GB50086—2001锚杆喷射混凝土支护技术规范设计-..doc

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1、|中华人民共和国国家标准锚杆喷射混凝土支护技术规范GB500862001条文说明|目 次1 总 则 .33 围岩分级 .44 锚喷支护设计 .84.1 一般规定 .84.2 锚杆支护设计 .124.3 喷射混凝土支护设计 .155 现场监控量测 .265.1 一般规定 .265.2 现场监控量测的内容与方法 .265.3 现场监控量测的数据处理与反馈 .276 光面爆破 .297 锚杆施工 .317.1 一般规定 .317.2 全长粘结型锚杆施工 .327.3 端头锚固型锚杆施工 .327.4 摩擦型锚杆施工 .337.5 预应力锚杆施工 .347.6 预应力锚杆的试验和监测 .358 喷射混

2、凝土施工 .368.1 原材料 .368.2 施工机具 .368.3 混合料的配合比与拌制 .378.4 喷射前的准备工作 .388.5 喷射作业 .398.6 钢纤维喷射混凝土施工 .418.7 钢筋网喷射混凝土施工 .428.8 钢架喷射混凝土施工 .428.9 水泥裹砂喷射混凝土施工 .438.10 喷射混凝土强度质量的控制 .449 安全技术与防尘 .479.1 安全技术 .479.2 防尘 .4810 质量检查与工程验收 .4910.1 质量检查 .4910.2 工程验收 .51|1 总 则1.0.1、1.0.2 锚杆喷射混凝土支护（简称锚喷支护）已在国内地下工程中获得广泛应用，并收

3、到了明显的技术经济效果。但是，由于国内没有一本完整的、统一的技术规范，锚喷支护工程设计保守，不适当地增加工程投资及设计、施工不当，工程质量低劣，危及安全使用的现象不乏其例，甚至出现隧洞工程片帮、冒顶，造成国家财产严重损失的事例也时有发生。制订本规范，是为了使锚喷支护的设计、施工和验收有一个全国统一的标准，符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，更好地推动地下工程建设的发展。本规范主要适用于矿山巷道、竖井、斜井、铁路隧道、公路隧道、城市地铁、水工隧洞及各类地下工程的锚杆喷射混凝土初期支护和后期支护。也适用于边坡工程的锚杆喷射混凝土支护的施工。1.0.3 锚杆喷射混凝土支护与传统支护不同

4、，其主要作用在于主动加固围岩，发挥围岩的自支承能力。因此，锚喷支护的设计和施工，必须正确有效地运用锚喷支护的特性，遵循一整套与传统支护不同的原则。做好工程的地质勘察工作，是锚喷支护设计施工的一条总原则。勘察可以为锚喷支护的设计、施工提供依据。加强施工过程中的地质调查，能为修改设计和指导施工提供信息。由于地下工程和矿山井巷所通过的围岩地质条件错综复杂，正确的设计和合理的施工方法，必须根据当地的地质条件和工程要求来确定。因此，锚喷支护必须遵循因地制宜的原则，以达到经济合理和安全可靠的目的。1.0.4 锚喷支护是一门综合性、多科性和边缘性强的工程技术，涉及到地质勘察、岩土力学混凝土材料，钢筋混凝土结

5、构的设计施工、地下工程防排水等技术领域，本规范不可能、也无必要包含锚喷支护工程设计施工可能涉及的所有技术规定。因此，本条规定除遵守本规范外，尚应符合现行有关国家标准的规定。|3 围岩分级3.0.1、3.0.2 说明如下：1 围岩分级的依据和适用范围。1）围岩分级的依据和适用范围。本规范的围岩分级是以锚杆喷射混凝土支护技术规范GBJ86 中的围岩分级为基础，并吸取了工程岩体分级标准GB50218 的有关内容制订的，适用于隧道与地下工程锚喷支护设计与施工。2）围岩等级划分。本规范把围岩分为级，分别表示围岩为稳定、稳定性较好、中等稳定、稳定性差和不稳定五种状态。分级表中前三级基本上是整体稳定的围岩，

