1、軟巖巷道支護簡介軟巖巷道支護簡介目錄u1 1 軟巖分類及特征軟巖分類及特征u2 2 國內外軟巖巷道支護的發展與現狀國內外軟巖巷道支護的發展與現狀u3 3 軟巖巷道支護特點及圍巖控制原理軟巖巷道支護特點及圍巖控制原理u4 4 軟巖巷道支護方式及各種支護方法軟巖巷道支護方式及各種支護方法u5 5 對新奧法的認識對新奧法的認識 軟巖巷道工程是軟巖工程的一個主要組成軟巖巷道工程是軟巖工程的一個主要組成部分。我國許多煤礦巷道布置在松軟圍巖中，部分。我國許多煤礦巷道布置在松軟圍巖中，而松軟圍巖具有強度低、膨脹性和流變形嚴重而松軟圍巖具有強度低、膨脹性和流變形嚴重等特點，影響著礦井的安全生產和經濟效益，等特

2、點，影響著礦井的安全生產和經濟效益，隨著煤炭工業的發展，開采深度的日益增大，隨著煤炭工業的發展，開采深度的日益增大，目前在全國有許多礦井存在嚴峻的軟巖巷道支目前在全國有許多礦井存在嚴峻的軟巖巷道支護技術問題。由于軟巖巷道工程所處的復雜工護技術問題。由于軟巖巷道工程所處的復雜工程地質條件，其支護問題一直是困擾我國煤炭程地質條件，其支護問題一直是困擾我國煤炭生產的一個主要問題，同時這也是采礦界和煤生產的一個主要問題，同時這也是采礦界和煤炭生產企業關注和研究的主要對象。選擇合理炭生產企業關注和研究的主要對象。選擇合理的支護方式不僅對煤炭生產的安全至關重要，的支護方式不僅對煤炭生產的安全至關重要，而且

3、對提高煤炭企業的經濟效益也有著很大的而且對提高煤炭企業的經濟效益也有著很大的影響。影響。引言引言 軟巖僅是地質巖體中一部分，但卻是地質介質中極為復雜的部分。軟巖僅是地質巖體中一部分，但卻是地質介質中極為復雜的部分。按照軟巖自然特征、物理化學特性。以及在上程力的作用下產生顯著按照軟巖自然特征、物理化學特性。以及在上程力的作用下產生顯著變形的機理作為分類的主要依據，軟巖分為五類變形的機理作為分類的主要依據，軟巖分為五類:即低強度軟巖、膨即低強度軟巖、膨脹性軟巖、高應力軟巖、節理化軟巖和復合型軟巖。軟巖有別于硬巖脹性軟巖、高應力軟巖、節理化軟巖和復合型軟巖。軟巖有別于硬巖而獨具的特性有以下幾點：而獨

4、具的特性有以下幾點：1）可塑性，由于軟巖膠結程度差，結構疏松，孔隙率高，強度可塑性，由于軟巖膠結程度差，結構疏松，孔隙率高，強度低，粘土礦物親水性強，在工程力和水的作用下礦物質分子結構發生低，粘土礦物親水性強，在工程力和水的作用下礦物質分子結構發生變化，吸附水分子形成水化膜，從而使巖石具有極大的吸塑性，巖石變化，吸附水分子形成水化膜，從而使巖石具有極大的吸塑性，巖石強度急劇降低，在無控制條件下失去自身支承能力。強度急劇降低，在無控制條件下失去自身支承能力。2）膨脹性，軟巖在水作用下產生體積膨脹現象。膨脹性，軟巖在水作用下產生體積膨脹現象。3）崩解性，軟巖在物理、化學、力學、因素都作用下發生鱗片

