过水分为：过水地下建筑物和不过水地下建筑物两大类 过水地下建筑物主要包括：引水隧洞；导流隧洞；泄洪隧洞；排沙隧洞等 不过水地下建筑物物主要包括：交通运输隧洞；地下厂房；变压器室；母线室；地下洞库等 常见的型式：有平洞、斜洞、竖井和大型洞室 第一节 概述 三、地下建筑工程施工的主要内容 岩体开挖、出渣、临时支护、混凝土衬砌、洞室灌浆及质量检查等 同时，还需要妥善解决好施工动力供应、洞内外交通运输、通
3、风、散烟、除尘、排水和照明等辅助作业工作 第一节 概述 四、地下建筑工程施工的特点 不受气象条件影响 对地面的工作和活动产生的干扰很少 对地表环境保护有利 施工中气温一般温和而稳定，抗外界的噪音或震动的能力强 隐蔽性好、防护性强 场地狭小，施工工序多，组织不好则彼此干扰大 工程地质和水文地质条件复杂，对围岩安全稳定性要求严格 地下施工条件差，通风、采光、除尘等受到限制 第六章 地下建筑工程施工 第一节 概述 第二节 地下工程施工程序 第三节 钻孔爆破法开挖 第四节 掘进机开挖 第五节 锚喷支护 第六节 衬砌施工 第七节 盾构施工技术 第八节 顶管法施工 第九节 塌方预防及处理 一、平洞的施工程
4、序 二、竖井和斜洞的施工程序 三、地下厂房的施工程序 第二节 地下工程施工程序 一、平洞施工的程序 平洞施工的两个主要过程 开挖 衬砌 平洞施工程序的选择主要取决于 地质条件的好坏 断面尺寸大小 平洞轴线长短 设备能力 其他施工条件因素 同时要处理好如下关系 开挖与临时支护 开挖与衬砌或支护 在同一横断面上,应遵循先开挖后衬砌的顺序 第二节 地下工程施工程序(一)平洞施工工作面 maxl 一般情况,平洞开挖至少有进出口两个工作面 如工期紧迫，可考虑开挖施工支洞或竖井等增加工作面 工作面数目可以估算 T 平洞施工的限定工期，月 L 平洞全长，m N 工作面的数目 V 平洞施工综合进度指标,m/月
5、 施工支洞(或竖井)的最大长度(或高度)，m 施工支洞（或竖井）的综合进度指标，m/月 第二节 地下工程施工程序 TlNVLmax (二)平洞开挖方法 第二节 地下工程施工程序 开挖方法 钻孔爆破法 联合掘进机法 全断面开挖 导洞开挖 断面分部开挖 正台阶法 反台阶法 上导洞法 中导洞法 下导洞法 1.全断面开挖 概念：整个断面一次开挖成洞 适用条件 围岩坚固稳定 对应 f810 施工机械比较完善 有大型开挖衬砌设备 设备能力与断面大小相适应 平洞轴线不过长 优点 洞内工作面较大 施工组织比较容易安排 有利于提高施工速度 进展：目前国内外的全断面开挖高度一般为810m，主要由使用的多臂钻凿岩机
6、 或全断面掘进机的工作高度(直径)控制 第二节 地下工程施工程序 概念：在开挖断面上先开挖一个小断面的洞作为先导，然后再扩大挖出设计要求的 断面形状的开挖方式 特点：导洞断面较小，一般10m2左右,灵活性比断面分部开挖好，除具有分部开挖 的特点外，还可通过导洞的开挖，进一步探明地质情况，利用导洞解决排水 问题，导洞挖通后，还可改善洞内通风条件，并在扩大时增加爆破的临空面，提高爆破效果,节省炸药 开挖次序：导洞与扩大部分的开挖次序有2种 专进法：导洞贯通后再扩大 并进法：导洞掘进一定距离(一般为1015m)后，进行扩大部分开挖，而后导洞 与扩大同时并进 分类：上导洞、中导洞、下导洞 第二节 地下
7、工程施工程序(2)导洞法开挖 A.上导洞开挖：又称顶拱掘进 实例：紧水滩水电站右岸导流隧洞的开挖,导洞断面尺寸42.4m 适用条件 岩层比较破碎 地下水不严重 机械化程度不高 开挖顺序：先开挖顶部后开挖上部两侧 最后下部扩大施工 优点：支撑简便，在先衬砌顶拱时,施工比较安全，扩挖时钻孔比较方便 缺点：在导洞开挖与扩大开挖一前一后并进时,导洞 出渣需要作一次转运 第二节 地下工程施工程序 B.下导洞开挖（又称拱下掘进）适用条件 岩层比较稳固 地下水比较严重 断面不大 机械化程度不高 施工顺序：先开挖下部中间后开挖上部中间再开挖上部两侧最后下部两侧扩大施工 优点：导洞和扩大部分的出渣都比较方便，扩
8、挖时利用上部岩石自重可提高爆破效果、排水容易，施工速度较快 缺点：在扩挖时上部钻孔比较困难,遇不良地质时，施工不够安全 第二节 地下工程施工程序 C.中导洞开挖 适用条件：岩石坚硬、不需要临时支撑，断面直径5m，具有柱架式钻机,且有向 四周钻孔设备的条件 施工顺序：先开挖断面中间导洞然后用柱架式钻机向四周辐射钻孔全面扩大到 整个洞子 优点：施工速度快 第二节 地下工程施工程序 D.双导洞 双侧导洞 上下导洞 双侧导洞开挖 适用条件 岩层松散破碎 地下水严重 断面较大,需要边开挖边衬砌 开挖顺序：先开挖下部两侧然后中部两侧 再开挖顶部最后中间和中间底部 第二节 地下工程施工程序 适用条件 开挖顺
