破碎帶條件下巷道支護方式研究

周健強

（西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900）

1 國內(nèi)外支護理論研究

在研究隧道圍巖以及支護結(jié)構(gòu)二者之間存在的互相作用方面，國外主要依照二者之間存在的相互關(guān)系，M.D.Salamon等學(xué)者提出了能量支護理論。該理論提倡的能量法則通過改變圍巖性質(zhì)，進而改變其能量分布，以達到改善圍巖的應(yīng)力分布，提高支護結(jié)構(gòu)的支撐作用。

國內(nèi)支護理論的研究與國外相比要晚很多，上世紀(jì)八九十年代國內(nèi)的一些學(xué)者，基于新奧法的前提下首次提出，并且在支護隧道的過程中，過于注重增加支護的強度，對隧道穩(wěn)定性的加強是不完全正確的，應(yīng)當(dāng)在加強剛度的同時，增加一定的柔性。而且在具體的工程中，該理論也得到了充分實踐，并以此為基礎(chǔ)相應(yīng)的促進了很多技術(shù)的發(fā)展，如錨帶網(wǎng)技術(shù)以及錨噴網(wǎng)架技術(shù)等。

2 破碎帶條件下巷道圍巖控制研究

現(xiàn)如今，在破碎帶巷道支護技術(shù)方面，國內(nèi)外學(xué)者的研究深度不斷加大，發(fā)展了很多種新的技術(shù)：①可縮性U型棚支護技術(shù)；②聯(lián)合錨、索、噴、網(wǎng)支護技術(shù)；③通過加大加強型特種鋼的支護技術(shù)；④采用注漿加固的技術(shù)；⑤鋼管混凝土支架。

對于過斷層破碎帶支護技術(shù)而言，國內(nèi)學(xué)者認(rèn)為，隧道支護過程中，應(yīng)當(dāng)將圍巖本身存在的穩(wěn)定性進行充分的利用，同時與支護技術(shù)形成合力，聯(lián)合應(yīng)用上述支護技術(shù)，可以達到理想的支護效果。通過超前支護方式的應(yīng)用，同時還在支護過程中采用柔性支護，利用伸縮支架，并開展多種支護，來滿足這一特殊地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域的支護工作，大大提升了巷道的穩(wěn)定性，提升了支護效果。

3 破碎帶條件下巷道支護方式研究

針對50行線區(qū)域的斷層破碎帶型巷道支護問題，提出了新掘進巷道應(yīng)進行多次支護，運用噴網(wǎng)混凝土柔性支護方式進行前期支護，二次支護過程中采用下列幾種方式進行支護：

3.1 全斷面注漿+預(yù)應(yīng)力錨索支護方式

由于破碎帶的松動圈大致在4m～6m之間，普通的錨桿無法植入基巖，無法發(fā)揮懸吊作用，因此采用錨索支護。該支護方式，是在巖層內(nèi)部，通過鋼絞線錨固（具有一定柔性），同時相應(yīng)的增加預(yù)應(yīng)力，通過補強加固的方式固定圍巖，利用對主體結(jié)構(gòu)的支護，在深部巖層中進行支護應(yīng)力的傳遞方式。

節(jié)理裂隙在破碎帶內(nèi)的圍巖中比較突出，通過注漿手段能夠使其強度得到整體提升，并使其變形模量得到加強，使得不同力學(xué)參數(shù)以及圍巖變形形態(tài)得到有效改善。在實施過程中，首先可以對圍巖裂隙進行有效的填充，增加破碎巖石的膠合性，提升了圍巖區(qū)域內(nèi)的松散結(jié)構(gòu)的整體強度，表面底板鼓起與頂板沉降對錨固區(qū)域的影響；接著再巷道深部，錨固體借以錨索進行固結(jié)，并發(fā)揮承載作用，使錨固結(jié)構(gòu)更加完整，提升巷道的穩(wěn)定性。