5、崩解性，軟巖在物理、化學、力學、因素都作用下發生鱗片狀解體狀解體 4）流變性，有韌性的軟巖受力發生流變，其過程與時間密切相流變性，有韌性的軟巖受力發生流變，其過程與時間密切相關的特性關的特性5）易擾動性，由于軟巖的內部結構特點，軟巖對抗外界環境擾易擾動性，由于軟巖的內部結構特點，軟巖對抗外界環境擾動的能力極差，對施工震動、吸水膨脹、軟化泥化、暴露風化等影響動的能力極差，對施工震動、吸水膨脹、軟化泥化、暴露風化等影響極為敏感。極為敏感。1 1 軟巖分類及特征軟巖分類及特征 2 國內外軟巖巷道支護的發展與現狀國內外軟巖巷道支護的發展與現狀在在50、60年代，我國煤礦平均開采深度基本在年代，我國煤礦

6、平均開采深度基本在300m以下，一般采用砌暄加固就可使巷道保持穩定以下，一般采用砌暄加固就可使巷道保持穩定70年代吸收了國外新奧法施工經驗，錨噴支護在軟巖巷道中得到了很好年代吸收了國外新奧法施工經驗，錨噴支護在軟巖巷道中得到了很好的應用，并出現了錨噴網與料石譴聯合支護及條帶譴支護等方式。的應用，并出現了錨噴網與料石譴聯合支護及條帶譴支護等方式。80年代大力發展了全封閉可縮性支架及錨噴網聯合支護方式，并采用年代大力發展了全封閉可縮性支架及錨噴網聯合支護方式，并采用錨噴支護方式與大型鋼筋混凝土弧板聯合支護，此外還出現了各種適錨噴支護方式與大型鋼筋混凝土弧板聯合支護，此外還出現了各種適合軟巖支護的新

7、型錨桿、柔性噴層等。合軟巖支護的新型錨桿、柔性噴層等。90年代以來，采用錨噴支護與注漿錨桿注漿加固圍巖相結合，以及年代以來，采用錨噴支護與注漿錨桿注漿加固圍巖相結合，以及注漿加固與可縮性支架相結合，加強底角支護等，取得了較好的技注漿加固與可縮性支架相結合，加強底角支護等，取得了較好的技術經濟效果，且在礦壓理論和支擴理論方面都取得了較大進步。術經濟效果，且在礦壓理論和支擴理論方面都取得了較大進步。國國內內軟軟巖巖巷巷道道支支護護技技術術發發展展 德國、英國、法國、波蘭等西歐國家直至德國、英國、法國、波蘭等西歐國家直至80年代巷道支護仍以年代巷道支護仍以金屬支架金屬支架為主，在淺部巷道支護中金屬支

8、架用量約占支護總量的為主，在淺部巷道支護中金屬支架用量約占支護總量的70%左右，并取得左右，并取得良好的支護效果。良好的支護效果。20世紀世紀90年代初，美國、澳大利亞等國大力發展年代初，美國、澳大利亞等國大力發展高預應高預應力高強錨桿支護技術力高強錨桿支護技術；美國、澳大利亞在近十年的煤礦深部井采中，一直；美國、澳大利亞在近十年的煤礦深部井采中，一直以以錨噴支護錨噴支護為主體進行聯合支護，深部不穩定圍巖一般采用錨噴網、組合為主體進行聯合支護，深部不穩定圍巖一般采用錨噴網、組合錨桿錨桿(噴網噴網)、高強超長錨桿、高強超長錨桿(噴網噴網)等支護形式，對于深部極不穩定圍巖主要等支護形式，對于深部極

9、不穩定圍巖主要采用組合錨桿析架與錨索支護、錨噴網與錨索聯合支護等形式。目前，西采用組合錨桿析架與錨索支護、錨噴網與錨索聯合支護等形式。目前，西歐大多數國家各類型的錨桿支護、錨索支護及聯合支護約占軟巖巷道支護歐大多數國家各類型的錨桿支護、錨索支護及聯合支護約占軟巖巷道支護總量的總量的90%；俄羅斯頓巴斯地區深部巷道以支撐能力大的；俄羅斯頓巴斯地區深部巷道以支撐能力大的ACrl、ACrZ以及以及AK新型錨桿，其支撐能力為新型錨桿，其支撐能力為190一一330kN，同時可用高強度托板鋼帶，形，同時可用高強度托板鋼帶，形成錨網帶聯合支護成錨網帶聯合支護137一一l，取得了良好的支護效果和經濟效益；德國

