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 國內外支護理論研究

在研究隧道圍巖以及支護結構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系，M.D.Salamon等學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，進而改變其能量分布，以達到改善圍巖的應力分布，提高支護結構的支撐作用。

國內支護理論的研究與國外相比要晚很多，上世紀八九十年代國內的一些學者，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，對隧道穩定性的加強是不完全正確的，應當在加強剛度的同時，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，并以此為基礎相應的促進了很多技術的發展，如錨帶網技術以及錨噴網架技術等。

2 破碎帶條件下巷道圍巖控制研究

現如今，在破碎帶巷道支護技術方面，國內外學者的研究深度不斷加大，發展了很多種新的技術：①可縮性U型棚支護技術；②聯合錨、索、噴、網支護技術；③通過加大加強型特種鋼的支護技術；④采用注漿加固的技術；⑤鋼管混凝土支架。

對于過斷層破碎帶支護技術而言，國內學者認為，隧道支護過程中，應當將圍巖本身存在的穩定性進行充分的利用，同時與支護技術形成合力，聯合應用上述支護技術，可以達到理想的支護效果。通過超前支護方式的應用，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構造區域的支護工作，大大提升了巷道的穩定性，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行線區域的斷層破碎帶型巷道支護問題，提出了新掘進巷道應進行多次支護，運用噴網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+預應力錨索支護方式

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，無法發揮懸吊作用，因此采用錨索支護。該支護方式，是在巖層內部，通過鋼絞線錨固（具有一定柔性），同時相應的增加預應力，通過補強加固的方式固定圍巖，利用對主體結構的支護，在深部巖層中進行支護應力的傳遞方式。

節理裂隙在破碎帶內的圍巖中比較突出，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，使得不同力學參數以及圍巖變形形態得到有效改善。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，提升了圍巖區域內的松散結構的整體強度，表面底板鼓起與頂板沉降對錨固區域的影響；接著再巷道深部，錨固體借以錨索進行固結，并發揮承載作用，使錨固結構更加完整，提升巷道的穩定性。

該方式屬于主動支護，能夠有效地實現圍巖穩定，但由于深部礦業井下屬于酸性水環境下（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，工序較復雜，因此排除。

3.2 鋼管混凝土結構支架支護方式

這種支護方式是將混凝土灌注于鋼管內，使其凝結形成穩固的結構。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構

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、各種硐室以及服務年限不受采動影響的基本巷道的支護材料。沒有發生凝固的混凝土其塑性特征非常優越，通過混凝土的這種特性，可以有效地封閉圍巖，避免其出現風化，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。

現澆混凝土支架多用于不穩定巖層，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合在一起，使混凝土主要承受構件的壓應力，而構件中的拉應力則由設置在混凝土中的鋼材來承擔，這樣兩者結合各用其長，就可大大提高構件的承載能力。通過與礦方溝通并結合生產實際，在不額外增加作業工種及工序上，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整體性結構，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構能夠耐酸腐蝕，保護了支護結構的堅固性和長久性，為此，將砌喧支護方式（新型材料）進行推薦使用。

4 本章小結

①礦山原有支護方式在破碎帶區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境，原有支護方式在長期酸性水浸泡下，鋼筋混凝土襯砌發生不同程度的腐蝕，造成支護結構強度降低；同時礦山原有支護方式初期支護材料參數存在優化空間。③查閱國內外礦山工程和隧道工程，結合礦山實際情況，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+預應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境出現腐蝕情況。前兩種方式需要對支護構件進行防腐處理，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構能夠耐酸腐蝕，保護了支護結構的堅固性和長久性，所以將砌喧支護方式（新型材料）進行推薦應用。