《地下工程》課程設(shè)計(jì)--地下工程錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　土木建筑學(xué)院</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 地下工程 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 地下工程錨噴支護(hù)設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)(方向)：土木工程巖土工程方向09

2、班級(jí)： 1班 </p><p>　　設(shè) 計(jì) 人： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 1月 3 日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p>

3、<p>　　專業(yè)（方向）： 土木工程巖土工程方向09班級(jí)： 1班 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目： 地下工程錨噴支護(hù)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　原始資料</b>&l

4、t;/p><p>　　1、地質(zhì)條件 </p><p>　　2、松動(dòng)圈大小 </p><p>　　設(shè)計(jì)應(yīng)解決下列主要問題：</p>&l

5、t;p>　　1、支護(hù)設(shè)計(jì)原則確定 </p><p>　　2、支護(hù)方案選擇 </p><p>　　3、支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

6、 </p><p>　　4、支護(hù)施工工藝設(shè)計(jì) </p><p><b>　　設(shè)計(jì)圖紙：</b></p><p>　　1、地下工程支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖

7、</p><p>　　五、命題發(fā)出日期： 2012.12.31 設(shè)計(jì)應(yīng)完成日期： 2013.1.11 </p><p>　　設(shè)計(jì)指導(dǎo)人（簽章）： </p><p>　　系 主 任（簽章）： </p><p>　　日期： 年 月

8、 日</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)語</b></p><p>　　指導(dǎo)教師（簽章）： </p><p>　　系 主 任（簽章）： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說 明

9、 書</p><p><b>　　1 原始條件</b></p><p>　　某直墻半園拱地下工程的掘進(jìn)寬度5200mm，墻高1400mm,總高度4000mm。</p><p>　?。?）地質(zhì)條件：地下工程最大埋深450m，f＝4～6，巖體裂隙發(fā)育、易風(fēng)化。</p><p>　　（2）松動(dòng)圈大小：松動(dòng)圈分別為900mm和2

10、500mm。</p><p><b>　　2支護(hù)型式確定</b></p><p><b>　　支護(hù)型式選擇的原則</b></p><p>　　技術(shù)先進(jìn)： 對(duì)于支護(hù)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)采用目前最為先進(jìn)，最為有效，施工最為快捷，方便的支護(hù)技術(shù)，例如，采用鋼纖維噴射混凝土，預(yù)應(yīng)力錨索，自鉆式錨桿，高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿，小孔徑高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索，

11、高強(qiáng)讓壓錨桿[10],等先進(jìn)的支護(hù)構(gòu)構(gòu)件與技術(shù)。</p><p>　　安全可靠： 在支護(hù)施工中，安全始終要放在最高位置，必須提起高度重視，在施工中要做到一絲不茍，將每一個(gè)支護(hù)構(gòu)件準(zhǔn)時(shí)安裝到位，通風(fēng)安全，施工安全，支護(hù)施工順序，支護(hù)時(shí)間確定，排水防水，瓦斯的排出與爆炸預(yù)防措施，均要在確定時(shí)嚴(yán)格遵照規(guī)范，確保安全可靠。</p><p>　　經(jīng)濟(jì)合理： 巷道沒米的支護(hù)成本隨著支護(hù)方法的變化有

12、較大的浮動(dòng)，每米支護(hù)成本的變化對(duì)支護(hù)成本的節(jié)省有重要意義，所以在安全可靠合理的前提下，必須是支護(hù) 成本達(dá)到最低，以節(jié)省經(jīng)濟(jì)開支，提高煤礦整體利潤，具體做法是在錨桿錨索的選用，混凝土的使用量，噴射層厚度的確定組合等許多方面達(dá)到最佳組合，并且加快施工進(jìn)程，使支護(hù)成本達(dá)到最低，而支護(hù)又能維持巷道長期未定服務(wù)的優(yōu)化組合。</p><p>　　操作簡(jiǎn)便： 在支護(hù)過程中須有一定的讓壓變形時(shí)間，以使圍巖的自承能力達(dá)到最大，