9、序：先下中部导洞两侧后拱顶导洞中部两侧再拱顶两侧然后中上层 中下层最后底部两侧 断面很大 地下水严重 缺少大型开挖机械 上导洞用于扩大开挖，下导洞用来出渣排水 第二节 地下工程施工程序 D.双导洞 双侧导洞 上下导洞 上下导洞开挖(3)断面分部开挖 概念：指将全部工作面分为几部分，在时间、空间上分别开挖，最后完成整个断面 的进尺开挖 适用条件：岩质较差、洞径过大的平洞开挖，隧洞高度大于8m、断面面积大于130m2 较常用 开挖方式：断面分层向前推进，上部超前掘进一般为 2.03.5m 优点：第二节 地下工程施工程序 不一定需要大型机械 能够适应地质条件的变化 可以根据需要确定衬砌支护顶拱的时间
10、 施工过程 正台阶法(自上而下)：通常顶部第一层最小高度不小于3m，超前掘进的距离2.03.5m。可用台阶钻上部炮孔无须搭设脚手架 第二节 地下工程施工程序 反台阶法(自下而上)特点:工作面较宽敞,排水条件好,施工布置较方便,可利用爆破料堆钻上部台阶钻孔,无须搭设或少搭设作业平台 适用条件：岩质较坚硬、完整的 地层中开挖隧洞，松软破碎的岩 层不用或慎用 注意事项：防止上部台阶崩落的 石渣堵塞下部已掘进的坑道 第二节 地下工程施工程序 施工过程(三)平洞的衬砌或支护 衬砌或支护的时机 平洞贯通后 平洞贯通前,边开挖边衬砌 衬砌或支护的部位 依据地质条件，有的部位需要喷，有的部位需要锚，有的部位既
11、要喷也得锚，有的部位不喷也不锚 衬砌或支护的顺序 自下而上 自上而下 第二节 地下工程施工程序 二、竖井和斜井的施工程序二、竖井和斜井的施工程序 1.竖井 一般水工建筑物的竖井均有水平通道相连，先开挖这些通道，为竖井施工创造条件。竖井施工有自上而下全断面和导井法两种(1)全断面法：适用于采用普通钻爆法开挖和断面较大的场合，施工程序较简单 (2)导井法：导井法施工是在竖井中部先开挖导井，断面一般为45m2，然后扩大开挖。扩大开挖的石渣经导井落入井底，由井底水平通道运出洞外 导井开挖可自上而下和自下而上开挖，前者常采用普通钻爆法和大钻机钻设；后者常用吊灌法，亦称吊蓝法 扩大开挖可以自上而下逐层下挖
12、，也可自下而上采用留渣作业。前者自竖井周边至导井口，应留有坡度，以便出渣，但要控制渣面高于导井井口，后者多用于围岩稳定性较好的小断面竖井 第二节 地下工程施工程序 第二节 地下工程施工程序 2.斜井 斜井指倾角648的斜洞 倾角小于6的洞室，其施工条件与平洞相近,可按平洞的方法施工 倾角大于48的洞室，施工条件与竖井相近，可按竖井的要求考虑 倾角在635的斜井，可用自上而下的全断面开挖方法，用卷扬机提升出渣，挖通后再进行衬砌 倾角在3548的斜井，可用自下而上挖导井，自上而下扩大的开挖方法，用重力溜渣，不能自动溜渣时，辅以电动扒渣机扒渣，以减轻出渣的劳动强度 第二节 地下工程施工程序 三、地下
13、厂房的施工程序 四川二滩水电站：断面面积1620m2,开挖尺寸280.29m25.5m65.58m 红水河龙滩水电站,地下厂房总长388.5m,厂房上部开挖跨度30.7m,下部开挖跨度28.9m,最大开挖高度87.3m 施工原则：变高洞为低洞，变大跨为小跨 施工方法：先拱后墙分层施工 先墙后拱预留核心岩柱 肋拱肋墙法施工 第二节 地下工程施工程序 第二节 地下工程施工程序 第二节 地下工程施工程序 第六章 地下建筑工程施工 第一节 概述 第二节 地下工程施工程序 第三节 钻孔爆破法开挖 第四节 掘进机开挖 第五节 锚喷支护 第六节 衬砌施工 第七节 盾构施工技术 第八节 顶管法施工 第九节 塌
14、方预防及处理 一、钻孔爆破法及主要工序 二、炮孔类型及作用 三、隧洞的钻爆参数设计 四、钻孔爆破法作业 五、地下工程施工的辅助作业 第三节 钻孔爆破法开挖 一、钻孔爆破法及施工程序 钻孔爆破法一直是地下建筑工程岩石开挖的主要施工方法 优点：对岩层地质条件适应性强、开挖成本低，尤其适合岩石坚硬、长度相对较短的洞室施工 主要工序：钻孔、装药、堵塞、起爆、通风、散烟、除尘、安全检查、支护和出渣等 从钻孔起到完成爆破出渣，通常称为一个作业循环 设计内容包括：炮孔布置（类型、数目、深度、直径及角度）；掏槽方式；单位耗药量及装药量；孔网参数及布孔图；排炮循环进尺；单孔及装药结构图；爆破器材、起爆方式、起爆