6、围岩破坏形式主要是局部块体、层状体的塌落和片帮，产生的围岩压力主要是松动压力。后两级围岩则是整体不稳定的松散软弱围岩，大都会出现塑性状态，产生的围岩压力主要是形变压力。本规范围岩分级采用了多因素定性和定量指标相结合的分级方法。虽然围岩分级（本规范表 3.0.2）中没有给出以岩体完整性系数与岩石单轴抗压强度的乘积为主要特征的岩体质量系数，但由于表 3.0.2 中给出了岩石单轴抗压强度和岩体完整性指标，所以，实际上也等于给出了岩体质量系数，并基本上以此作为分级的主要定量指标。本规范的围岩分级中，考虑了岩体的完整性、结构面性状、岩石强度、地下水和地应力状况等自然地质因素。在定性方面考虑了岩体完整性状

7、态，定量方面则增添了岩体声波指标和岩体完整性系数。2 围岩分级基本因素的考虑。1）围岩完整性。岩体完整性是影响围岩稳定性的首要因素，它通常取决于岩体结构类型、地质构造影响与结构面发育情况。（1）岩体结构类型。岩体是由不同地质成因的岩石组成的。从地质成因来说，岩体可概括为块状岩体与层状岩体。块状岩体指块状的火成岩与变质岩，层状岩体指沉积岩、沉积变质岩、喷出火成岩等具有原生成层的岩体。在岩体结构类型划分中，考虑了岩体结构体的块度尺寸。本围岩分级中，块状岩体分为整体状结构、块状结构与散块状结构、碎裂镶嵌结构与碎裂状结构、散体状结构（见表 1） 。碎裂镶嵌与碎裂状结构，虽然块体大小相同，但其咬合程度不

8、同，因而完整性不同。表 1 块状岩体按结构体块度的划分岩体结构类型 块度尺寸（以结构面平均间距表示） （m ）整体状结构 0.8块状结构与散块状结构 0.40.8碎裂镶嵌与碎裂状结构 0.20.4|散体状结构 0.2层状岩体按其单层厚度分为厚层、中厚层与薄层，但层状岩体结构类型中按层间结构程度，又细分为层间结合良好、较好和不良的三种情况，此外，还增加了软硬岩互层岩体结构类型。（2）构造影响程度和结构面发育情况。围岩分级（本规范表 3.0.2）中，按地质构造影响大小可分为影响轻微、较重、严重、很严重四级。结构面发育情况包括节理裂隙或层面的密度（间距） 、组数、贯通程度、闭合程度、充填情况和结合情

9、况等。主结构面与洞轴线的不同交角关系，对拱部和边墙的稳定性可以有不同的影响。如主结构面为小于 30的缓倾角时，拱部需采用以锚杆为主的支护型式。软弱结构面及其组合关系，对围岩稳定性有重要影响。所谓软弱结构面，是指软弱夹层、破碎带、软弱泥化带、断层及夹泥层结构面等。软弱结构面的间距与组数，软弱结构面与洞轴线、临空面的不利组合以及由软弱结构面形成的可能滑移的不稳定块体的大小与数量，都会危及围岩的稳定程度。本规范表 3.0.2 中反映了上述因素对围岩稳定性分级的影响。（3）岩体纵波速度与岩体完整性系数。岩体纵波速度 Vpm 能综合表达岩体质量，而岩体完整性系数 Kv 只能表示岩体的完整性，围岩分级（本

10、规范表3.0.2）中采用以岩体和岩石声波速度的平方比表示岩体完整性系数 Kv。表 3.0.2中引用的各类围岩的 Vpm 和 Kv 数值，大致与国内外常用的数据相接近，尚需在今后实践中不断修正。本规范围岩分级（表 3.0.2）中的声波速度测试规定采用孔测法。为测试方便起见，今后需开展锤击法测试的研究。2）岩石强度。由于岩块强度可由室内试验获得，因此，围岩分级中一般采用岩石单轴饱和抗压强度（P c）作为强度指标。该强度既考虑了地下水对岩石软化，又考虑了岩石的风化情况，同时，它与其他力学指标有较好的互换性，而且，试验方法简单可靠。为了消除岩块加工的麻烦，对小型工程可采用点荷载强度代替单轴抗压强度。按

