巷道支護前沿技術及其發(fā)展方向ppt課件

1、熱 烈 歡 迎各位專家、指點！巷道支護前沿技術及其開展方向姜 玉 松安徽理工大學土木工程 系 巖土與地下工程教研室2004年8月10日主要內(nèi)容 1 概論 2 支護實際 3 各種錨桿 4 各種棚式支架 5 延續(xù)式支護 6 結合支護7 超前支護8 底臌治理9 三小作業(yè)1 概 論1.1 支護技術的開展、現(xiàn)狀與程度與時俱進 支護資料：木材、料石、金屬、砼、化工 支護工藝：砌碹、架棚、錨噴、現(xiàn)澆 機械化：人工中檔機械化高檔機械化 支護理念的一些特點： 被動支護自動支護 單一作用共同作用 后支護 預支護 低強度 高強度 盲目化信息化 閱歷性實際性 隨意化規(guī)范化 手工化設計自動化 開展國內(nèi)吸收國外技術 錨噴

2、以及以錨噴為根底的支護已成為目前的主 支護技術已到達國際程度1.2 支護技術與其它相關技術的關系 開挖技術：光面爆破 普通光面爆破、預裂光面爆破 定向斷裂控制爆破： 切槽爆破聚能藥包爆破、切縫藥包爆破資料：鋼材、混凝土資料、各種添加劑、合成資料等機械： 錨桿機、放射機1.3 支護技術的一些思索機制問題：支護資料的企業(yè)自主采購權不夠，妨礙新技術的 及時推行運用。全公司、全礦都用固定的幾種支護方式有一定弊端質量認識：加強質量控制，嚴厲施工管理知識更新：掌握新技術、新動態(tài)、新工藝，企業(yè)智力投資小。抑制習慣權利：只習慣于某種支護方式，換一種方式比較難他山之石：鐵路、公路隧道，地鐵隧道、水利重頂輕底和腳

3、：對底板和兩底角注重不夠1.4 計算機在支護技術方面運用 1.錨桿支護設計專家系統(tǒng) 煤礦頂板設計專家系統(tǒng)，美國，1987年 隧道設計專家系統(tǒng)，日本，1989年 頂板控制專家系統(tǒng)，山東科技大學，1990年 回采巷道支護方式與參數(shù)選擇專家系統(tǒng)，1989年 巷道圍巖支護設計專家系統(tǒng)，東北大學，1991年 地下工程圍巖穩(wěn)定性評價及支護決策專家系統(tǒng)， 原西安礦院 巖巷錨噴支護設計專家系統(tǒng)MPES， 錨噴支護設計專家系統(tǒng)，MZES，焦作工學院，1994年 煤及煤巖錨梁網(wǎng)支護專家系統(tǒng)，安徽理工大學， 1997年 2.支護設計計算的計算機程序 煤巷圍巖穩(wěn)定性分類程序 煤巷錨桿支護設計軟件，煤炭科學研討院開采所

4、 3.計算機繪圖 巷道支護方式圖 4.施工技術措施的自動編制系統(tǒng) 2 支護實際2.1 錨噴支護作用機理 懸吊、加固拱、組合梁、封鎖圍巖、改善應力形狀等2.2 支護與圍巖共同作用實際 整體構造：如錨桿支護， 拱形可縮性支架的共同作用的表達問題： 用錨桿將其錨到圍巖上效果如何？ 時間協(xié)調(diào)：什么時間上支護？ 是“抗還是讓？“抗到什么程度？ “讓 到什么時間？ 2.3 新奧法實際新奧法是奧地利新施工方法的簡稱： New Austrian Tunneling MethodNATM 由奧地利學者拉布希維茲于20世紀50年代提出 不是一種“方法，是一種原那么、概念、原理根本要點： 光面爆破、錨噴支護、先柔后

5、剛 封鎖圍巖、二次支護、動態(tài)量測 充分發(fā)揚圍巖的本身才干 盡能夠防止圍巖松動 適時地進展支護，不能過早過晚 巷道周邊盡量園順，防止棱角 預留變形量 2.4 松動圈實際 概念 巷道在開挖后，由于應力的作用，在圍巖中產(chǎn)生的松弛破碎帶叫松動圈。 與冒落拱、冒落高度意義不同，松動圈內(nèi)邊境從徑向應力等于零的巷道外表算起。 力學特性：應力降低 松動圈的外形 與圍巖應力方向和大小有關。 各向同性巖石：垂直應力大，兩幫松動圈大 程度應力大：頂?shù)装逅蓜尤Υ?圍巖不同性：巖石強度低處，松動圈大 松動圈的構成的時間性 圍巖松動圈的開展構成穩(wěn)定有一個時間過程： 小的37d，大的13個月。 松動圈的大小與判別 用聲波儀