15、网络及其结构图；钻孔爆破工艺、技术要求；爆破安全技术措施；钻爆循环作业计划表等 第三节 钻孔爆破法开挖 二、炮孔类型及作用 分类 第三节 钻孔爆破法开挖 炮孔 掏槽孔 掘进孔 周边孔 楔形掏槽孔 锥形掏槽孔 斜孔掏槽 直孔掏槽 桶形掏槽 双螺旋形掏槽 龟裂掏槽 作用 掏槽孔：“拔心掏槽”为后爆的炮孔创造临空面 掘进孔：崩落岩体向前掘进 周边孔：保证开挖断面的形状和表面平整 第三节 钻孔爆破法开挖 垂直楔形掏槽 水平楔形掏槽 炮孔布置与起爆顺序 锥形掏槽 桶形直孔掏槽布置图 双螺旋直孔掏槽布置图 掏 槽 孔 形 式 与适用条件 第三节 钻孔爆破法开挖 三、隧洞的钻爆参数设计 炮孔数量 炮孔深度
16、炮孔直径 单位体积耗药量 每一循环总装药量 总装药量的分配 第三节 钻孔爆破法开挖 三、隧洞的钻爆参数设计 炮孔数量 影响因素：岩层性质、炸药性能、爆破时自由面状况、炮孔大小和深度、装药方式、工作面的形状和大小以及岩渣的块度等 炮孔数量：很难用理论计算确定，实际中常采用类比法或经验公式法，并结合具体工程进行现场试验，确定较为合理的炮孔数量和各种炮孔类型的炮孔间距 初步计算时，可应用装药量平衡原理计算炮孔数量，即炮孔数目正好能容纳该次爆破岩体所必须的炸药用量 第三节 钻孔爆破法开挖 三、隧洞的钻爆参数设计 炮孔数量 初步计算时，常用计算公式为：第三节 钻孔爆破法开挖 N 一次掘进循环中开挖面上的
17、炮孔总数 Q 一次爆破的炸药用量，kg L 炮孔深度，m 炸药的线装药密度，kg/m；可参考下表选取 D 药卷直径，cm 炸药密度，kg/m3 k 装药压紧系数，通常硝铵炸药，k=1.0，硝化甘油炸药，k=1.2 炮孔的装药影响系数，可参考下表选取 B 开挖断面宽度，m K 单位耗药量，kg/m3 S 开挖断面面积，m2 三、隧洞的钻爆参数设计 炮孔数量 初步计算公式：第三节 钻孔爆破法开挖 药卷直径（药卷直径（mmmm）3232 3535 3838 4040 4545 5050 0.78 0.96 1.10 1.25 1.59 1.90 围岩围岩类别类别 炮孔名称炮孔名称 、掏槽孔掏槽孔 0
18、.650.80 0.60 0.55 0.50 崩落孔崩落孔 0.550.70 0.50 0.45 0.40 周边孔周边孔 0.600.75 0.55 0.45 0.40 2号岩石氨梯炸药的线装药密度值 炮孔装药系数值 三、隧洞的钻爆参数设计 炮孔深度 炮孔深度：是指炮孔底至开挖面的垂直距离 炮孔深度选择：应根据开挖断面尺寸、岩层性质、掏槽形式、钻机形式和掘进循环作业时间进行 合理的炮孔深度有助于提高掘进速度和炮孔利用率 一般可根据经验和工程类比确定深度 对于大中断面水工隧洞的开挖，、类围岩，钻孔深度为34.5m；、类围岩，钻孔深度为23m；对于小断面隧洞，钻孔深度一般为1.22.1m 第三节
19、钻孔爆破法开挖 三、隧洞的钻爆参数设计 炮孔直径 炮孔深度：是指炮孔底至开挖面的垂直距离 炮孔深度选择：应根据开挖断面尺寸、岩层性质、掏槽形式、钻机形式和掘进循环作业时间进行 合理的炮孔深度有助于提高掘进速度和炮孔利用率 一般可根据经验和工程类比确定深度 对于大中断面水工隧洞的开挖，、类围岩，钻孔深度为34.5m；、类围岩，钻孔深度为23m；对于小断面隧洞，钻孔深度一般为1.22.1m 第三节 钻孔爆破法开挖 三、隧洞的钻爆参数设计 单位体积耗药量 影响因素：取决于岩性、断面大小、炮孔直径和炮孔深度等 目前尚无完善的理论计算方法。一般可根据工程类比进行初步估算 隧洞开挖爆破单位耗药量一般参考值
20、见下表 第三节 钻孔爆破法开挖 开挖断面面积（m2）围岩类型 开挖断面面积（m2）围岩类型 46 2.9 2.3 1.7 1.6 1315 2.1 1.7 1.4 1.2 79 2.5 2.0 1.6 1.3 1620 2.0 1.6 1.3 1.1 1012 2.25 1.8 1.5 1.2 4043 1.4 1.1 隧洞开挖爆破所需的单位耗药量q（kg/m3）参考值 三、隧洞的钻爆参数设计 一次循环的总装药量 应根据单位耗药量和一次掘进长度进行计算，计算公式为：第三节 钻孔爆破法开挖 Q 一次爆破循环的总装药量，kg S 开挖断面面积，m2 L 炮孔深度，m q 沿开挖面掘进一立方米所需药