11、本规范围岩分级（表 3.0.2）中所给的单轴饱和抗压强度值，可将岩石分为 A、B 、C 、 D、E 五级（见表 2） 。|表 2 岩石强度等级划分岩石强度等级 单轴饱和抗压强度 （MPa） 代表性岩石A 60花岗岩，闪长岩，安山岩，玄武岩，流纹岩，晶质凝灰岩等火成岩类；片麻岩，片岩，大理岩，石英岩等变质岩类B 3060 硅质、铁质胶结的砾岩，砂岩，硅质页岩，石灰岩，白云岩等沉积岩类C 2030 红色砂岩D 10 30（整体状 1020）E 10泥质页岩，泥灰岩，粘土岩，泥质砂岩和砾岩，绿泥石片岩，千枚岩，部分凝灰岩实际上，与围岩稳定性直接有关的因素是岩体强度，但岩体强度需在现场测试，一般不容易

12、做到。因此，在围岩分级中常引入岩体准抗压强度概念，以近似代替岩体强度。准抗压强度可用岩体完整性系数 Kv 与岩石单轴饱和抗压强度 Rc 的乘积表示。岩体完整性系数取决于岩体结构类型。因此，相同的岩石抗压强度相对于不同结构类型的岩体，其岩体准抗压强度是不同的。目前，围岩分级中，常用岩体准抗压强度作为分级指标。考虑到岩体完整性系数与岩体结构类型相对应，因此，在本规范围岩分级中，主要以岩体结构类型与岩石单轴饱和抗压强度不同组合确定围岩级别。3.0.4 围岩分级表（本规范表 3.0.2）中考虑了地应力的影响。一般在、级围岩中，岩体强度较高，地应力对围岩稳定性基本无影响，可不予考虑，而在、级围岩中则需考

13、虑。表征地应力影响的指标采用围岩强度应力比 Sm，见本规范公式（3.0.4-1） 。在本围岩分级中确定 Sm 时，参照了国外建议的岩石强度应力比（见表 3） ，即（1）同时，根据对国内某些矿区和隧道的调查，一般埋深在 300m 以上时，显示出较明显的地压现象，支护破坏率增高。据此，我们把类围岩的 Sm 极限值定为2，类围岩的 Sm 极限值定为 1。表 3 国外采用的岩石强度应力比（f r/1）分级地应力 中地应力 强地应力法国隧协 4 24 2日本应用地质协会 4 24 2前苏联顿巴斯矿区 4 2.24 2.2日本国铁隧规 6 46 243.0.5 在、级围岩中，地下水是造成围岩失稳的重要因素

14、之一，它可使岩石软化，强度降低；还可使软弱结构面泥化或冲走充填物，减少摩阻力，促分 级分类 法|使岩块滑动；地下水还可造成膨胀地压。在、级围岩中，岩石坚硬，软弱结构面较少，本围岩分级中一般不再考虑地下水影响。但、级围岩中若有充泥的软弱结构面存在，有时要求对软弱结构面进行加固处理。因此、级围岩则应按地下水规模、岩石和结构面的软弱程度及地下水对围岩稳定性的危害大小，酌情降低围岩级别。围岩中地下水的规模可分为四类：渗裂隙渗水；滴雨季时有滴水；流以裂隙泉形式，流量小于 10/min；涌涌水，有一定压力，流量大于 10/min。3.0.6 在、级围岩中，当存在断层或软弱夹层时，应审慎地选择洞轴线的方向，

15、使其与断层或软弱夹层大角度相交。不然，当洞轴线与主要断层或软弱夹层交角较小时，则会影响隧洞的稳定性，当夹角小于 30时，则围岩级别应降低一级。|4 锚喷支护设计4.1 一般规定4.1.1 目前，地下工程中锚喷支护设计有工程类比法、监控量测法与理论验算法等三种方法，尤以工程类比法应用最广，通常在工程设计中占主导地位。因而，本条规定三种设计方法中以工程类比法为主。但考虑到某些地质复杂、经验不多的地下工程，单凭工程类比法不足以保证设计的可靠性和合理性，此时应结合其他的设计方法。监控量测法是一种较为科学的设计方法，应当予以高度重视和大力推广。本规范相应条文中规定，对不稳定的，稳定性差的软弱围岩或较大跨