6、測定。根據(jù)測試，大小普通為1.52.0m。 2.5 軟巖支護實際軟巖的定義 松散脆弱巖層松軟巖層軟巖 根本特征：松、散、軟、弱 破碎、脆弱、松散、膨脹、流變、風化、高應力的總稱。軟巖巷道的特征 自穩(wěn)時間短、來壓快；變形量大、速度快； 變形繼續(xù)時間長；周圍來壓，底臌明顯； 遇水膨脹、變形加??；剛性支架普遍破壞軟巖的分類 五類：非常穩(wěn)定、穩(wěn)定、中等穩(wěn)定、不穩(wěn)定、 極不穩(wěn)定軟巖巷道支護原理 綜合治理：巷道位置與外形、施工工藝、防治水、支護構造 結合支護：分次支護，多種方式結合運用。 長期監(jiān)控：長期進展現(xiàn)場變形量測軟巖巷道的支護原那么 維護和堅持圍巖的剩余強度原那么 及時噴混凝土 提高圍巖剩余強度的原

7、那么 提高支護阻力、錨注加固 充分發(fā)揚圍巖的承載才干 圓形斷面、全斷面支護、可縮性支架、二次支護 2.6 國外的支護實際 最大程度應力實際： 程度應力通常大于垂直應力，巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定性主要受程度應力的影響；巷道軸向與最大程度應力方向平行的巷道受程度應力最小，頂?shù)装宸€(wěn)定性最好，反之最大。 錨桿的加固作用： 英國學者以為，在深部開采的高應力環(huán)境下，最大程度應力的作用是使頂?shù)装鍘r層出現(xiàn)錯動和松動膨脹，在頂板出現(xiàn)破壞區(qū)。錨桿的作用就是防止巖層的錯動和膨脹。 英國學者關于程度應力的觀念 程度應力與深度無關，但與巖層的鞏固性有關。因此，頂板巖石鞏固的淺部巷道，程度應力是主要的；對于松軟的深部巷道，主要是

8、垂直應力的作用，由于垂直應力的作用，在兩幫構成滑移面，使兩幫發(fā)生擠出景象。 3 各種錨桿錨桿的類型 端頭錨固式:金屬倒楔式 金屬楔縫式 快凝水泥式樹脂藥包式 脹殼式、 螺釘頭式等 全長錨固式： 金屬沙漿式 水力膨脹式 吹脹式 管縫式 樹脂藥包式 螺釘式 爆炸式 內(nèi)注漿式 .管縫式錨桿 樹脂錨桿倒楔式錨桿水力或壓氣膨脹式錨桿可控壓式注漿錨桿 普通注漿錨桿端錨內(nèi)注式錨桿中空注漿錨桿脹殼錨頭注漿錨桿自進式中空注漿錨桿螺釘頭錨桿爆炸錨桿在鋼管中裝上炸藥，下端用炮泥堵塞，然后將裝有炸藥的鋼管打入打好的錨桿孔中引爆。錨孔直徑：42mm錨桿外徑：38mm錨桿內(nèi)徑：323mm適用條件：中軟、軟巖。 特殊條件下

9、 大錨固力?？缮扉L錨桿 可拉伸讓壓的錨桿 可控式金屬伸長錨桿、管縫式可拉伸錨桿、鋸齒型脹殼讓壓錨桿、套管摩檫式伸長錨桿、孔口彈簧緊縮式伸長錨桿、蛇形伸長錨桿、桿體伸長錨桿等。蛇形伸長錨桿彈簧讓壓錨桿伸縮原理：在孔口設一個伸縮筒，伸縮筒有兩種： 塑料筒外包馬口鐵皮、開縫式鋼筒伸縮量：60130mm化工資料制造的錨桿玻璃鋼錨桿雙抗防腐塑料錨桿塑料脹殼式錨桿玻璃纖維強化塑料錨桿等。澳大利亞的一種玻璃鋼錨桿，螺帽是塑料的。錨索支護 MH型預應力錨索端頭錨固式單根錨索構造簡單直徑?。?832mm長度510m用錨固劑錨固，錨固長度不小于1m資料：高強預應力鋼鉸線、高強預應力鋼絲錨索施工步驟錨桿支護的幾個技