21、量，kg/m3 炮孔利用率，一般为70%90%三、隧洞的钻爆参数设计 总装药量的分配 根据类比法或工程经验及各类炮孔的不同要求和用药平衡原则，将每一循环总的装药量Q 分配到各个炮孔中去，并在爆破开挖过程中加以检验和修正 掏槽孔装药量 第三节 钻孔爆破法开挖 NQqcut)25.115.1(Qcut 掏槽孔平均每孔装药量，kg/孔 Q 每排炮孔进尺的炸药量，kg N 开挖断面上总钻孔数 三、隧洞的钻爆参数设计 总装药量的分配 根据类比法或工程经验及各类炮孔的不同要求和用药平衡原则，将每一循环总的装药量Q 分配到各个炮孔中去，并在爆破开挖过程中加以检验和修正 周边孔装药量 第三节 钻孔爆破法开挖
22、qp 周边孔平均每孔装药量，Kg/孔 a 周边孔孔距，m W 周边孔最小抵抗线，m Lp 周边孔的孔深，m K 单位耗药量，kg/m3 KWLqpp)9.05.0(三、隧洞的钻爆参数设计 总装药量的分配 根据类比法或工程经验及各类炮孔的不同要求和用药平衡原则，将每一循环总的装药量Q 分配到各个炮孔中去，并在爆破开挖过程中加以检验和修正 崩落孔装药量 第三节 钻孔爆破法开挖 qn 崩落孔炸药用量，kg/孔 Ncut 掏槽孔数，Np 周边孔数 Nf 底板孔数 qf 底板孔装药量，kg/孔 )()(fpcutffppcutcutnNNNNNqNqNqQqNQqf)2.11.1(三、隧洞的钻爆参数设计
23、 总装药量的分配 掏槽孔爆破条件最差，作用最为重要，则分配药量较大，采用直孔掏槽时，掏槽孔可适当增加10%20%的装药量，以保证掏槽效果；崩落孔次之；周边孔最少。各类炮孔的装药量可根据下表中炮孔装药系数 进行分配 第三节 钻孔爆破法开挖 围岩围岩类别类别 炮孔名称炮孔名称 、掏槽孔掏槽孔 0.650.80 0.60 0.55 0.50 崩落孔崩落孔 0.550.70 0.50 0.45 0.40 周边孔周边孔 0.600.75 0.55 0.45 0.40 炮孔装药系数值 导向（激光设备）布孔（准确）钻孔（设备与效率）装药（炮孔质量、炸药种类、数量）堵塞（堵塞材料与长度控制）连线（网络类型与起
24、爆顺序）起爆（确认人员与设备安全撤离、准爆、无瞎炮、警报解除）通风、散烟（满足洞内环境卫生标准要求）安全检查与处理（危石检查与处理）出渣（加速施工进度环节）初期支护（避免围岩出现有害的松弛）四、钻孔爆破法作业 第三节 钻孔爆破法开挖 激光导向 作用：控制开挖轴线位置和开挖轮廓 安放位置：洞顶、洞腰 使用条件：直洞；转弯及洞口不适用 使用效果：300500m可一次完成导向，300m内导向误差小于2cm 第三节 钻孔爆破法开挖 四、钻孔爆破法作业 钻孔 按标出孔位进行 钻孔机械：凿岩台车有底盘、推进器、导轨、钻臂（38个）四部分 湿式凿岩（优点降尘、冷却、改善工作条件、提高工作效率）钻孔效率：孔径
25、（空孔50100mm，掘进孔和周边 孔4050mm）误差：周边孔5cm，掏槽孔和掘进孔10cm 第三节 钻孔爆破法开挖 四、钻孔爆破法作业 装药 对炸药的要求：有毒气体少、抗水，常用铵锑和乳化油炸药 药卷：周边孔小药卷，崩落孔和掏槽孔为标准药卷 雷管：延发雷管（豪秒和秒）1020几个梯段 起爆：常用导爆管 第三节 钻孔爆破法开挖 四、钻孔爆破法作业 爆破 连线 安全起爆：工作面的人员、机械、设备撤离；引爆整个网路；同时引爆，延时起爆 起爆顺序：掏槽崩落周边 周边孔“光面爆破”超、欠挖量15cm；残孔率5080%，均匀；前后两茬面平整 检查、瞎炮处理：撬挖 第三节 钻孔爆破法开挖 四、钻孔爆破法
26、作业 出渣 时间（1/21/3）循环 运输侧向装载机+自卸汽车 倒车汽车转向盘 堆渣靠近出口，二次导渣 第三节 钻孔爆破法开挖 四、钻孔爆破法作业 第三节 钻孔爆破法开挖 五、地下工程施工的辅助作业(一）辅助作业的内容 通风、散烟、除尘、排水、照明和风、水、电供应等(二）通风、散烟及除尘 卫生标准：洞室通风以后的空气质量应符合洞内作业卫生标准要求 第三节 钻孔爆破法开挖 五、地下工程施工的辅助作业(二）通风、散烟及除尘 通风方式（a）压入式通风（b）吸出式通风（c）混合式通风 风管式通风示意图 通风方式 自然通风 机械通风 压入式 吸出式 混合式 优点：施工人员比较集中的工作面附近 能很快获得