10、主要，取得了良好的支護效果和經濟效益；德國主要礦井開采進入深部巖層，深部軟巖巷道支護主要采用錨桿、錨索、注漿和礦井開采進入深部巖層，深部軟巖巷道支護主要采用錨桿、錨索、注漿和封閉型的鋼構混凝土襯砌組成的多重高強封閉型的鋼構混凝土襯砌組成的多重高強聯合支護聯合支護，支護效果顯著，但導，支護效果顯著，但導致其開采支護成本昂貴。致其開采支護成本昂貴。2 國內外軟巖巷道支護的發展與現狀國內外軟巖巷道支護的發展與現狀國外軟巖巷道支護技術發展國外軟巖巷道支護技術發展 2 國內外軟巖巷道支護的發展與現狀國內外軟巖巷道支護的發展與現狀國內軟巖國內軟巖巷道支護理巷道支護理論發展論發展陳宗基院士在陳宗基院士在20

11、20世世紀紀6060年代從大量工年代從大量工程實踐中總結出程實踐中總結出巖性轉化理論巖性轉化理論于學馥等人提出于學馥等人提出了軸變論理論了軸變論理論和開挖系統控和開挖系統控制理論。制理論。何滿潮教授提何滿潮教授提出了出了軟巖工軟巖工程力學支護理程力學支護理論論何滿潮教授提出了何滿潮教授提出了關鍵部位耦合組關鍵部位耦合組合支護理論合支護理論方祖烈教授提方祖烈教授提出了出了主次承主次承載區支護理論載區支護理論由董方庭教授由董方庭教授等人提出的等人提出的圍巖松動圈圍巖松動圈理論理論以鄭雨天教授、孫以鄭雨天教授、孫鈞教授和朱效嘉教鈞教授和朱效嘉教授為代表的學者在授為代表的學者在聯合支護的基礎上聯合支護

12、的基礎上提出了錨噴提出了錨噴弧弧板支護理論板支護理論馮豫、鄭雨天、陸馮豫、鄭雨天、陸家梁、朱效嘉等人家梁、朱效嘉等人在總結新奧法支護在總結新奧法支護的基礎上，提出了的基礎上，提出了聯合支護技術聯合支護技術 2 國內外軟巖巷道支護的發展與現狀國內外軟巖巷道支護的發展與現狀國外軟巖國外軟巖巷道支護理巷道支護理論發展論發展散體壓力理論，代表：散體壓力理論，代表：太沙基（太沙基（K.TerzaghiK.Terzaghi）和普氏（和普氏（M.M. M.M. ）理論）理論奧地利學者奧地利學者Rabeewciz在在20世紀世紀60年代提出年代提出了新奧法理論了新奧法理論20世紀世紀70年代，薩拉年代，薩拉蒙

13、（蒙（M.D.Salamon）等又提出了能量支等又提出了能量支護理論護理論數值計算方法，如數值計算方法，如有限元、有限差分、有限元、有限差分、邊界元，離散元，邊界元，離散元，代表軟件：代表軟件：ANSYSANSYS、ADINAADINA、UDECUDEC、FLACFLAC2020世紀初發展的巷道支護世紀初發展的巷道支護理論理論古典壓力理論，古典壓力理論，代表有：海姆（代表有：海姆（A.HaimA.Haim）、）、朗金（朗金（W.J.M.RankineW.J.M.Rankine）和金尼克（和金尼克（A.H. A.H. ）理論）理論日本的山地宏和櫻日本的山地宏和櫻井春提出了圍巖的井春提出了圍巖的應