10、術問題蓋板問題：設置非常重要，它的作用不容忽視。省了得 不上償失。 日本對此問題做過專門研討。 外形不同、大小不一。不可“千巷一概。錨固力問題：確保到達設計的要求錨索的預應力問題：一定要施加到規(guī)定的預應力要求。4. 各種棚式支架U型鋼直墻半園拱形可縮性支架4節(jié)三心拱斜腿可縮性支架4節(jié)三心拱曲腿可縮性支架方環(huán)形可縮性支架加強U型鋼支架特點： 全封鎖增設了兩根加強構件，以支撐底壓和側壓。 棚腿與底梁鉸接。 六節(jié)馬蹄形可縮性支架卡 環(huán)式雙向可縮性支架 特點： 整體剛度較大 與錨桿、鋼筋網(wǎng)、放射混凝土構成結合支護； 鋼拱架的安裝架設比較方便。 縱向間距普通不宜大于1.2m 兩榀鋼架之間應設置直徑202

11、2mm的鋼拉桿 格 柵 鋼 架鋼拱架格柵鋼架的外形與斷面方式隧道格柵支架施工步驟 錨噴網(wǎng)立鋼格柵噴混凝土或模噴仰拱開挖 仰拱回填二襯施作。二類圍巖較差圍巖的支護參數(shù)： 初期支護：厚度為20cm；鋼格柵間距為1m； 錨桿為22，長3.5m，間距為100cm80cm二次襯砌：厚度為60cm；鋼筋混凝土； 在部分地段鋼格柵拱換為工字鋼拱架。鋼管混凝土支架 安徽理工大學臧德勝教授研制 特 點鋼管直徑108159mm，外形：圓形、拱形等鋼材和混凝土優(yōu)勢互補每架由45節(jié)組成，每節(jié)端部有法蘭盤背板用鋼筋網(wǎng)和灰包支架具有可縮性缺陷是分量較大。與U形鋼相比，耗鋼量降低30%，本錢低20%左右已安裝好的鋼管混凝土

12、支架 現(xiàn)澆式、砌筑式、放射式5 延續(xù)式支護5.1 高強鋼筋混凝土弧板支護 高強鋼筋砼弧板簡稱高強弧板、大弧板 強度：C100 適用：高地應力、松軟、破碎、膨脹地層巷道、圓形斷面 安裝：地面預制、任務面組裝。錯縫安裝。 由于分量大 10kN左右，需用機械手安裝 構造：每圈由45塊組成，每塊厚200300mm，寬 300500mm，平接頭 壁后用灰包充填密實。充填前要浸水，以便充填后固化 研制：安徽理工大學朱效嘉教授1吊裝孔2灰包3弧板4可縮夾層 2030mm的木墊板5.2 鋼筋網(wǎng)殼錨噴支護 安徽理工大學郭蘭波教授研制 構造 用鋼筋在地面焊接成板殼構造，內(nèi)部是立體縱橫交叉的 鋼筋網(wǎng)架支撐著外層鋼筋

13、網(wǎng)。 每架支架由數(shù)塊構件對頭拼裝，用螺栓銜接。 一架緊接一架安裝，架間不留間隔，每棚支架46片。 每片寬0.81.0m，厚度100150mm。 施工程序 先進展錨桿支護 然后架設網(wǎng)殼板塊 最后放射混 凝土 適用：高地應力脆弱、膨脹、破碎巖體的一項新型支護技術。5.3 鋼纖維放射混凝土 是一種復合資料，是在普通的放射混凝土中摻入鋼纖維。 規(guī)格：鋼纖維長2040mm，厚0.5mm。 摻量：體積比。濕噴：0.51， 干噴：11.5， 80100kg/m3混凝土。 作用：改善放射砼力學性能，如抗拉、抗彎、抗沖擊強度 提高抗裂性和韌性。 優(yōu)點：強度高，抗拉可提高5080。韌性可提高10倍以上。 回彈率低

14、，510。粉塵少。 可以省去金屬網(wǎng) 適用：破碎帶、膨脹性圍巖、復雜應力地段。 要求：對放射機具有一定要求，防止成團和堵管。 5.4 高強度放射混凝土高粘性、高強度混凝土： 在放射混凝土中添加各種結合資料、混合劑、石灰石微粉末等而構成的混凝土。 如添加硅粉盒石灰石微粉末，回彈率和粉塵量都可降低2030。 初期強度大，質量穩(wěn)定。 摻量：速凝劑47砼混合料的總和， 硅粉5 砼混合料的總和 ， 減水劑適量。 6 結合支護噴錨支護： 放射混凝土錨桿噴錨注支護： 放射混凝土錨桿注漿噴錨網(wǎng)支護： 放射混凝土錨桿金屬網(wǎng)噴錨架支護： 放射混凝土錨桿金屬骨架噴錨網(wǎng)架支護: 放射混凝土錨桿金屬網(wǎng)金屬骨架噴錨網(wǎng)索支護