27、新鲜空气 缺点：污浊空气容易扩散到整个洞室 优点：工作面的污浊空气能在较短时间 内经由管路吸出，避免了沿整个 洞室流通扩散 缺点：新鲜空气流到工作面较慢且易遭 污染 充分发挥各自的优点 适用：竖井、斜洞和短洞 开挖 适用：小断面长洞开挖 适用：大断面长洞开挖 第三节 钻孔爆破法开挖 通风量计算 根据下列三种情况分别计算，取其中最大者，并根据通风方式和长度考虑漏风增加值，漏风系数一般取1.21.5 施工人员所需的通风量 mqQ Q 通风量m3/min；m 同时在洞内工作的最多人数；q 每人所需的通风量，取q=3m3/min 洞内使用柴油机械施工时的通风量，按每马力3m3/min风量，并与同时工作
28、人员所需风量相加计算 第三节 钻孔爆破法开挖 冲淡有害气体的通风量 AtABtABQ105%)02.01000(A 工作面上同时爆破的最大炸药量，kg B 每千克炸药产生的一氧化碳气体量，按B=40L/kg计算 t 通风时间，按20min计 1000 1m3=1000L 0.02%爆破后连续通风使co浓度降低至0.02%时，施工人员可进入工作面工作面 开挖过程中如有其他有害气体，应将其冲淡至卫生标准表中规定的浓度 通风量计算 计算的通风量应按最大、最小允许风速和洞室温度所需的风速进行校核 第三节 钻孔爆破法开挖 通风设备 风机：风机按其构造分为离心式和轴流式。目前，主要采用轴流式风机 风管：风
29、管主要有软风管和硬风管 第三节 钻孔爆破法开挖（三）风、水、电供应及排水 输送到工作面的压缩空气，不仅风量要充足，而且风压不应低于0.5MPa 施工用水的数量、质量和压力，应满足钻孔、喷水、喷锚作业、混凝土衬砌、灌浆、消防和生活等方面的要求 洞内的供电线路，宜按动力、照明、电力起爆的不同要求，分开架设，并注意防水和绝缘的要求，洞内照明，应采用36v或24v的低压电，保证洞室沿线和工作面的照明亮度 洞内的排水系统必须畅通，保证工作面和路面没有积水 第三节 钻孔爆破法开挖（四）其它工作 道路：平坦、宽阔 磷光背心 防尘罩、耳塞 重要、大型设备的报警灯 第三节 钻孔爆破法开挖 第六章 地下建筑工程施
30、工 第一节 概述 第二节 地下工程施工程序 第三节 钻孔爆破法开挖 第四节 掘进机开挖 第五节 锚喷支护 第六节 衬砌施工 第七节 盾构施工技术 第八节 顶管法施工 第九节 塌方预防及处理 一、锚喷支护的概念与优势 二、锚喷支护与新奥法原理 三、围岩破坏形态 四、锚杆支护 五、喷混凝土施工 第五节 喷锚支护 喷锚支护是地下工程施工中对围岩进行保护与加固的主要技术措施 喷锚支护是喷混凝土支护、锚杆支护、喷混凝土锚杆支护、喷混凝土锚杆钢筋网 支护和喷混凝土锚杆钢拱架支护等不同支护型式的统称 适用条件：不同地层、不同断面大小、不同用途的地下洞室 在DL/T5099-2011水工建筑物地下开挖工程施工
31、技术规范中，明确规定了要 优先采用锚喷支护 喷锚支护可在洞室开挖后,紧随开挖面适时喷上一层混凝土(35cm)，必要时加 设锚杆以稳定岩体，作为临时支撑，以后再加喷混凝土至设计厚度 喷锚支护可用作临时支护也可用作永久性支护结构 第五节 喷锚支护 一、锚喷支护的概念与优势 喷锚支护具有显著的技术经济优势，较传统的模注混凝土衬砌，混凝土用量减少 50%，用于支承及模板的材料可全部节省，出渣量减少15%25%，劳动力节省50%，造价降低50%左右，施工速度加快一倍以上 喷锚支护因其良好的力学性能与工作特性，对围岩的支护更合理更有效 第五节 喷锚支护 一、锚喷支护的概念与优势 第五节 喷锚支护 二、锚喷
32、支护与新奥法原理 喷锚支护的原理：把岩体视为具有粘性、弹性、塑性等物理性质的连续介质，同时利用岩体中开挖洞室后产生变形的时间效应的动态特性，适时支护，使支护结构与围岩紧密粘结成整体，以期能对围岩变形起抑制作用，又可与围岩同步受力变形来加固和保护岩体，发挥围岩的自承能力,增加围岩的稳定性 喷锚支护是“新奥法”的三大支柱之一 新奥法的核心思想是“在充分考虑围岩自身承载能力的基础上，因地制宜地搞好地下洞室的开挖与支护”作为一个完整的概念,它强调：光面爆破（或对围岩破坏最小的其它开挖方法）锚喷支护和施工过程中的围岩稳定状况监测 适时支护 适时支护：就是指支护的时机合适 过早了，支护结构要承担围岩向洞室
33、临空面变形而产生的变形压力，不经济 过迟了，围岩因过度松弛而使其强度大幅下降，甚至导致洞室破坏，不安全 喷锚支护的正确运用，必须特别重视以下四者的关系 支护结构 支护构筑时机 围岩应力状况 围岩变形过程 第五节 喷锚支护 二、锚喷支护与新奥法原理 适时支护 第五节 喷锚支护 一、锚喷支护与新奥法原理 新奥法施工中，喷锚支护的一般分两期进行 初期支护，在洞室开挖后，适时采用薄层的喷混凝土支护,建立起一个柔性的“外层支护”，必要时可以加锚杆或钢筋网、钢拱架等措施，同时通过量测手段，随时掌握围岩的变形与应力情况 二期支护，待初凝支护后且围岩变形达到基本稳定时，进行二期支护，如复喷混凝土、锚杆加密，也