13、因此必須提高施工效率，加快施工速度。由此可以得出，必須使支護(hù)操作簡(jiǎn)便，以加快施工速度，減少施工支護(hù)成本，相應(yīng)的采取機(jī)械化施工，優(yōu)化施工組合與支護(hù)順序。</p><p>　　（2）可能選用的支護(hù)型式</p><p>　　礦用工字鋼金屬棚、新奧法支護(hù)、噴射混凝土、單一的錨注或預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)</p><p>　　方案比較、確定合理支護(hù)型式</p>

14、;<p><b>　　礦用工字鋼金屬棚：</b></p><p>　　①是一種被動(dòng)支護(hù)形式，巷道變形量大、修復(fù)困難；</p><p>　　②頂板易離層、棚梁上方形成的煤層破碎區(qū)，易自然發(fā)火；</p><p>　　③支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工速度慢，支護(hù)成本高。</p><p><b>　　新奧法支護(hù)：&

15、lt;/b></p><p>　　①是一種被動(dòng)支護(hù)形式，被動(dòng)等穩(wěn)；</p><p>　　②適用于地質(zhì)條件優(yōu)良地應(yīng)力低的巷道支護(hù)；</p><p>　?、壑荒苷{(diào)動(dòng)淺部圍巖的強(qiáng)度，對(duì)高應(yīng)力軟巖支護(hù)效果差；</p><p><b>　　噴射混凝土：</b></p><p>　　①回彈量高，噴射混凝

16、土施工中，部分材料回彈落地是難以避免的，但回彈過多，既浪費(fèi)材料，且在一定程度上改變了混凝土的配合比，使噴層強(qiáng)度降低。</p><p>　　②粉塵大，干式噴射混凝土的水是在噴頭處加入的，水與干拌合料的混合時(shí)間很短，故易產(chǎn)生粉塵。裝干料時(shí)或設(shè)備密封不良，也會(huì)產(chǎn)生粉塵。</p><p>　?、塾捎趪娚浠炷了嘤昧枯^大，含砂量較高，噴層又是大面積薄層結(jié)構(gòu)，加入速凝劑后迅速凝結(jié)，這就使混凝土在凝結(jié)

17、期的收縮量大為減少，而硬化期的收縮量則明顯增大，使噴層產(chǎn)生有規(guī)則的收縮裂縫，降低了噴層的強(qiáng)度。</p><p>　　單一的錨注或預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)：</p><p>　　松動(dòng)圈圍巖中，圍巖松動(dòng)破裂范圍普遍大于錨桿長度，因而錨桿不能夠</p><p>　　破碎圍巖錨固在穩(wěn)定巖層中；</p><p>　　當(dāng)巷道或硐室斷面較大時(shí)，其輪廓線上的曲率半徑較

18、大，特別是位于拱</p><p>　　基線以上的破碎圍巖，錨桿支護(hù)的組合拱效應(yīng)并不明顯，而且組合拱的強(qiáng)度往往也不能保持圍巖的穩(wěn)定；</p><p>　　錨固范圍外的破裂巖體，在膨脹過程中對(duì)錨固部分的巖體和錨桿施加較</p><p>　　大的壓剪力，在工程中往往發(fā)生錨桿擠出、錨桿間破碎圍巖松動(dòng)掉落等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致發(fā)生冒頂事故；</p><p>

19、　　④噴射混凝土強(qiáng)度太低，厚度太薄，噴層厚度不均局部的噴層太薄</p><p><b>　　錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)：</b></p><p>　　改變松動(dòng)圈內(nèi)圍巖松散破碎、整體性差的狀況，以提高圍巖的整體性強(qiáng)</p><p><b>　　度；</b></p><p>　　充分利用松動(dòng)圈外較穩(wěn)定巖體的抗破壞能

