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技术体系总览

以两个围岩控制理论为基础、十项关键技术为主体的主动支护体系:技术路线、支护思路与理论渊源。

一、技术路线

能够以新理念和关键技术,动态巩固和不断提升各支护单元工作能力、而各支护单元又相互容错的支护体系,称之为主动支护。

—— 摘自项目技术汇报材料

本体系以两个围岩控制理论为基础:先判明深部巷道高应力的来源与分布,再以锚注支护改造围岩本身。十项关键技术按巷道掘进、支护、服务三个阶段依次展开,覆盖巷道的全生命周期。

二、从被动支护到主动改造围岩

传统被动支护

架棚、砌碹、U 型钢等支护方式将围岩视为荷载,以钢材和混凝土承受不断增长的地压;一旦超出承载极限即需返修,返修后破坏往往再次发生。

本技术体系

将围岩视为可改造的承载材料:通过注浆胶结、多层次锚固与强韧封层,将巷道周边松散破碎岩体重新固结为均质、连续的承载圈体,使围岩自身成为支护结构的主体。

该承载结构同时具有可恢复性:服务多年后围岩再度松动、锚固力衰减时,无需翻修,复注浆液即可重新固结围岩,整体恢复各支护单元的工作阻力(见适时补强胶结技术)。

支护效果提高与综合成本下降得以同时实现,原因在于以围岩自身的承载能力替代了钢材消耗。返修率、劳动强度、施工速度与每米造价的具体对比,见效益对比。

常规支护的演进

  • 单一支护 → 联合支护
  • 支 → 强支 → 让压支护
  • 围岩参与支护(注浆与各支护单元容错技术)

详见 研究背景

三、技术渊源:新奥法

新奥法由奥地利学者于 1963 年在总结隧道施工经验的基础上提出,奥地利土木工程学会地下空间分会将其定义为:在岩体和土体中设置使地下空间周围岩体形成中空筒状支承环结构的设计施工方法。其核心思想是调动围岩的承载能力,使围岩本身成为支护结构的重要组成部分。

二十世纪七十至九十年代,新奥法在我国巷道支护工程中引起强烈反响;1986 年广东茂名全国软岩支护会议上,山东矿业学院冯豫教授反复强调对新奥法的学习理解。项目组将新奥法概括为以下要点:

  1. 一个理念

    围岩由「载体」转变为「承载体」。

  2. 三个提倡

    保护围岩、均匀承载围岩、二次支护。

  3. 一个新的要求

    以监测监控指导巷道支护设计,把监测监控纳入巷道支护。

新奥法施工断面基本结构:大规格 U 型钢、让压空间、充填缓压层
图 1新奥法施工断面的基本结构:1 大规格 U 型钢;2 让压空间;3 充填缓压层

本项目从研究复杂应力极软岩巷道支护机理与支护体系入手,着力改善围岩结构及其物理力学性质,适时、随机加固围岩,不断提高围岩本身的承载能力;研发适合复杂应力极软岩巷道的内应力释放技术,构建均质同性的大支护圈体,在新奥法的理论和技术上实现了新的提升,建立起主动动态支护体系。

—— 摘自项目技术汇报材料