16、度的工程，应采用监控量测法。理论验算法既是当今地下工程支护设计中的一种辅助方法，又是今后设计的发展方向，但鉴于岩体力学参数难以准确确定以及在计算模式方面还存在一些问题，因而，通常只作为工程设计中的辅助手段。本规范相应条文中规定，对处在稳定性较好的围岩中的大跨度工程，锚喷支护设计应辅以理论验算。此外，无论何种情况下，凡可能出现局部失稳的围岩，都需要通过理论计算，进行局部加固。4.1.2、4.1.3 在地下工程设计和施工中，必须十分强调做好地质勘察工作。地质勘察工作是工程选点、围岩分级和结构设计的基础，是指导施工的依据，尤其是采用锚喷支护的地下工程，要求充分利用围岩自身承载能力，更需要查明工程地质

17、情况。划分围岩级别通常分为两个阶段：勘察阶段初步划分围岩级别与施工阶段详细划分围岩级别。勘察阶段初步划分围岩级别。主要内容是根据隧洞开挖前获得的地质资料选定洞轴线，并根据沿洞轴线的地质剖面图，按分级表中的定性指标与岩石强度，初步确定各段围岩级别。然后，根据初定的围岩级别及工程尺寸，按锚喷支护参数表（见本规范表 4.1.21、表 4.1.22）确定支护的类型和参数。施工阶段详细划分围岩级别。主要内容是深入查明开挖地段的工程地质与水文地质情况，并进行围岩声波测试和岩石点荷载测试等工作；绘制沿洞轴线的综合地质素描图或展示图，标出围岩不稳定块体的出露位置和大小、滑塌方向；确定岩体强度应力比，详细地确定

18、各段围岩级别，作为修正原设计支护类型和参数的依据。本规范中“隧洞和斜井的锚喷支护类型和设计参数” （见表 4.1.21）的编制，其基本依据是国内大量工程实践和各部门现行的技术规定。|围岩产状不同，结构面走向与洞轴线交角大小不同，对隧洞拱部和边墙稳定性影响也就不同。故支护参数表 4.1.21 对、类围岩中一些不同跨度的隧洞，给出了两种支护参数，即对于缓倾角围岩中的隧洞拱部及急倾角围岩中的隧洞易失稳一侧的边墙，应优选采用锚杆支护类型，使支护设计既安全可靠，又经济合理。从国内 112 个锚喷支护隧洞工程实例统计的情况来看，锚杆的长度，大体如表 4 所示。表 4 统计的锚杆长度（m ）毛洞跨度 B（m

19、）围岩级别 B5 5 B10 10 B15 15 B20 20 B25 24 1.52.5 23 2.53.0 1.5 4 12 1.53.0 1.53.5 24 1.52 23 23.5 2.5 3 1.52.5 23 本规范“隧洞和斜井的锚喷支护类型和设计参数” （见表 4.1.21）中不同围岩级别，不同隧洞跨度中选用的锚杆长度，大体上与工程实践相一致。但对、级围岩中跨度大于 15m 并小于 25m 的洞室工程，必要时锚杆长度应大于表 4 中所给的数值或采用预应力锚杆，以确保工程的稳定性。4.1.4、级围岩和级围岩中跨度大于 5m 的工程，因地质条件复杂，容易出现事故，所以单靠工程类比法设

20、计是不够的。本条文规定表明，级以下围岩的初期支护参数，可按照锚喷支护参数（见本规范表 4.1.21）中给出的数值确定，而后期支护应根据监控量测法设计确定。并应注意，初期支护参数，应小于锚喷支护参数（表 4.1.21）中的数值，因为表 4.1.21 中给出的数值是初期支护与后期支护之和。4.1.5 本条规定对、级围岩中跨度大于 15m 的工程，除按照本规范表3.1.21 选择锚喷支护参数外，还需对围岩稳定性进行力学分析，最终确定支护设计参数。这是由于目前大跨度工程实例还不多，其次是大跨度隧洞围岩不稳定性增大，所以，为保证安全可靠和获得合理支护参数，有必要对围岩的稳定性进行力学验算或通过模型试验进

