目前锚杆支撑设计方法仍停留在经验设计阶段,新近发展的现场监控法有助于进一步科学判断,同时也正向科学理论计算发展。理论计算方法存在一些问题,目前只是设计的参考依据,但近十几年取得了很大进展。以下简要介绍以经验手段的工程类比法、以测试为手段的现场监视法和以计算为手段的理论分析法。
工程类比发是目前应用最广泛的方法,根据建设的类似工程经验直接提出锚喷支护设计参数。通常,工程类比法是根据锚定喷雾支护规范中的锚定喷雾支护类型和参数表进行的。在确定锚支撑的类型和参数时,
(1)根据围岩的压力特征,在拱形墙上采用相应的参数。对于稳定和中等稳定围岩,主要承受松动压力,因此支撑参数的选定应贯彻拱是重点,拱、墙有别的原则。不稳定围岩,主要承受变形地压,拱形、墙壁采用相同的支撑参数。
(2)以体现锚支护类型的灵活性和局部加固围岩的特征为目标。不同岩体和围岩的不同部位采用不同的支撑类型和参数。如同一级围岩中同一跨度孔室的支护类型和参数,岩体结构类型、结构面倾斜角、岩层向与孔轴交角不同。因此,在同一级围岩的分类和孔的跨度中,有时在锚支撑参数表中给出多种锚支撑类型和参数,根据情况选择任何支撑类型和参数。对局部不稳定块和局部不稳定部位,原则上应采用局部加固,即用锚杆局部加固,无需配置系统锚杆或降低围岩类别。
(3)锚喷支护参数表中给出的锚喷支护参数是根据工程类比确定,但最终支护参数有的还要借助于监控设计与理论设计。对于不稳定的围栏,锚定喷雾支护参数表中给出的数值仅用于监视设计中的初选参数,对于稳定围栏中的大跨度孔室,表中的锚定喷雾支护参数作为理论检测中的推荐值,最终的设计值必须在修改设计后确定。
(4)锚支护表中的锚参数,一般根据本部门过去建设工程的设计参数,经过统计和分析研究确定。各国锚支撑的设计规范,其提供的锚支撑参数可能大不相同。例如,我国使用的锚杆长度通常比外部使用的锚杆长度短,这是由于对锚杆机理的不同理解和不同的施工机械和工程习惯。一般来说,在稳定的岩体中,锚杆的作用是加固不稳定的块体,为了使锚杆通过更多的节理面,锚杆比较长,在稍微疏远的不稳定的岩体中,锚杆的长度必须超过松动区域,同时也有一定的密度,锚杆的间隔不超过锚杆的长度的1/2以外,锚杆的间隔必须小于规定的锚杆的间隔
现场监视设计法是根据新奥法原则进行的信息设计施工法,一般分为预设计阶段和最终设计阶段两个阶段。最终设计是根据现场监视数据,分析或计算后最后提出的设计。
现场监视测量通常包括断面收敛测量、围岩变形测量、锚应力测量等项目,对断面工程进行喷雾层表面接触应力和喷雾层内应力测量。
理论分析法分为分析法和数值计算法两类。下面以锚杆悬吊理论计算为例,来说明理论分析法的实质。
当对支护个别危石的锚杆进行强度计算时,对局部布置的锚杆,需保证不稳定岩体块与稳定岩体块之间的连接。通常,顶拱锚杆通常用悬挂理论来计算。边拱和边墙上的锚杆应保证危险石头不会滑落。计算时,锚杆预应力的影响和滑动面和锚杆的抗剪强度应考虑在内。一般来说,只考虑重力作用的影响,通常应用下式确定锚的间隔和锚的稳定岩体的深度。
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