14、變控制理論應變控制理論 軟巖巷道軟巖巷道支護特點支護特點軟巖易風化、遇水易膨脹軟巖易風化、遇水易膨脹軟巖巷道的地壓大、來壓快、變形大、軟巖巷道的地壓大、來壓快、變形大、變形持續時間長。變形持續時間長。軟巖巷道圍巖自承載能力低軟巖巷道圍巖自承載能力低軟巖巷道的地壓特征是四周來壓，不僅有頂壓、側軟巖巷道的地壓特征是四周來壓，不僅有頂壓、側壓，還有底壓，因而軟巖巷道都出現一定量的底鼓。壓，還有底壓，因而軟巖巷道都出現一定量的底鼓。深度大，應力水平高深度大，應力水平高圍巖軟，強度低圍巖軟，強度低3 3 軟巖巷道支護特點及圍巖控制原理軟巖巷道支護特點及圍巖控制原理軟巖巷道支護控制原理體現在以下三方面軟巖

15、巷道支護控制原理體現在以下三方面:一是通過注漿或錨桿提高一是通過注漿或錨桿提高圍巖自身的強度，二是利用錨索充分調動深部圍巖的強度，三是提高支護圍巖自身的強度，二是利用錨索充分調動深部圍巖的強度，三是提高支護強度，阻止圍巖蠕變。強度，阻止圍巖蠕變。頂底板和兩幫構成巷道承載結構，頂板、底板和兩幫組成一個不可分頂底板和兩幫構成巷道承載結構，頂板、底板和兩幫組成一個不可分割的系統。支承壓力通過兩幫傳遞給底板，兩幫巖體在巷道內移動的同時割的系統。支承壓力通過兩幫傳遞給底板，兩幫巖體在巷道內移動的同時擠壓破碎底板巖層，引起破碎巖體之間的滑移、剪脹，從而旨起強烈底鼓，擠壓破碎底板巖層，引起破碎巖體之間的滑移

16、、剪脹，從而旨起強烈底鼓，同時加劇兩幫的破壞。頂板軟弱下沉，兩幫向巷道內移動同時加劇兩幫的破壞。頂板軟弱下沉，兩幫向巷道內移動;兩幫軟弱，難兩幫軟弱，難以承受頂板傳遞的支承壓力，導致頂板下沉，兩幫向巷道內移動頂板與底以承受頂板傳遞的支承壓力，導致頂板下沉，兩幫向巷道內移動頂板與底板的相互作用通過兩幫傳遞，當頂板為軟弱巖層，兩幫產生向巷道內位移，板的相互作用通過兩幫傳遞，當頂板為軟弱巖層，兩幫產生向巷道內位移，底板巖層在水平應力的作用下向巷道內移動，加劇底鼓底板巖層在水平應力的作用下向巷道內移動，加劇底鼓;當底板巖層為軟當底板巖層為軟弱巖層時，受支承壓力作用而下沉，導致頂板下沉甚至離層，影響頂板

17、的弱巖層時，受支承壓力作用而下沉，導致頂板下沉甚至離層，影響頂板的穩定性，從而進一步加劇底鼓。穩定性，從而進一步加劇底鼓。 因此，要想有效地支護多種變形力學復合的軟巖巷道，單一的支護方因此，要想有效地支護多種變形力學復合的軟巖巷道，單一的支護方法是難于奏效的，必須采取綜合、聯合支護方法，抓住關鍵變形力學機理，法是難于奏效的，必須采取綜合、聯合支護方法，抓住關鍵變形力學機理，連帶附加變形力學機理，合理運用綜合型支護，從而達到軟巖巷道變形控連帶附加變形力學機理，合理運用綜合型支護，從而達到軟巖巷道變形控制的目的。制的目的。3 3 軟巖巷道支護特點及圍巖控制原理軟巖巷道支護特點及圍巖控制原理軟巖巷道