34、可采用模柱混凝土，进一步提高其耐久性、防水性、安全系数及表面平整度 第五节 喷锚支护 二、锚喷支护与新奥法原理 喷锚支护与现浇混凝土衬砌的区别 理论上，现浇混凝土衬砌认为洞室的衬砌完全承担洞壁松塌的岩体。且认为围岩的松塌是不可避免的 经济上，现浇混凝土衬砌刚性较大、混凝土厚，经济效果劣于喷锚支护 施工上，现浇混凝土衬砌工程量大，施工速度较喷锚支护慢 三、围岩破坏形态 围岩破坏的形态：局部破坏和整体破坏两大类 局部性破坏 局部性破坏的表现形式：包括开裂、错动、崩塌等，多发生在受到地质结构面切割的坚硬岩体中 这种破坏，有时是非扩展性的，即到一定限度不再发展；有时是扩展性的，即个别岩块首先塌落，然后
35、由此引起连锁反应而导致邻近较大范围甚至是整个断面的坍塌 处理方法：只要在可能出现破坏的部位对围岩进行支护就可有效地维持洞体的稳定。实践证明，锚喷支护是处理局部性破坏的一种简易而有效的手段 第五节 喷锚支护 三、围岩破坏形态 围岩破坏的形态：局部破坏和整体破坏两大类 整体性破坏 整体性破坏也称强度破坏，是大范围内岩体应力超限所引起的一种破坏现象 常见的形式：压剪破坏，多发生在围岩应力大于岩体强度的场合，表现为大范围塌落、边墙挤出、底鼓、断面大幅度缩小等破坏形式 出现应力超限后，再任围岩变形自由发展，将导致岩体强度大幅度下降 第五节 喷锚支护 三、围岩破坏形态 围岩破坏的形态：局部破坏和整体破坏两
36、大类 整体性破坏 处理方法：应采取整体性加固措施，对隧洞整个断面进行支护，而且某些部位的加固措施还要到达稳定岩层的一定深度 常采用初复式喷混凝土与系统锚杆支护相结合的方法，这样不仅能够加固围岩，而且可以调整围岩的受力分布。另外，喷混凝土锚杆钢筋网支护和喷混凝土锚杆钢拱架支护等不同支护复合型式，对处理整体性破坏也有很好的效果 第五节 喷锚支护 三、围岩破坏形态 围岩破坏的形态：局部破坏和整体破坏两大类 整体性破坏 由于围岩状况的复杂性及锚喷支护理论尚处在发展中，对于具体的地下洞室支护结构型式选择与参数设计，目前一般多采用工程类比和现场测试相结合的方法 根据大量工程实践的分析与总结，不同类别围岩条
37、件下建议的支护类型与设计参数，可参见水利工程施工教材中的相关介绍 第五节 喷锚支护 四、锚杆支护 锚杆：是用金属（主要是钢材）或其它高抗拉性能材料制作的杆状构件。锚固在岩体中的锚杆，插入岩体后与围岩共同工作提高了围岩的自稳能力 锚杆的分类 按锚杆的作用原理划分主要有：全粘结式锚杆、端头锚固式锚杆、摩擦式锚杆、预应力式锚杆和混合式锚杆 锚杆的类型及其原理，可参见水利工程施工教材中的相关介绍 随着我国基本建设速度的加快，有许多大跨度、大断面的地下洞室在十分复杂岩体中修建，对锚杆材料及锚固介质有更高的要求 第五节 喷锚支护 四、锚杆支护 锚杆的施工工艺 锚杆类型不同施工方法也不同，有的锚杆施工还有一
38、些特殊的技术要求，其锚固岩体的工作原理也不完全相同 锚杆施工的基本要求是能遵循各类锚杆的工作原理，充分发挥其性能特点，保证锚杆设计锚固力 水泥砂浆锚杆的施工方法，可参见水利工程施工教材中的相关介绍 第五节 喷锚支护 四、锚杆支护 锚杆的布置 锚杆的安装方向：在有明显节理的岩层里，应尽可能地垂直于节理面；如节理面不明显，则应垂直于洞壁表面 根据围岩变形与破坏的特性，从发挥锚杆不同作用的角度考虑，锚杆在洞室的布置有局部锚杆和系统锚杆 第五节 喷锚支护 四、锚杆支护 锚杆的布置 局部锚杆 局部锚杆：为了防止岩体失稳，在局部岩面上布设的锚杆。局部锚杆嵌入岩层，把可能塌落的岩块栓定在内部稳定的岩体上，起
39、到悬吊作用保证洞顶围岩的稳定 如按悬吊作用考虑，楔缝式锚杆的有效长度应使锚头穿过可能松动坍落的岩层，锚固在稳定的岩层中，锚入稳定围岩的长度一般为4050倍锚杆直径，局部加固锚杆的孔轴方向一般与可能滑动方向相反，并与可能滑动面的倾向约成45的夹角 第五节 喷锚支护 四、锚杆支护 锚杆的布置 局部锚杆 锚杆参数按悬吊理论计算，悬吊理论认为不稳定岩体的重量应全部由锚杆承担 第五节 喷锚支护 VgR4dng2 n 锚杆根数 D 锚杆的计算直径，cm Rg 锚杆的设计抗拉强度，N/cm2 危岩密度，kg/m3 V 危岩的体积，m3 G 重力加速度，m/s2 四、锚杆支护 锚杆的布置 局部锚杆 锚杆参数按