21、行稳定性分析。4.1.6 关于围岩整体稳定性验算，目前国内外尚无统一的标准。围岩应力状态计算方法也不统一，但多数人认为应以弹塑性理论为计算依据，若只按弹性理论进行围岩失稳验算是不合理的。因为不让围岩进入塑性，违反了现代支护理论的基本原则，即无法充分发挥围岩的自承能力。事实也表明，围岩出现一定范围的塑性，并不会失稳，反而能充分发挥围岩的自承能力，从而节省了锚喷支护工程量。因此，本条中规定围岩稳定性验算可采用以弹塑性理论为基础的数|值解法或解析解法。由于岩体参数不易准确确定，因此，计算中不必过于追求高精度的计算模型和计算方法。也允许采用将弹性应力代入莫尔库伦准则求塑性区的计算方法，这样求出的塑性区

22、范围一般偏小，可乘以 1.11.4 的系数。目前，尚无评定围岩稳定性的标准方法。但从理论分析可知，限制围岩受拉区、塑性区和松驰区的最大范围或隧洞周边的最大位移量，或洞周的最小支护抗力值，都能起到控制围岩失稳的作用，问题是其量值应为多少才合适，缺乏统一的标准，目前主要是依据设计人员的经验和参照过去的工程实例来确定。洞周的允许位移量亦可参考本规范表 5.3.3 来确定。本条规定体现了围岩局部失稳采用局部加固的设计原则。设计人员根据施工阶段沿洞轴线地质展示图上标出的围岩不稳定块体的大小，采用锚喷支护参数（本规范表 4.1.21）中给出的支护参数，用块体极限平衡方法进行局部稳定性验算。荷载只考虑不稳定

23、块体的自重，一般不计由地应力作用引起的围岩应力。这是因为应力重分布导致不稳定块体周边的应力降低，同时，由于地应力数值不易取得和不便计算。拱腰以上部位的不稳定块体，一般呈现塌落的形式失去稳定，因而不计结构面上的 C、 值；而拱腰以下部位的不稳定块体，则呈现滑落的形式，应计自重引起的摩擦力作用，有时还考虑结构面上的粘结力作用。4.1.7 对边坡工程锚喷支护设计，应在充分掌握边坡的地质勘察资料的前提下，首先根据岩土性状和岩土结构特征等分析判断可能出现的失稳破坏类型，如平面滑动、圆弧滑动、楔体滑动和倾倒破坏等。对于一般的边坡稳定问题，可采用极限平衡法求解。对于复杂的边坡稳定问题，可采用数值分析方法处理

24、。边坡采用数值分析方法的合理性主要取决于计算模型及计算参数是否符合边坡的客观状况。数值分析方法能模拟边坡开挖程序和锚杆施作时机，反映施工过程诸因素的变化对边坡稳定性的影响，给出边坡开挖后的位移场和应力场。显示塑性区和拉应力区分布的部位，这些都为边坡的锚固设计提供重要依据。4.1.8 由于现场测试中，存在着选取测点的代表性问题和岩体试件的尺寸效应等问题，设计中选用的 E、C、 值均较实测值低。尤其当围岩进入塑性破坏后，塑性区中 C、E 值随之降低，靠近洞壁的 C、E 值降低多，而靠近弹塑性区交界处，C 、E 值降低少。如果计算中不考虑塑性区中 C、E 值的这种变化，则应取C、E 的平均值作为计算参数，其值通常可由设计人员及勘察人员，按实测值和现场实际情况商定。实践表明，塑性区中 值降低不多，一般不再考虑折减。在本条中还根据 1995 年颁布的现行国家标准工程岩体分级标准GB50218 给出了各级围岩的力学指标及岩体结构面抗剪断峰值强度。