隧道工程

喷射混凝土是利用高压空气将掺有速凝剂的混凝土混合料，经喷射机与高压水混合喷射到岩面上迅速凝结而成。锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构的组合支护，可按围岩稳定状况选用其中一种或几种组合。

锚喷支护能及时支护并控制围岩变形，防止岩块坠落与坍塌，充分发挥围岩自承能力，受力比模注混凝土衬砌更合理；可节省混凝土、木材与劳动力，加快进度、降低造价。其本质是积极支护：密贴封闭张性裂隙与节理，加固结构面，发挥岩块镶嵌咬合与自锁作用，与围岩共同变形构成共同承载体系。

锚喷应配合光面爆破等控制爆破，使轮廓平整、减少回弹，减轻对围岩松动。设计施工除计算外还依赖“经验类比”。适用有条件：围岩自承能力差、涌水或大面积淋水、地层松软处难成型。

锚喷设计施工大致包括：勘察分析稳定条件；按围岩分级经验类比选支护并做受力计算；施工中监测调整；竣工后评价长期稳定；总结规律。因参数多需经验估计，目前处于半经验半理论阶段。与传统“先挖后支、留空隙”不同，锚喷强调随挖随喷，主动抑制变形。

围岩松动使黏聚力$c$与内摩擦角$\varphi$降低，破坏包络线下移。喷层可充填裂隙提高$c,\varphi$，并提供封口抗力$P_i$；大断面或软弱围岩需锚杆形成加固拱/承重环，径向抗力可达$\sigma_r=P_b$，构成锚喷联合支护。

按工作原理，锚杆可分为：全长黏结型（应用最广、适于变形不大的永久支护）、端头锚固型（及时支护与小预应力，硬岩裂隙局部/系统支护，易锈蚀）、摩擦型（延性好，适软弱破碎或爆破振动巷道）、预应力型（大跨度与大块危石，造价较高）。加固机理含联结、组合与整体加固等作用。

联结作用：危石重力$G$时，锚杆拉力与剪力为

式中$\xi$为锚杆与结构面夹角，$\phi_1$为锚杆与铅垂线夹角。直径可取$d\ge 2\sqrt{kN/(\pi R_g)}$（$k$常取 2）；砂浆锚固长度$L_1\ge d^{2}R_g/(4k D\tau)$，全长$L_m=L_1+L_2+L_3$。

组合作用使层状岩形成组合梁/拱；整体加固时系统锚杆形成厚度为$t$的承载环，径向应力由 0 增至$\sigma_r$，岩体三向受压。砂浆锚杆承载力可写为$P_s=\pi D L_1(c_s+\sigma_r\tan\phi_s)$。塑性区应力（$r_0$为开挖半径，$p_i$为支护力）如$\sigma_r=(p_i+c\cot\phi)(r/r_0)^{2\sin\phi/(1-\sin\phi)}-c\cot\phi$。

原则一：采取各种措施确保围岩不出现有害松动。洞室轴线宜使侧压力系数$\lambda$接近 1，使周边较均匀受压；$\lambda=0$时边墙应力集中，$\lambda=4$时顶底集中。轮廓宜圆顺；并采用控制爆破、条件允许时全断面开挖、及时快速支护。

原则二：使围岩变形适度发展，最大限度发挥自承能力。支护过早（仍处弹性）不利于卸压；过晚则有害松动。应利用开挖面空间效应，在影响区内施作；初期支护可分次施作，喷层可设纵向变形缝提高压缩性。仰拱适时闭合常能迅速抑制收敛（如阿尔贝格隧道示例）。