40、悬吊理论计算，悬吊理论认为不稳定岩体的重量应全部由锚杆承担 第五节 喷锚支护 锚杆总长L：L=L1+L2+L3 L1锚杆锚入稳定岩体的深度，m 砂浆与锚杆的粘结强度N/cm2 L2锚杆穿过危岩的长度，m L3锚杆外露长，一般取515cm 41gdRL 四、锚杆支护 锚杆的布置 系统锚杆 系统锚杆：根据岩体整体稳定要求，在岩面上按一定规律布设的锚杆。系统锚杆将裂隙发育的岩体串联在一起，阻止了岩块沿裂隙滑移，保持了裂隙间的挤压结合，形成拱形的连续压缩带，构成一个承受山岩压力的岩石承重拱 系统锚杆不一定要求达到不松动的围岩。锚杆长度可采用节理岩块厚度的3倍，使锚杆锚固到头两层之后的节理岩块上，将一组
41、组岩块构成整体结构。当围岩破碎时，用短而密的系统锚杆同样可以取得较好的锚固效果 第五节 喷锚支护 四、锚杆支护 锚杆的布置 系统锚杆 系统锚杆的孔轴方向一般应垂直于开挖轮廓线 锚杆间距应小于平均裂隙间距的3倍，锚杆间距也不宜大于其锚固深度的1/2 一般呈梅花形均匀交错布置，横向（垂直于洞轴）间距可较纵向（顺洞轴）间距略密些 第五节 喷锚支护 高边坡锚杆 锚杆台车 第五节 喷锚支护 四、锚杆支护 五、喷混凝土施工 喷混凝土是将水泥、砂、石等集料，按一定配合比拌和后,装入喷射机中，用压缩空气将混合料压送喷头处，与水混合后高速喷到作业面上，快速凝固成薄层支护结构 喷混凝土是一种高效、早强、经济的支护
42、结构 喷混凝土的作用 在凝固初期，有一定强度和柔性，能适应围岩的松弛变形，减少围岩的变形压力 喷混凝土与围岩表面有一定的粘结力 能充填围岩的缝隙，提高围岩的自身强度 能封闭围岩防止风化，缓和应力集中 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 喷混凝土的材料 喷混凝土的原材料与普通混凝土基本相同，但在技术要求上有一定的差别 水泥。应优先选用标号不低于C45的普通硅酸盐水泥 砂子。一般采用坚硬洁净的中、粗砂，平均粒径0.350.5cm。砂子的含水率对喷射工艺有很大影响。工程实践证明中砂或中粗砂的含水率以4%6%为宜。石料。碎石、卵石都可以用作喷混凝土的粗骨料。石料粒径为5 20mm，其中直径大于15mm
43、的颗粒宜控制在20%以下。石料使用前应经过筛洗 水。与一般混凝土对水的要求相同 速凝剂。需在喷混凝土中掺加速凝剂。速凝剂应符合国家标准，其初凝时间不大于5min，终凝时间不大于10min 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 喷混凝土的配合比 喷射混凝土的配合比应满足混凝土强度和喷射工艺的要求，可按类比法选择后通过实验确定 采用一般施工工艺时，水泥与砂石质量比为1:3.51:4.5；砂率为35%55%；水灰比为0.350.5；速凝剂掺量为水泥质量的2%4%采用水泥裹砂时，水泥：硅粉：砂：卵石：水=1:0.09:3.29:2.24:0.57 采用双裹湿喷时，水泥：硅粉：砂：卵石：水=1:0.11：
44、3.55:2.28:0.58 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 喷混凝土的施工工艺 喷混凝土的施工方法：主要有干喷法、湿喷法和水泥裹砂法等 干喷法 方法：干喷时将水泥、砂、石和速凝剂加微量水干拌后用压缩空气输送到喷嘴处，再与适量水混合，喷射到岩石表面 优点：便于调节加水量，控制水灰比 缺点：喷射时粉尘较大 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 喷混凝土的施工工艺 喷混凝土的施工方法：主要有干喷法、湿喷法和水泥裹砂法等 湿喷法 方法：湿喷时将集料和水拌均以后送到喷嘴处，再添加液体速凝剂，并用压缩空气 补给能量进行喷射 优点：改善了干喷法粉尘较大的缺点 缺点：对喷射机械要求较高，机械清洗和故障处理