20、力和巷道松動(dòng)圈內(nèi)破裂巖體，</p><p>　　一起抵抗圍巖的變形失穩(wěn)，并且對(duì)圍巖內(nèi)側(cè)提供較強(qiáng)的應(yīng)力和位移約束，限制圍巖表面的過大變形；</p><p>　　可以使破碎圍巖保持較好的整體性、較高的承載力和較強(qiáng)的讓壓與抗變</p><p><b>　　形能力;</b></p><p>　　可以對(duì)圍巖施加外部應(yīng)力和位移約束，

21、相當(dāng)于提高了圍巖的側(cè)向圍壓，</p><p>　　從而可以提高松動(dòng)圈內(nèi)圍巖的強(qiáng)度，而其獨(dú)有的長度優(yōu)勢(shì)，則可以達(dá)到充分利用深部圍巖強(qiáng)度，以增加松動(dòng)圈內(nèi)破裂巖體抗破壞、抗變形的能力。</p><p>　　上述方案經(jīng)綜合比較最終選錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，所用錨桿為樹脂藥卷錨桿，混凝土為鋼纖維噴射混凝土。</p><p><b>　　3支護(hù)參數(shù)確定</b>&l

22、t;/p><p>　　錨桿長度、間排距、錨桿直徑</p><p><b>　　松動(dòng)圈為900mm</b></p><p>　　中松動(dòng)圈，碎脹變形較小，由于錨桿可以穿過松動(dòng)圈厚度可用懸吊原理設(shè)計(jì)錨噴支護(hù)，懸吊作用是利用錨桿將軟弱巖層或危巖吊掛于上部堅(jiān)固穩(wěn)定的巖層上，由桿來承擔(dān)其重量。</p><p><b>　　錨桿

23、長度</b></p><p>　　L＝L1＋KLp＋L2</p><p>　　式中：L——錨桿長度，mm；</p><p>　　L1——錨桿錨入彈塑性區(qū)的深度。機(jī)械錨固時(shí)，一般為300-400mm，圍巖強(qiáng)度較小時(shí)取較大值，反之取較小值；樹脂藥卷錨固時(shí)，取700mm。</p><p>　　K ——安全系數(shù)，一般取1.5-2；<

24、;/p><p>　　Lp——圍巖松動(dòng)圈的值，mm；</p><p>　　L2——錨桿的外露長度，常取L2＝50-100mm；</p><p>　　本設(shè)計(jì)中錨桿為樹脂藥卷錨固，K取1.5，Lp 為900mm，L1取700mm, L2取100mm，將數(shù)據(jù)代入公式得：</p><p>　　L＝700+1.5*900+100=2150mm=2.15m&l

25、t;/p><p><b>　?、陂g排距</b></p><p>　　間排距一般為0.8m-1m,松動(dòng)圈為900mm時(shí)，中松動(dòng)圈，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比，本設(shè)計(jì)中間排距取值為1.0m。</p><p>　　經(jīng)驗(yàn)公式：a<=0.5L</p><p>　　式中：a——間排距，mm;</p><p>　　L

26、——錨桿長度，mm；</p><p>　　0.5L=1075mm=1.075m>1.0m 所取間排距滿足要求</p><p><b>　　③錨桿直徑</b></p><p>　　錨桿桿體所用材料為高強(qiáng)度螺紋鋼BHRB400,抗拉極限強(qiáng)度為570Mpa，錨桿的工作荷載一般取極限抗拉強(qiáng)度的50%-70%（即0.5-0.7），本設(shè)計(jì)中取0

27、.5，所以σ=0.5*570=285 Mpa。</p><p>　　γ取值25-35，本設(shè)計(jì)中γ取35，G=1*1*35*0.9=31.5kn，本設(shè)計(jì)中k安全系數(shù)取2 ，則Q=63kn將上述數(shù)值代入公式:</p><p>　　d = √（4Q）/(πσ) = 16.78mm</p><p>　　錨桿的直徑一般為18mm-22mm,為施工方便本設(shè)計(jì)中頂部錨桿直徑取18