18、圍巖控制原理軟巖巷道圍巖控制原理 1）棚式支護棚式支護由于松軟巖層中巷道圍巖變形較大，通常采用預留斷由于松軟巖層中巷道圍巖變形較大，通常采用預留斷面可縮性金屬支架支護，我國目前采用的架型有面可縮性金屬支架支護，我國目前采用的架型有: :梯形、拱梯形、拱形和環形。架型的選擇應根據轉巖的變形和壓力的大小等形和環形。架型的選擇應根據轉巖的變形和壓力的大小等指標來確定。指標來確定。 2）錨噴支護錨噴支護適用于軟巖巷道錨噴支護類型主要有錨桿噴射混凝土適用于軟巖巷道錨噴支護類型主要有錨桿噴射混凝土和錨桿鋼筋網噴射混凝土。根據現場實際情況，設計參數和錨桿鋼筋網噴射混凝土。根據現場實際情況，設計參數包括巷道斷

19、面、錨桿類型和布置方式、噴層厚度、鋼筋網包括巷道斷面、錨桿類型和布置方式、噴層厚度、鋼筋網規格等規格等錨噴支護錨噴支護金屬錨桿、錨索金屬錨桿、錨索木錨桿木錨桿 竹錨桿竹錨桿 金屬網金屬網 混凝土混凝土棚式支護棚式支護梯形金屬支架梯形金屬支架拱形可縮金屬支架拱形可縮金屬支架木支架木支架鋼筋混泥土支架鋼筋混泥土支架軟巖巷道各種支護方法軟巖巷道各種支護方法4 4 軟巖巷道各種支護方法軟巖巷道各種支護方法金屬支架金屬支架 3）砌碹支護）砌碹支護在在20世紀世紀60年代以來，砌碹支護曾作為軟年代以來，砌碹支護曾作為軟巖巷道的一種主要支護形式。該支護具有承載巖巷道的一種主要支護形式。該支護具有承載能力大、

20、穩定性強等特點，并且在料石間夾有能力大、穩定性強等特點，并且在料石間夾有可縮墊層時，還具有一定的可縮變形能力。但可縮墊層時，還具有一定的可縮變形能力。但是，由于碹體屬剛性支架，一般不適應圍巖變是，由于碹體屬剛性支架，一般不適應圍巖變形很大的軟巖巷道支護形很大的軟巖巷道支護4）聯合支護）聯合支護聯合支護系指采用多種不同性能的單一支聯合支護系指采用多種不同性能的單一支護的組合結構，根據我國近十年軟巖工程支護護的組合結構，根據我國近十年軟巖工程支護的經驗，錨噴支護作為一次支護方法，是聯合的經驗，錨噴支護作為一次支護方法，是聯合支護的基礎，組成了各種聯合支護形式：錨支護的基礎，組成了各種聯合支護形式：

21、錨噴噴錨噴聯合支護，錨噴錨噴聯合支護，錨噴UU型鋼架聯合支護，型鋼架聯合支護，錨噴錨噴砌碹聯合支護和錨噴砌碹聯合支護和錨噴弧板聯合支護等?；“迓摵现ёo等。砌碹支護砌碹支護料石料石磚磚混泥土混泥土鋼筋混泥土鋼筋混泥土聯合支護聯合支護錨噴錨噴+注漿加固注漿加固錨噴錨噴+U型鋼可縮性支架型鋼可縮性支架錨噴錨噴+弧板支架弧板支架U型鋼可縮性支架型鋼可縮性支架+注漿注漿加固加固錨噴錨噴+注漿型鋼可縮性支注漿型鋼可縮性支架等架等4 4 軟巖巷道幾種支護方法軟巖巷道幾種支護方法 4 4 軟巖巷道幾種支護方法軟巖巷道幾種支護方法錨網、錨索和預拉力桁錨網、錨索和預拉力桁架架“三位一體三位一體”支護支護頂板預拉力