45、较麻烦 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 喷混凝土的施工工艺 喷混凝土的施工方法：主要有干喷法、湿喷法和水泥裹砂法等 水泥裹砂法(又称半湿喷或混合喷射法)方法：先将一部分砂加第一次水拌湿，再投入全部水泥预制搅拌，然后加第二次水和 减水剂拌和成SEC砂浆，同时将另一部分砂和石强制搅拌均匀。然后分别用砂浆 泵和干式喷射机压送到混合管后喷出 优点：由于分次投料搅拌，混凝土的质量较干喷时要好，粉尘和回弹率也有大幅度降低 缺点:机械数量较多，工艺较复杂，机械清洗和故障处理很麻烦。尤其是水泥裹砂造壳 技术的质量直接影响到喷射混凝土的质量，施工技术要求高 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 喷混凝土的施工
46、工艺 第五节 喷锚支护 水泥裹砂法 湿喷法 干喷法 五、喷混凝土施工 喷射混凝土机械设备 喷射机。是喷混凝土的主要设备，有干式喷射机和湿式喷射机两种 干式喷射机有双罐式、转体式和转盘式 湿式喷射机有挤压泵式、转体活塞式和螺杆泵式 泵式喷射机要求混凝土具有较大的流动性和大于70%的含砂率，机械构造较为复杂，清洗和故障处理麻烦，机械使用费用较高 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 喷射混凝土机械设备 机械手。喷头的喷射方向和距离的控制，可采用人工控制或机械手控制 人工控制虽然可以近距离随时观察喷射情况，但劳动强度大，粉尘危害大，易危及人身安全，现场只用于解决少量和局部的喷射工作 机械手控制可避免以
47、上缺点，喷射灵活方便，工作范围大，效率高 其他。喷射混凝土的拌制是用强制式搅拌机，喷射时的风压为0.10.15MPa，水压应稍高于风压。湿式喷射时，风压和水压均较干喷时高。输料管在使用过程中应转向，以减少管道磨损 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 喷射混凝土机械设备 第五节 喷锚支护 1-料斗；2-上钟形阀门；3-上罐；4-下钟形阀门；5-下罐；6-上密封圈；7-减速器；8-主风管；9-油水分离器；10-安全阀；11-供风管；12-旋塞阀；13-吹料管；14-助吹管；15-辅助通风管；16-喷出弯管；17-排气阀；18-输料管；19-喷枪；20-电动机；21-皮带机；22-车架；23-车轮
48、双罐式混凝土喷射机 五、喷混凝土施工 喷射混凝土机械设备 第五节 喷锚支护 转盘式混凝土喷射机 1-电机；2-减速箱；3-行走部分；4-平面轴承；5-旋转体；6-旋转板；7-上座体；8-配料盘；9-定量板；10-搅拌器；11-气路系统；12-出料弯头；13-结合板；14-下座体；15-喷射系统 五、喷混凝土施工 喷射混凝土机械设备 第五节 喷锚支护 喷混凝土液压机械手 1-液压系统；2-风水系统；3-转柱；4-支柱油缸；5-车架；6-大臂；7-拉杆；8-翻转油缸；9-伸缩油缸；10-摆角油缸；11-回转器；12-联轴器；13-导向支承柱；14-卡轨器；15-探照灯 五、喷混凝土施工 施工参数
49、风压 工作风压指喷射机正常作业时喷射机工作室内的压力，一般为0.2MPa 风压过大，喷射速度高，混凝土回弹量大，粉尘多（干喷法），水泥耗量大 风压过小，则混凝土不易密实，易发生堵塞 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 施工参数 水压 喷头处水压必须大于该处风压0.10.15MPa，并要求水压稳定，保证喷射水具有较强的穿透集料的能力，掺和均匀 水压不足时，可设专用水箱，用压缩空气加压，以保证集料能充分湿润 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 施工参数 喷射角度和方向 喷射角度指喷射方向与受喷面之夹角，一般垂直较好，偏角宜控制在20以内，利用喷射料束抑阻集料的回弹，以减少回弹量 喷射方向随洞室壁面
50、部位改变，侧壁与顶拱喷射时，回弹率明显不同，侧壁喷射回弹率约15%20%，顶拱喷射时则可达30%40%，施工中，应调整各种参数，尽量减少回弹损失 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 施工参数 喷射距离 喷嘴至受喷面的最佳距离是根据回弹小，混凝土强度大的原则来确定的 据实验，当喷射距离为1.0m左右时，对于提高喷射质量、减少集料回弹的效果都比较理想 第五节 喷锚支护 五、喷混凝土施工 施工参数 一次喷射厚度和间歇时间 当喷混凝土设计厚度大于10cm时，一般应分层喷射 一次喷射厚度，边墙控制在610cm，顶拱36cm，局部超挖处可稍厚23cm，掺速凝剂时可厚些，不掺时应薄些 分层喷射时层间的间歇时