15、: 放射混凝土錨桿金屬網(wǎng)錨索錨梁網(wǎng)支護: 金屬網(wǎng)鋼帶錨桿錨梁網(wǎng)索支護：金屬網(wǎng)鋼帶錨桿錨索7.1 超前管棚工法 超前管棚法適用于圍巖非常松軟、破碎、鑿孔后極易坍孔的地層。 該法是掘進前在任務面先架好鋼支撐0.751.0m/架，然后在隧道拱頂部以一定仰角向任務面前方打入假設干根均布的縱向鋼管，構成管棚，在管棚的維護下進展隧道的開挖。1小管棚法 該法是在任務面頂板打入2550mm、長37m的鋼管。鋼管間距0.30.5m，傾角1018，每隔12m打一排管棚。 頂板條件答應時可每隔一排支撐作一次管棚。 7 超前支護2大管棚法鋼管直徑普通為76127mm 管棚長度為100m以1520m為多加固段較長時，可

16、設多道管棚，各道的搭接長度普通不少于3m。例一：大瑤山隧道，鋼管直徑80mm、長10m，用H175型鋼支撐，支撐間距0.75m，每隔一架支撐打一道管棚，鋼管仰角1016，用臺車的沖擊力將其打入，鋼管間距為0.3m。例二：南京地鐵，類圍巖，管長40m，管徑108mm，搭接長度3.5m，拱部120范圍布置，環(huán)向間距0.5m，外插角3。用金星900型鉆機打孔。 3大小管棚配合法 在大管棚鋼管較長、角度較大時，隨著任務面的推進，管棚距拱頂?shù)拈g隔會越來越大，對頂板穩(wěn)定不利，此時可在大管棚內(nèi)側再配合運用小管棚。 4注漿管棚法 在管棚法的鋼管上在前端約2/3長度內(nèi)鉆6mm左右的小孔，在頂入后利用該棚管注漿加

17、固地層。注漿壓力0.52MPa。先將掌子面封鎖，然后采用大管棚注漿，固結坍體，結合超前小管棚支護，短臺階開挖、強支護、緊襯砌方案進展處置小導管超前注漿8.1 底臌的巷道 脆弱巖層、破碎帶、風化帶中的巷道 受采動影響的巷道 有水的巷道8.2 底臌的類型 擠壓流動性底臌 直接底板為脆弱巖石，兩幫和頂板的強度大大高于底板。 整個巷道都位于松散破碎巖體中，周邊松動圈大。 撓曲褶皺性底臌 底板為層狀巖體，在平行于層理方向的壓力作用下產(chǎn)生。 遇水膨脹性底臌 粘土巖，其中蒙脫石含量高。 剪切錯動性底臌 底板完好且厚度較大，但地層應力也大，底板剪斷受擠壓而上鼓。 8 底 臌8.3 影響底臌的要素 圍巖性態(tài)：

18、底板構造形狀、 底板巖石的脆弱程度及厚度 巖層應力 水理作用 支護方式與強度 斷面外形8.4 底臌巷道的分類 細微底臌 底臌量100200mm 明顯底臌 底臌量200300mm 嚴重底臌 底臌量300500mm 破壞性底臌 底臌量500800mm8.5 底臌的治理 支護構造：封鎖底拱、錨、注、結合支護提高底板強度 防治水 加固巷道幫和底角控制全封鎖復合構造 噴錨網(wǎng)架結合支護錨噴網(wǎng)砌結合支護9 “三小作業(yè) 三小含義： 小鉆頭，柱齒型，直徑28、30、32mm，炮孔、錨孔同徑 小錨桿，樹脂藥卷直徑27、28mm； 管縫錨桿直徑31、 33mm 小藥卷，直徑25、27mm，煤礦RM型乳化炸藥適用條件：類圍巖，f48，巖巷，斷面812m2， 直墻半圓拱。淺孔1800mm以內(nèi)爆破。打眼設備：ZY24M型雙級氣腿鑿巖機 實施效果：錨固資料節(jié)約3040%， 錨桿支護本錢降低1015 鉆進速度提高30以上 巷道掘進速度提高1020 巷道掘進本錢降低1020 三小施工實例參數(shù)名稱實例1實例2實例3實例4掘進斷面12.2 m29.06 m28 m2