該方式屬于主動支護，能夠有效地實現(xiàn)圍巖穩(wěn)定，但由于深部礦業(yè)井下屬于酸性水環(huán)境下（pH值3.6～2.7之間，屬于強酸性），錨索及錨桿需要進行特殊的防酸處理，工序較復(fù)雜，因此排除。

3.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)支架支護方式

這種支護方式是將混凝土灌注于鋼管內(nèi)，使其凝結(jié)形成穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)。該方式，不僅融合了鋼管所具有的延性，同時也綜合了混凝土所具有的高抗壓性作用。管殼通過混凝土的填充，使其穩(wěn)定性得到了大大增強，而且混凝土在鋼管管殼中，其受力呈現(xiàn)一種三向受壓特征，大大增加了混凝土的強度。

圖1 馬蹄形巷道斷面鋼管混凝土支架結(jié)構(gòu)

3.3 新型材料的砌喧支護方式

混凝土是地下井巷工程中井筒、井底車場巷道、各種硐室以及服務(wù)年限不受采動影響的基本巷道的支護材料。沒有發(fā)生凝固的混凝土其塑性特征非常優(yōu)越，通過混凝土的這種特性，可以有效地封閉圍巖，避免其出現(xiàn)風(fēng)化，同時具有堅固耐用，同時還有良好的防火作用，能夠提供很長時間的服務(wù)。

現(xiàn)澆混凝土支架多用于不穩(wěn)定巖層，用強度等級不低于C20的混凝土澆灌而成，支架厚度可根據(jù)巷道凈尺寸及實際圍巖壓力值計算確定。鋼材與混凝土不同，它的抗拉強度很高。如果把混凝土與鋼材結(jié)合在一起，使混凝土主要承受構(gòu)件的壓應(yīng)力，而構(gòu)件中的拉應(yīng)力則由設(shè)置在混凝土中的鋼材來承擔(dān)，這樣兩者結(jié)合各用其長，就可大大提高構(gòu)件的承載能力。通過與礦方溝通并結(jié)合生產(chǎn)實際，在不額外增加作業(yè)工種及工序上，采用新型材料的砌喧支護，通過材料配比試驗，確定防腐蝕的混凝土材料。

因此通過三種支護方式的對比，由于鋼筋混凝土支架屬連續(xù)整體性結(jié)構(gòu)，具有隔水性好、強度和耐久性高的特點，同時通過改性的混凝土成分的新型支護結(jié)構(gòu)能夠耐酸腐蝕，保護了支護結(jié)構(gòu)的堅固性和長久性，為此，將砌喧支護方式（新型材料）進行推薦使用。

4 本章小結(jié)

①礦山原有支護方式在破碎帶區(qū)域巷道變形得到一定的遏制，在砌碹支護1年后的巷道依然保持穩(wěn)定，證明這種方式對圍巖變形起到了良好的控制作用。②由于井下屬于酸性水環(huán)境，原有支護方式在長期酸性水浸泡下，鋼筋混凝土襯砌發(fā)生不同程度的腐蝕，造成支護結(jié)構(gòu)強度降低；同時礦山原有支護方式初期支護材料參數(shù)存在優(yōu)化空間。③查閱國內(nèi)外礦山工程和隧道工程，結(jié)合礦山實際情況，推薦了3種支護方式，分別為砌喧支護（新型材料），混凝土鋼管支護，以及注漿+預(yù)應(yīng)力錨索全斷面支護等幾種方式。④混凝土以及鋼管在礦井深部，會由于其所處的酸性環(huán)境出現(xiàn)腐蝕情況。前兩種方式需要對支護構(gòu)件進行防腐處理，工序較多，成本較高；但砌喧支護（新型材料），不僅強度高，而且具有很好的耐久性，同時隔水性能非常強大，通過改性的混凝土成分的新型支護結(jié)構(gòu)能夠耐酸腐蝕，保護了支護結(jié)構(gòu)的堅固性和長久性，所以將砌喧支護方式（新型材料）進行推薦應(yīng)用。