22、錨索頂板預拉力錨索網梁網梁組合支護組合支護 4 4 軟巖巷道幾種支護方法軟巖巷道幾種支護方法大傾角大傾角復合頂板支護技術復合頂板支護技術 4 4 軟巖巷道幾種支護方法軟巖巷道幾種支護方法 5 5 對新奧法的認識對新奧法的認識新奧法的基本要點可歸納如下：新奧法的基本要點可歸納如下： 1 1巖體是隧道結構體系中的主要承載單元，在施工中巖體是隧道結構體系中的主要承載單元，在施工中必須充分保護巖體，盡量減少對它的擾動，避免過度必須充分保護巖體，盡量減少對它的擾動，避免過度破壞巖體的強度。為此，施工中斷面分塊不宜過多，破壞巖體的強度。為此，施工中斷面分塊不宜過多，開挖應當采用光面爆破、預裂爆破或機械掘進

23、。開挖應當采用光面爆破、預裂爆破或機械掘進。2 2為了充分發揮巖體的承載能力，應允許并控制巖體為了充分發揮巖體的承載能力，應允許并控制巖體的變形。一方面允許變形，使圍巖中能形成承載環；的變形。一方面允許變形，使圍巖中能形成承載環；另一方面又必須限制它，使巖體不致過度松弛而喪失另一方面又必須限制它，使巖體不致過度松弛而喪失或大大降低承載能力。在施工中應采用能與圍巖密貼、或大大降低承載能力。在施工中應采用能與圍巖密貼、及時筑砌又能隨時加強的柔性支護結構，例如，錨噴及時筑砌又能隨時加強的柔性支護結構，例如，錨噴支護等。這樣，就能通過調整支護結構的強度、剛度支護等。這樣，就能通過調整支護結構的強度、剛

24、度和它參加工作的時間（包括閉合時間）來控制巖體的和它參加工作的時間（包括閉合時間）來控制巖體的變形。變形。3 3為了改善支護結構的受力性能，施工中應盡快為了改善支護結構的受力性能，施工中應盡快閉合，而成為封閉的筒形結構。另外，隧道斷面閉合，而成為封閉的筒形結構。另外，隧道斷面形狀應盡可能圓順，以避免拐角處的應力集中。形狀應盡可能圓順，以避免拐角處的應力集中。4 4通過施工中對圍巖和支護的動態觀察、量測，通過施工中對圍巖和支護的動態觀察、量測，合理安排施工程序、進行設計變更及日常的施工合理安排施工程序、進行設計變更及日常的施工管理。管理。5 5為了敷設防水層，或為了承受由于錨桿銹蝕，為了敷設防水

25、層，或為了承受由于錨桿銹蝕，圍巖性質惡化、流變、膨脹所引起的后續荷載，圍巖性質惡化、流變、膨脹所引起的后續荷載，可采用復合式襯砌?？刹捎脧秃鲜揭r砌。6 6二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護變形基本二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護變形基本穩定的條件下修筑的，圍巖和支護結構形成一個穩定的條件下修筑的，圍巖和支護結構形成一個整體，因而提高了支護體系的安全度。整體，因而提高了支護體系的安全度。上述新奧法的基本要點可扼要的概括為：上述新奧法的基本要點可扼要的概括為：“少擾動、少擾動、早噴錨，勤量測、緊封閉早噴錨，勤量測、緊封閉”。用一個彈簧來理解新奧法原理用一個彈簧來理解新奧法原理1 1洞室邊緣某一點洞室邊緣某一點A A在開挖前具有原始應力（自重應力和構造應在開挖前具有原始應力（自重應力和構造應力）處于一個平衡狀態。如同一根彈性剛度為力）處于一個平衡狀態。如同一根彈性剛度為K K的彈簧，在的彈簧，在P0P0作作用下處