28、mm，幫錨和底錨受力比頂錨受力小，直徑比頂錨小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比，幫錨和底錨的直徑取16mm。</p><p>　　松動(dòng)圈為2500mm</p><p>　　大松動(dòng)圈，碎脹變形大，按壓縮拱理論計(jì)算，該理論認(rèn)為：在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中安裝錨桿后，形成一個(gè)較大厚度和較高的強(qiáng)度承壓拱，以承受荷載。</p><p><b>　?、馘^桿長度</b>&

29、lt;/p><p>　　b＝（L×tgα－a)/tgα ＝L－a</p><p>　　式中：b——組合拱的厚度；</p><p><b>　　L——錨桿的長度；</b></p><p>　　a——錨桿的間排距；</p><p>　　α——錨桿對(duì)破裂巖體的壓力角，經(jīng)試驗(yàn)知α接近450。<

30、;/p><p><b>　　即L ＝ b＋a</b></p><p>　　a取0.6,b取1.5，將數(shù)據(jù)代入公式得：</p><p>　　L ＝0.6+1.5=2.1m</p><p>　　考慮到錨桿兩端組合拱外的長度，在2.1m的基礎(chǔ)上加上一定長度作為錨桿兩端的補(bǔ)償，取值0.4m,即L=2.1+0.4=2.5m，所以錨桿的

31、最終長度為2.5m.</p><p><b>　　②間排距</b></p><p>　　間排距取值一般為0.6-0.8m,松動(dòng)圈為2500mm時(shí)，大松動(dòng)圈，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比，本設(shè)計(jì)中間排距取值為0.6m。</p><p><b>　?、坼^桿直徑</b></p><p>　　初設(shè)錨固力為150kn,

32、 錨桿桿體所用材料為高強(qiáng)度螺紋鋼BHRB400,抗拉極限強(qiáng)度為570Mpa，錨桿的工作荷載一般取極限抗拉強(qiáng)度的50%-70%（即0.5-0.7），本設(shè)計(jì)中取0.7，所以σ=0.7*570=399Mpa。</p><p>　　Q=150kn，σ=399Mpa, 將數(shù)據(jù)代入公式得：</p><p>　　d = √（4Q）/(πσ) = 22.02mm</p><p>　

33、　錨桿的直徑一般為18mm-22mm,為施工方便本設(shè)計(jì)中頂部錨桿直徑取22mm，幫錨和底錨受力比頂錨受力小，直徑比頂錨小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比，幫錨和底錨的直徑取20mm。</p><p>　　噴射鋼纖維混凝土強(qiáng)度、厚度、配合比等；</p><p>　?、?噴射鋼纖維混凝土強(qiáng)度</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比，噴射鋼纖維混凝土強(qiáng)度取為c20。</p>

34、;<p>　　噴射鋼纖維混凝土厚度</p><p>　　松動(dòng)圈為900mm時(shí)，中松動(dòng)圈，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范噴射混凝土厚度<=80mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比，本設(shè)計(jì)中厚度取為60mm。</p><p>　　松動(dòng)圈為2500mm時(shí)，大松動(dòng)圈，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范噴射混凝土厚度<=120mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比，本設(shè)計(jì)中厚度取為120mm。</p><p>　　

35、噴射鋼纖維混凝土配合比</p><p>　　鋼纖維：噴射用鋼纖維除滿足韌度系數(shù)力學(xué)性能要求外，還必須滿足攪拌不結(jié)團(tuán)和噴射不堵管的要求，一般碳素鋼纖維的抗拉強(qiáng)度不得低于380MPa，鋼纖維的直徑應(yīng)控制在0.3~0.5mm，鋼纖維的長度20~25mm，鋼纖維摻量應(yīng)為混合料質(zhì)量的3%~6% (規(guī)格：1=30mm，d=0．5mm，鋼絲冷拉而成，兩端有彎鉤，每3O一5O根用水溶性膠合劑粘結(jié)成一束鋼纖維束，鋼纖維束遇水后即迅

36、速分散)。</p><p>　　砂：應(yīng)采用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5，含泥量要小于3％。細(xì)砂會(huì)增加噴射混凝土的干縮變形，過細(xì)的粉砂易產(chǎn)生粉塵，影響操作人員的身體健康，用5mm篩網(wǎng)過篩。</p><p>　　粗骨料：最大粒徑為lOmm的連續(xù)級(jí)配骨料，機(jī)制骨料應(yīng)用5mm和lOmm篩網(wǎng)分別篩去石粉和大粒徑骨料。</p><p>　　水泥：525號(hào)普通硅酸鹽

37、水泥(或更高標(biāo)號(hào))</p><p>　　水：飲用水及潔凈天然水可以作為噴射混凝土混合水?；旌纤粦?yīng)含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的物質(zhì)，不得使用污水和酸性水。</p><p>　　速凝劑：用量一般約為水泥用量的2.5％~4%。由于噴射混凝土施工工藝的特點(diǎn)，在選擇噴射混凝土配比時(shí)，既要滿足支護(hù)方面的要求，還應(yīng)考慮施工工藝的要求水灰比0．4的凈漿試驗(yàn)滿足初凝小于5min，終凝小于lOmin；<

38、;/p><p>　　減水劑：高效減水劑(根據(jù)需要添加)。</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比,本設(shè)計(jì)中噴射鋼纖維混凝土配合比如下表：</p><p>　　金屬網(wǎng)：鋼絲直徑、網(wǎng)格尺寸</p><p><b>　?、?鋼絲直徑</b></p><p>　　鋼絲直徑一般取4mm-6mm, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程

39、類比，本設(shè)計(jì)中鋼絲直徑取5mm。</p><p><b>　?、?網(wǎng)格尺寸</b></p><p>　　網(wǎng)格尺寸一般取100mm-200mm, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及工程類比，本設(shè)計(jì)中鋼絲直徑取100mm，即網(wǎng)孔為100mm×100mm。</p><p><b>　　4支護(hù)施工工藝設(shè)計(jì)</b></p><

40、p><b>　　松動(dòng)圈為900mm</b></p><p>　　光面爆破，預(yù)留100mm的變形；</p><p>　　初噴鋼纖維混凝土封閉圍巖，</p><p>　　5 繪制地下工程支護(hù)設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　巷道支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖</b></p><p>&l

41、t;b>　　6 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]何滿潮，孫曉明，等. 中國煤礦軟巖巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南. 北京：科學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[2]李樹清，李達(dá)軍. 錨、噴、網(wǎng)、索、注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在極軟巖巷道中的應(yīng)用. 湖南科技大學(xué)，2008.</p><p>　　[3]崔明宇. 淺談鋼纖維混凝土及施工工藝

42、. 中鐵十三局集團(tuán)有限公司.</p><p>　　[4]喬衛(wèi)國，孟慶彬.深部高應(yīng)力膨脹性軟巖巷道錨注支護(hù)技術(shù)及相似模擬試驗(yàn)研究［J］.礦冶工程（2011-04）：24-28</p><p>　　[5]閆文德，薄福利等. 松散破碎型軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究. 盛源礦業(yè)有限公司. </p><p>　　[6]宋曉輝. 錨固加固軟巖巷道機(jī)理及合理注漿時(shí)間的確定. 山東科

43、技大學(xué)碩士論文. 2008.</p><p>　　[7]張偉. 深井高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究. 山東科技大學(xué)碩士論文.2007.</p><p>　　[8]張向東，張樹光，劉松，等. 錨桿支護(hù)配套技術(shù)與施工. 北京：中國計(jì)劃出版社，2003.</p><p>　　[9]袁亮等. 軟巖巷道支護(hù)參數(shù)的確定. 煤礦支護(hù).2002年第二期.</p&